高三化学氮气和氮的氧化物人教实验版知识精讲

高三化学氮气和氮的氧化物人教实验版【本讲教育信息】一. 教学内容：氮气和氮的氧化物1、氮气2、氮的氧化物二. 重点、难点1、了解氮气的分子结构，掌握氮气的化学性质，理解氮的固定的含义。

2、掌握NO和NO2的重要性质及NO、NO2与O2的混合气体溶于水的计算。

三. 复习过程（一）氮气1、氮气的物理性质空气中氮气的体积分数为78%，氮气是一种无色、无味、密度比空气稍小、熔、沸点低，难溶于水的气体。

2、氮分子的结构（1）氮气的分子式：N2（2）电子式：（3）结构式：N≡N分析：两个氮原子间以叁键相结合，使氮分子的结构很牢固。

常温下氮气化学性质很不活泼。

氧气和氮气共存于空气中，氧气很容易跟其他物质反应，而氮气却很难参加反应。

但化学性质的稳定是相对的，一定条件下，如高温、高压、放电等，氮分子获得足够能量，使共价键断裂，就能与一些物质如O2、H2等发生反应。

3、氮气的化学性质（1）稳定性氮元素的非金属性仅次于氟和氧。

氮气性质不活泼是因为两个氮原子之间以键能为946kJ·mol-1的三键结合，是所有双原子分子中键能最大的。

因而尽管氮是十分活泼的非金属，自然界仍有大量的游离态的氮气存在。

（2）氧化性<1>与氢气反应：N2＋3H2催化剂高温高压2NH3①反应条件：高温、高压、催化剂。

②反应特征：可逆反应，即N2与H2化合生成氨气，放出热量，同时，氨气也会分解生成N2和H2。

③工业合成氨的原理。

<2>与活泼金属镁反应：（3）还原性与氧气在放电条件下反应：（二）氮的氧化物氮元素有＋1、＋2、＋3、＋４、＋5等五种正价，五种正价对应六种氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5。

其中N2O3和N2O5分别是HNO2和HNO3的酸酐。

1、一氧化氮NO是一种无色有刺激性气味的气体，能与人血液中的血红蛋白结合而使人中毒。

接触空气后立即被氧化为二氧化氮而变为红棕色，收集NO气体必须用排水取气法。

NO在神经信号传递、血压生理调控、血流量控制、免疫调节、抵抗感染等方面起到了重要作用，被称为“信使分子”。

（1）一氧化氮的制备氮气与氧气反应：铜与稀硝酸反应：3Cu+8HNO3（稀）====3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O（2）一氧化氮的还原性2NO+O2====2NO2分析：NO不能用排空气法收集。

无色的混合气体中若有一氧化氮，则一定没有O2，若有O2，则一定没有NO。

2、二氧化氮NO2是一种红棕色、具有刺激性气味、有毒的气体。

NO2与水反应，易溶于水。

[极易溶于水的气体HCl（1：500）、NH3（1：700），易溶于水的气体SO2（1：40）、NO2（反应），溶于水的气体Cl2、H2S、CO2] NO2是一种强氧化剂，能将I－、SO2、H2S等氧化。

（1）二氧化氮的制备铜与浓硝酸反应：Cu+4HNO3（浓）====Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O一氧化氮与氧气反应：2NO+O2====2NO2（2）二氧化氮与水反应：3NO2+H2O====2HNO3+NO分析：“雷雨发庄稼”的道理：空气中的氮气和氧气在放电条件下生成一氧化氮，一氧化氮再和氧气反应，生成二氧化氮，二氧化氮和水反应生成硝酸，硝酸与土壤中矿物质作用，可形成可溶性硝酸盐，成为氮肥，被植物吸收，所以有利于庄稼生长。

