高中化学必修2 第五章 第二节 第一课时

第二节 氮及其化合物
第一课时 氮的氧化物
[明确学习目标] 1.了解氮气的性质及固氮方法。

2.认识一氧化氮、二氧化氮的性质，熟知氮的氧化物溶于水反应的化学方程式。

学生自主学习
氮气与氮的固定
1．氮气无色、无味、不溶于水，约占空气体积的4
5。

通常情况下，化学性质很稳定，与其他物质难以反应。

在放电或高温下，与氧气反应的化学方程式为□01N 2＋O 2=====放电或高温
2NO 。

N 2与镁、氢气反应的方程式分别是：□02N 2＋3Mg=====点燃
Mg 3N 2；□03N 2＋3H 2
高温、高压催化剂2NH 3。

2．氮的固定
(1)定义：使□04游离态的氮转化为□05氮的化合物的过程。

(2)类别
一氧化氮与二氧化氮
1．一氧化氮是□01无色、无味、不溶于水的有毒气体，与氧气反应的化学方程式为□
022NO ＋O 2===2NO 2。

2．二氧化氮是□03红棕色、有□04刺激性气味的有毒气体，易液化，□05易溶于水，与水反应的化学方程式为□063NO2＋H2O===2HNO3＋NO，工业上利用这一原理生产□07硝酸。

[特别提醒](1)实验室里收集NO气体是用排水集气法而不能用排空气法。

(2)检验NO气体的方法是向气体中通入O2(或空气)，气体由无色变为红棕色。

1．实验室能否用排空气法收集NO气体？能否用排水法收集NO2？为什么？
提示：不能。

NO与空气的密度十分接近且易与空气中的O2反应，故不能用排空气法收集，一般用排水法收集；NO2易与H2O发生反应，故不能用排水法收集，一般用向上排空气法收集。

2．如何除去NO气体中混有的少量NO2气体杂质？
提示：根据NO2与H2O反应能生成NO，既能除去NO2杂质，又不引入其他杂质，故可将混合气体通入盛有水的洗气瓶，然后重新收集气体。

课堂互动探究
氮的氧化物与水反应的实验探究
(1)操作方法
将充满NO2、NO的试管分别倒置于水槽中，并通过导管通入少量的氧气。

实验装置实验现象试管充满水需满足的条件
红棕色气体逐渐变为无
色，试管内液面上升，持续通入适量O
2
，试管内可充满水V(NO
2
)∶V(O2)＝4∶1
无色气体先变成红棕色，后逐渐变为无色，试管内液面上升，持续通入适量
O 2，试管内可充满水
V(NO)∶V(O 2)＝4∶3
(2)相关反应原理
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO①
2NO＋O2===2NO2②
由方程式①×2＋②得：
4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3③
由方程式①×2＋②×3得：
4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3④
如图所示，试管中盛装的是红棕色气体，当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水柱继续上升，经过多次重复后，试管内完全被水充满，对原试管中盛装气体的说法正确的是()
①可能是N2与NO2的混合气体
②可能是NO2气体
③可能是NO与NO2的混合气体
④只可能是NO2一种气体
A．①②B．②③C．③④D．①④
[批注点拨]
[解析]是红棕色气体，那么一定有二氧化氮的存在，与水反应后生成一氧化氮，所以没有充满试管，继续通入氧气，最终充满试管，则①肯定错误；③中通入足量的氧气，NO也可以全部被吸收。

[答案] B
[练1]在一定温度和压强下，将一容积为15 mL的试管充满NO2后，倒置于一个盛有水的水槽中。

当试管内液面上升至一定高度不再变化时，在相同条件下再通入O2，若要使试管内液面仍保持在原高度，则通入O2的体积为() A．3.75 mL B．7.5 mL
C．8.75 mL D．10.5 mL
答案 C
解析15 mL NO2与水反应后生成 5 mL NO，根据反应4NO＋3O2＋
2H2O===4HNO3，使5 mL NO完全被氧化需O2体积为5 mL×3
4
＝3.75 mL。

据题
意，通入的O2应过量5 mL，则共需通入O2 8.75 mL。

[练2]将10 mL充满NO2和O2的混合气体的试管，倒置在水槽中，反应停
止后试管内剩余2 mL 的无色气体，求原混合气体中NO 2和O 2各多少毫升？
答案 剩余2 mL 气体可能是NO 或O 2，分两种情况讨论：(1)剩余的是NO ，可以看成先发生了反应：4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3，剩余的NO 2又与水作用，最终有2 mL NO 产生。

由反应3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 得剩余的NO 2体积为
2 mL ×3＝6 mL 。

