2020-2021学年高二化学新教材人教版必修第二册教师用书：第二节 氮及其化合物

2020-2021学年高二化学新教材人教版必修第二册教师用书：第二节 氮及其化合物

www.ks5u.com 第二节　氮及其化合物 第1课时　氮气与氮的氧化物 ‎ 课前自主预习 ‎ ‎1．氮元素的存在与氮的固定 ‎2．N2的物理性质 无色、无味气体，密度比空气略小，难溶于水。‎ ‎3．N2的化学性质 写出有关反应的化学方程式：‎ ‎①3Mg＋N2Mg3N2；‎ ‎②N2＋3H22NH3；‎ ‎③N2＋O22NO。‎ ‎4．氮的氧化物 ‎ 课堂互动探究 ‎ ‎ 氮氧化物的转化及有关计算 ‎1．NO→NO2‎ NO具有还原性，能与氧气反应生成二氧化氮，反应方程式为2NO＋O2===2NO2，将盛有一氧化氮气体的试剂瓶的瓶塞打开，会发现瓶口变红棕色。‎ ‎2．NO2→NO 二氧化氮易溶于水且能与水反应生成一氧化氮。‎ ‎(1)反应的化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ‎(2)反应现象：反应后气体体积减少为原来的三分之一，气体颜色由红棕色变为无色。‎ ‎(3)反应特点：反应中的二氧化氮既是氧化剂又是还原剂，每3 mol二氧化氮参加反应转移2 mol电子。二氧化氮不是酸性氧化物。‎ ‎(4)有关计算：‎ NO2(NO2与N2的混合气体)溶于水时，可根据反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，利用气体体积的变化差值进行计算。‎ 例：氮气和二氧化氮混合气体20 mL通入水中，气体的体积缩小为16 mL，则原混合气体中二氧化氮的体积V可通过以下关系求得：‎ ‎ 氮的氧化物溶于水的有关计算 氮的氧化物溶于水的几种情况 ‎(1)NO2或NO2与N2(非O2)的混合气体溶于水 根据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　①‎ 利用气体体积变化差值进行计算。‎ ‎(2)NO2和O2的混合气体溶于水 根据4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3　②‎ 可知：当体积比 ‎ ‎ ‎(3)NO和O2的混合气体溶于水 根据4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3　③‎ 可知：当体积比 ‎ ‎ ‎(4)NO、NO2、O2三种混合气体通入水中 可先按①式求出NO2和H2O反应后生成的NO的体积，再加上原混合气体中NO的体积，即为NO的总体积，再按③式进行计算。‎ ‎(5)无论是4NO2＋O2混合，还是4NO＋3O2混合，均可看成是2N2O5，这是实质，即利用N、O原子个数比进行分析推断。‎ ‎ ‎ ‎(6)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，且得失电子总数必然相等，这是解题的依据。‎ ‎ 典例题组训练 ‎ 题组一　　氮在自然界中的循环 ‎1．(双选)下列关于自然界中氮循环(如图所示)的说法不正确的是(　AD　)‎ A．氮元素均被氧化 B．工业合成氨属于人工固氮 C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化 D．只有碳、氢二种元素参与了氮循环 解析：人工固氮中氮气转化为氨气，N化合价由0→－3价，化合价降低，被还原，故A错误；工业合成氨是典型的人工固氮方法，故B正确；根据图像知，通过生物体可以将铵盐和蛋白质相互转化，实现了含氮的无机物和有机物的转化，故C正确；生物体合成蛋白质的过程有碳、氢、氧三种元素的参与，故D错误。‎ ‎2．雷雨发庄稼，解释其科学原理，并写出相关化学方程式。‎ 答案：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。‎ 相关化学方程式：N2＋O22NO,2NO＋O2===2NO2,3NO2＋H ‎2O===2HNO3＋NO。‎ 题组二　　　氮的氧化物 ‎3．(双选)下列关于NO和NO2的叙述正确的是(　AC　)‎ A．NO2是一种红棕色气体 B．常温常压下，NO不能与空气中的氧气直接化合 C．含等质量的氧元素的NO和CO的物质的量相等 D．NO2可用排水法收集 解析：解答本题要抓住NO易被氧化、NO2易与水反应的特点。NO2是红棕色的气体，A正确。常温常压下，NO易与空气中的氧气直接化合生成NO2，B错误。NO2能与水反应，故不能用排水法收集，D错误。‎ ‎4．NO2溶于水时，与水发生氧化还原反应，该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比是(　B　)‎ A．21　　　B．1‎2　‎　　C．31　　　D．13‎ 解析：NO2与H2O的反应中，NO2既作氧化剂又作还原剂：‎ 根据得失电子守恒，n(氧化剂)n(还原剂)＝12。‎ ‎　‎ (1)NO和NO2都是有毒气体，NO的中毒原理同CO。‎ (2)收集NO时不能用排气法，应用排水法，收集NO2时，不能用排水法。‎ 题组三　氮的氧化物、氧气与水的反应 ‎5．