高三化学氮气和氮的氧化物人教版

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

2NH3

①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：2NO2N2O4

NO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）2

②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、①③④

C、②③④

D、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＞V3

B、V1＞V3＞V2

C、V2＞V3＞V1

D、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