（3）二氧化氮的聚合反应：2NO2N2O4NO在常温、常压下能发生聚合反应。

分析：通常“纯净”的NO2或N2O4并不纯，因为2由于此可逆反应的发生，通常实验测得NO2的相对分子质量大于它的实际值，或在相同条件下，比相同物质的量的气体体积要小。

同理，通常实验测得N2O4的相对分子质量小于它的实际值，或在相同条件下，比相同物质的量的气体体积要大。

此外涉及NO2气体的颜色深浅、压强、密度等要考虑此反应。

因而可逆反应2NO2N2O4在解化学题中有很重要的应用。

【总结】NO、NO2都是大气污染物，空气中的NO、NO2主要来自石油产品和煤燃烧、汽车尾气以及制硝酸工厂的废气。

其中空气中的NO2是造成光化学烟雾的主要因素。

3、氮的氧化物与水反应的计算（1）关系式法：①对于NO2、NO分别与O2混合与水反应的计算：首先写出以下方程式：3NO2+H2O====2HNO3+NO、2NO+O2====2NO2。

将以上两式叠加得以下计算关系式：4NO2+O2+2H2O====4HNO3、4NO+3O2+2H2O====4HNO3。

计算时要注意过量判断及剩余气体的成分。

②NO、NO2、O2混合溶于水：将以上两式再叠加可得：NO2+NO+O2+H2O====2HNO3若n（N）∶n（O）=2∶5，则混合气体刚好溶于水；n（N）∶n（O）>2∶5，NO过剩；若n（N）∶n（O）<2∶5，O2过剩。

（2）电子守恒法：当NO2或NO转化为HNO3时要失去电子，若上述两种气体与O2混合，O2得电子，且得失电子数必然相等，这是电子守恒法解答此类题目的依据。

（三）化学肥料农作物的生长需要较多的C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe等元素和微量的B、Mn、Cu、Zn、Mo等元素。

土壤里常缺乏的是N、P、K三种元素，因此农业上主要施用含N、P、K 元素的化学肥料。

化学肥料是用矿物、空气、水等作原料，经过化学加工制成的。

化学肥料的种类很多，主要有以下几类：（1）氮肥：氮是作物体内蛋白质、核酸和叶绿素的重要成分，氮肥能促使作物的茎、叶生长茂盛，叶色浓绿。

目前常用的氮肥有：NH3·H2O（氨水）、CO（NH2）2（尿素）、NH4HCO3（碳铵）、（NH4）2SO4（硫铵）和NH4NO3（硝铵）等。

（2）磷肥：磷肥能促使作物根系发达，增强抗寒抗旱能力，还能促进作物提早成熟、穗粒增多、籽粒饱满。

制磷肥用的原料是磷矿粉，它不溶于水，目的是把不溶性的磷酸盐，转化为可溶性磷酸盐，便于植物吸收。

①过磷酸钙：主要成分为Ca（H2PO4）2和CaSO4，有效成分为Ca（H2PO4）2。

Ca3（PO4）2+2H2SO4====2CaSO4+Ca（H2PO4）2②重过磷酸钙：主要成分为Ca（H2PO4）2。

Ca3（PO4）2+4H3PO4====3Ca（H2PO4）2使用磷肥时，不能与碱性物质混合，因为Ca（H2PO4）2水溶液呈弱酸性，遇碱性物质会使其生成CaHPO4或Ca3（PO4）2沉淀，由于不溶于水而不能被作物吸收，降低或丧失肥效。

（3）钾肥：钾肥能促使作物健壮，茎秆粗硬，增强对病虫害和倒伏的抵抗能力，并能促进糖分和淀粉的生成。

常用的钾肥有KCl、K2SO4以及草木灰（有效成分为K2CO3）等。

（4）复合肥料：是指含有两种或两种以上营养元素的化肥。

如KNO3、NH4H2PO4、KH2PO4等。

（5）微量元素肥料：主要有硼肥、锰肥、铜肥、锌肥、钼肥等，在我国施用的量很少。

植物缺乏这些微量元素，也会影响生长发育，减弱抗病能力。

【典型例题】例1、Murad等三位教授提出NO在人体内有独特的功能，关于NO的叙述正确的是（）①NO可以是某些含低价氮的物质被氧化的产物②NO不是亚硝酸酐③NO可以是某些含高价氮的物质被还原的产物④NO是无色气体A、全部B、①③④C、②③④D、①④分析：NO中氮的化合价处于中间价态，它可以是还原产物，如HNO3→NO，也可以是氧化产物，如NH3→NO；HNO2的酸酐是N2O3；NO是无色气体。