将盛有10 mL NO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中，再通入4 mL O2，充分反应后，整个试管充满水。则原混合气体中NO与NO2体积比为(　C　)‎ A．12 B．2‎5 C．37 D．无法确定 解析：设10 mL NO和NO2的混合气体中有a mL NO和(10－a) mL NO2，根据4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3和4NO2＋O2＋2H2O ‎===4HNO3可得：a＋＝4，所以a＝3，V(NO)V(NO2)＝37。‎ ‎6．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，试管被水充满，原来试管中盛装的气体是(　D　)‎ A．肯定是NO2气体 B．肯定是O2与NO2的混合气体 C．肯定是NO气体 D．可能是NO与NO2的混合气体 解析：由气体“红棕色”推测肯定含有NO2，与水反应后生成物有NO，由“向试管内鼓入氧气多次后，试管被水充满”，则试管中原来可能还含有NO或含有O2。由4NO2＋O2＋2H2O===‎ ‎4HNO3,4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3这两个方程式进行判断，可能是NO与NO2的混合气体；若是O2与NO2的混合气体，当O2过量，试管就不可能被水充满，因此，原试管中可能情况之一是O2与NO2‎ 的混合气体且O2不过量。‎ ‎　‎ (1)要明确试题要求，如反应后容器内是否有剩余气体？剩余气体可能是什么？注意剩余气体不可能是NO2，也不可能是NO与O2的混合气体。‎ (2)计算中可能用到的化学反应：‎ ‎3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ‎4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3‎ ‎4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3,(3)要对试题中产生的结果进行可能情况的讨论，如NO2与O2的混合气体溶于水时，剩余的气体是NO还是O2要进行讨论。‎ ‎ 核心素养 ‎ 氮氧化物与O2、H2O反应的计算 ‎(1)关系式法 ‎①NO和O2通入水中 由2NO＋O2===2NO2和3NO2＋H2O===2HNO3＋NO得总反应为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3‎ ‎②NO2和O2混合气体通入水中 由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO和2NO＋O2===2NO2得总反应为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3‎ ‎③NO、NO2和O2三种气体通入水中 先按3NO2＋H2O===2HNO3＋NO计算出生成的NO体积，然后加上原来混合气体中NO体积，再按①计算。‎ ‎(2)电子守恒法 当NOx转化为硝酸时要失去电子，如果是NOx与O2混合，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。‎ ‎【例1】　(双选)在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12 mL通入足量水中，充分反应后剩余2 mL气体(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积为(　　)‎ A．1.2 mL　　 B．2.4 mL　 　C．3 mL　 　D．4 mL ‎【解析】　4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3‎ 若剩余的气体是O2，则V(NO2)＝×(12－2) mL＝8 mL，V(O2)＝12 mL－8 mL＝4 mL。‎ 若剩余的气体是NO(2 mL)⇒6 mL NO2。‎ 则V(O2)＝×(12－6) mL＝1.2 mL。‎ ‎【答案】　AD ‎【例2】　将相同条件下的m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内，充分反应后，试管内残留 体积的气体，该气体与空气接触后立即变为红棕色。则m与n的比值为(　　)‎ A．32 B．2‎3 C．83 D．38‎ ‎【解析】　该过程中涉及的反应有2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，可将两个方程式“合并”为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。剩余气体与空气接触立即变为红棕色，说明剩余气体为NO。则可知体积的NO气体与n体积的O2恰好完全反应。‎ ‎4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3‎ ‎ 4 3‎ n ‎4＝3n，解得mn＝83。‎ ‎【答案】　C