则原有O 2体积为(10 mL －6 mL)×1
4＋1＝0.8 mL ，NO 2体积为
10 mL －0.8 mL ＝9.2 mL 。

(2)剩余的是O 2，则有10 mL －2 mL ＝8 mL 是NO 2和O 2的混合气体，按反
应：4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3进行计算。

所以NO 2的体积为8 mL ×4
1＋4＝6.4
mL ，O 2体积为10 mL －6.4 mL ＝3.6 mL 。

[知识拓展] 氮的氧化物与水反应的计算规律
(1)NO 2单独溶于水(按反应3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 计算) 剩余气体是NO ，V (NO)＝1
3V (NO 2)。

(2)NO 2与O 2的混合气体溶于水(按反应4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3计算)
V (NO 2)
V (O 2
)⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧
<4∶1 O 2过量，剩余O 2，
V ＝V (O 2
)－14V (NO 2
)
＝4∶1 恰好完全反应，无剩余气体
>4∶1 NO 2过量，剩余NO ，V ＝
13[V (NO 2
)－4V (O 2
)]
(3)NO 与O 2的混合气体溶于水(按反应4NO ＋3O 2＋2H 2O===4HNO 3计算)
V (NO )V (O 2
)⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧
<4
3 O 2过量，剩余O 2，
V ＝V (O 2
)－34
V (NO )
＝43
恰好完全反应，无剩余气体
>4
3 NO 过量，剩余NO ， V ＝V (NO )－43V (O 2
)
本课归纳总结
1.一氧化氮是无色、无味、不溶于水的有毒气体，易与空气中的氧气反应生成二氧化氮，即2NO＋O2===2NO2。

2．二氧化氮是红棕色有刺激性气味的有毒气体，易
溶于水生成HNO3和NO，化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

3．氮的氧化物溶于水的总反应为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3,4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。

学习效果检测
1．湿润的淀粉碘化钾试纸接触某气体而显蓝色，该气体可能是下列气体中的()
①Cl2②NO2③H2S④SO2⑤溴蒸气⑥HCl
A．①③④B．①②⑤C．①②⑥D．②④⑥
答案 B
解析显蓝色表明接触过程中发生氧化还原反应生成了单质I2。

其反应如下：①Cl2＋2KI===I2＋2KCl，②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，HNO3将KI氧化成I2，⑤Br2＋2KI===I2＋2KBr。

2．将盛有30 mL NO和NO2混合气体的试管倒置于放满水的水槽中，最后试管中气体的体积是20 mL，则原混合气体中NO的体积是()
A．24 mL B．15 mL C．18 mL D．12 mL
答案 B
解析NO2与水反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，设原混合气体中NO与NO2的体积分别为x、y，则据题意，剩余气体体积20 mL是原NO气体与上述反应生成的NO气体的总体积，列方程即可得NO和NO2体积都是15 mL。

3．在NO2被水吸收的反应中，发生还原反应的物质和发生氧化反应的物质的物质的量之比为()
A．3∶1 B．1∶3 C．1∶2 D．2∶1
答案 C
解析3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,3 mol NO2中，有2 mol氮原子的价态升高，1 mol氮原子的价态降低，所以发生还原反应的NO2与发生氧化反应的NO2的物质的量之比为1∶2。

4．下列物质的转化必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是()
①N2→NO2②NO2→NO③NO2→HNO3
④N2→NO⑤N2→NH3
A．①B．②⑤C．④D．③④
答案 C
解析该题有两个要求：(1)必须加入氧化剂；(2)通过一步反应就能完成。

反应①、③、④从化合价角度来看都是升高，但反应①N2→NO2不能通过一步反应完成；而反应③NO2→HNO3虽然氮的化合价升高，但不加氧化剂也能完成，如3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，在该反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂；只有反应④N2→NO必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成。

5．一氧化氮是大气污染物之一。

目前，有一种治理方法是在400 ℃左右、有催化剂存在的情况下，用氨把一氧化氮还原为氮气和水。

请写出该反应的化学方程式：__________________________________。

催化剂
答案6NO＋4NH3=====
5N2＋6H2O
400 ℃
6．利用如图所示装置收集以下7种气体(图中烧瓶的位置不得变化)。

①H2②Cl2③CH4④HCl⑤NH3⑥NO⑦SO2
(1)若烧瓶是干燥的，则由B口进气收集的气体有________(写序号)。

(2)若烧瓶充满水，可收集的气体有________，这时气体由________口进入。

(3)若烧瓶是干燥的，则由A口进气，可收集的气体有________。

(4)若在烧瓶内装入浓硫酸使气体干燥，则可用此装置来干燥的气体有________，这时气体由________口进入。

答案(1)②④⑦(2)①③⑥A(3)①③⑤(4)①②③④⑥⑦ B。