所以，所给的几种说法都正确。

答案A例2、同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体，它们是①NO 和NO2，②NO2和O2，③NH3和N2。

现将3支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是（）A、V1＞V2＞V3B、V1＞V3＞V2C、V2＞V3＞V1D、V3＞V1＞V2分析：设每种气体的体积为1体积，则：①中剩余1+（1/3）=4/3体积气体；②中剩余3/4体积的氧气；③中剩余1体积的氮气。

显然选择B。

答案B例3、氮气与其他单质化合一般需要高温，有时还需高压等条件，但金属锂在常温、常压下就能与氮气化合生成氮化锂，这是因为（）①此反应可能是吸热反应②此反应可能是放热反应③此反应中氮分子可能不必先分解成为原子④此反应前可能氮分子先分解成为原子A、①②B、②④C、②③D、①④分析：氮分子中存在N≡N，键能很大，非常牢固，通常情况下很难断裂N≡N键成为氮原子与其他物质反应，如果氮分子与这种物质比较容易反应，只可能是氮分子不必先分解为氮原子这种情况；另外化学反应中放热反应一般比较容易发生。

综上所述正确选项应为C 选项。

答案C例4、工业废气的氮氧化物（如NO、NO2等，用通式NO x表示）是主要的大气污染物之一。

为了保护环境，工业上常通入氨气与之发生如下反应：NO x+NH3→N2+H2O有关此反应，下列说法中错误的是（）A、N2既是氧化产物又是还原产物B、当x=1时，每生成2.5molN2，被氧化的气体有3molC、当x=2时，有1mol气体被还原，转移电子4molD、反应通式配平表示为：6NO x +4xNH3=（3+2x）N2+6xH2O分析：由配平方程式得到A、D选项均正确，将x=1代入6NO x+4x NH3= （3+2x）N2+6x H2O 中得到6NO+4NH3=5N2+6H2O 分析可知：每生成5mol N2，被氧化的气体有4mol（被氧化的气体为NH3），则每生成2.5mol N2，被氧化的气体只有2mol。

同理可推得C选项正确。

所以，答案应为选项B。

答案B例5、下图为装有活塞的密闭容器，内盛22.4mL一氧化氮。

若通入11.2mL氧气（气体体积均在标准状况下测定），保持温度、压强不变，则容器内的密度（）A、等于1.369g/LB、等于2.054g/L.C、在1.369g/L和2.054g/L之间D、大于2.054g/L分析：题给的密闭容器中通入O2后发生2个化学反应：2NO+O2=2NO2 2NO2N2O4。

为便于计算和推导，可将题给的22.4mLNO转换为22.4LNO，将题给11.2mLO2转换为11.2LO2，即容器内盛有1molNO，充入0.5molO2。

根据质量守恒定律，容器内的总质量为：1mol×30g/mol+0.5mol×32g/mol=46g。

假定1molNO与0.5molO2恰好完全反应，则生成1molNO2。

在标准状况下1molNO2的体积为22.4L，此时混合气体的密度为46g/22.4L=2.054g/L。

但是，由于反应2NO2N2O4的存在，且保持温度、压强不变，因此使平衡混合气体的体积小于22.4L，故其密度必定大于2.054g/L。

答案D例6、将盛有12 mL NO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2 mL 无色气体，则原混合气体中O2的体积是_______ mL。