1、2022-2023必修第二册必修第二册第五章化工生产中的重要非金属第二节 氮及其化合物氮氮 是自然界中各种生是自然界中各种生物生命活动不可缺少的物生命活动不可缺少的重要元素重要元素（大气：N2及少量的NH3、NO、NO2）雷电作用产生NONH3根瘤菌固氮人工合成NH3酸雨HNO3动物遗体或者排泄物铵盐或者氨硝酸盐NO经氧化等转化亚硝酸盐植物吸收产生蛋白质硝酸盐 分解产生氮气硝化作用NO、NO2NO、NO2(在动植物、土壤、海洋中在动植物、土壤、海洋中)自然界中的氮自然界中的氮的的循环循环 学习 目标掌握氮的氧化物溶于水的掌握氮的氧化物溶于水的计算计算的原理和常用方法的原理和常用方法如图所示如图
2、所示,在一支在一支50 mL50 mL的注射器里充入的注射器里充入20 mL NO,20 mL NO,然后吸入然后吸入5 mL5 mL水水,用乳胶用乳胶管和弹簧夹封住管口管和弹簧夹封住管口,振荡注射器振荡注射器,观察现象。打开弹簧夹观察现象。打开弹簧夹,快速吸入快速吸入10 mL10 mL空气后夹上弹簧夹空气后夹上弹簧夹,观察现象。振荡注射器观察现象。振荡注射器,再观察现象。再观察现象。1.在此实验过程中在此实验过程中,观察到哪些现象观察到哪些现象?(1)1)注射器里充入注射器里充入20 mL NO,20 mL NO,然后吸入然后吸入5 mL5 mL水水,振荡后振荡后,无明显现象。说明无明显现
3、象。说明NONO不溶于水。不溶于水。(2)(2)打开弹簧夹快速吸入打开弹簧夹快速吸入10 mL10 mL空气后空气后,夹紧弹簧夹夹紧弹簧夹,观察到注射器气体由无色逐渐变为观察到注射器气体由无色逐渐变为红棕色红棕色;振荡后振荡后,红棕色消失红棕色消失,气体的体积逐渐减小气体的体积逐渐减小,液面不断上升。液面不断上升。氮氮的的氧化物溶于氧化物溶于水水的计算规律的计算规律实验探究实验探究2.在上述实验中发生了哪些化学反应在上述实验中发生了哪些化学反应?提示提示:2NO+O2NO+O2 2=2NO2NO2 2、3NO3NO2 2+H+H2 2O O=2HNO2HNO3 3+NO+NO。3.3.将将充满
4、充满NONO2 2、NONO的试管分别倒置于水槽中的试管分别倒置于水槽中,并通过导管通入少量的氧气。并通过导管通入少量的氧气。(1)图图1试管中观察到的实验现象是什么试管中观察到的实验现象是什么?图图2试管中观察到的实验现象是什么试管中观察到的实验现象是什么?提示提示:图图1 1中红棕色气体逐渐变为无色中红棕色气体逐渐变为无色,试管内液面试管内液面上升上升,持续通入适量持续通入适量O O2 2,试管内可充满水试管内可充满水。图图2 2中无色气体先变成红棕色中无色气体先变成红棕色,后逐渐变为无色后逐渐变为无色,试试管内液面上升管内液面上升,持续通入适量持续通入适量O O2 2,试管内可充满水。试
5、管内可充满水。(2)图图1中中NO2与与O2的体积满足怎样的比例的体积满足怎样的比例,才能使才能使NO2完全转化成完全转化成HNO3?提示提示:3NO3NO2 2+H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3+NO+NO和和2NO+O2NO+O2 2=2NO=2NO2 2这这两个反应是循环两个反应是循环发生的发生的,采用方程式加采用方程式加和和的的方法方法,加和后方程式右边不剩余任何气体加和后方程式右边不剩余任何气体,左边只剩左边只剩H H2 2O O、NONO2 2和和O O2 2。整理以下反应整理以下反应3NO3NO2 2+H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3+NO+NO 2NO+O
6、2NO+O2 2=2NO=2NO2 2由方程式由方程式2+2+得得:4NO4NO2 2+O+O2 2+2H+2H2 2O=4HNOO=4HNO3 3,即即当当NONO2 2和和O O2 2的体积比的体积比为为4 411时可完全溶于水生成硝酸。时可完全溶于水生成硝酸。(3)(3)图图2 2中中NONO与与O O2 2的体积满足怎样的比例的体积满足怎样的比例,才能使才能使NONO完全转化成完全转化成HNOHNO3 3?提示提示:NO:NO和和O O2 2同时通入水中时同时通入水中时,其反应为其反应为2NO+O2NO+O2 2=2NO2NO2 23NO3NO2 2+H+H2 2O O=2HNO2HN
7、O3 3+NO+NO 由方程式由方程式3+3+2 2得得4NO+3O4NO+3O2 2+2H+2H2 2O O=4HNO4HNO3 3,即即当当NONO和和O O2 2的体积比的体积比为为4 43 3 时可完全溶于水生成硝酸。时可完全溶于水生成硝酸。提炼归纳提炼归纳氮的氧化物溶于水的计算氮的氧化物溶于水的计算1反应原理反应原理3NO2H2O=2HNO3NO 2NO+O2=2NO2 反应反应24NO2O22H2O=4HNO3 反应反应234NO3O22H2O=4HNO3 2计算类型计算类型NO2和和O2的混合气体溶于水时涉及反应的混合气体溶于水时涉及反应:4NO2+O2+2H2O=4HNO3,其
8、其计算如下计算如下表表:NONO和和O O2 2的混合气体溶于水时涉及反应的混合气体溶于水时涉及反应:4NO+3O4NO+3O2 2+2H+2H2 2O=4HNOO=4HNO3 3,其其计算如下计算如下表表:例例1：将将V mL NO和和NO2的混合气通过水吸收后，得得的混合气通过水吸收后，得得a mL无色气体无色气体A，将，将此无色气体此无色气体A与等体积与等体积O2混合，再通过水充分吸收后，收集到混合，再通过水充分吸收后，收集到5 mL无色气无色气体体B。试回答：。试回答：(1)A气体是气体是_，B气体是气体是_；(2)A气体的体积是气体的体积是_。【解析】【解析】(1)NO2溶于水生成溶
9、于水生成NO，故，故A为为NO，NO与与O2通入水中发通入水中发生反应生反应4NO3O22H2O=4HNO3，二者等体积时，二者等体积时，O2过量，故过量，故B为为O2；(2)4NO 3O22H2O=4HNO3 a mL 3a/4mL 依题意：依题意：a3a/45，a20NO O2 20 mL【知识拓展】【知识拓展】氮的氧化物溶于水的计算的其他方法氮的氧化物溶于水的计算的其他方法(1)(1)原子守恒法原子守恒法4NO4NO2 2+O+O2 2和和4NO+3O4NO+3O2 2从组成上均相当于从组成上均相当于2N2N2 2O O5 5的组成的组成,都与都与N N2 2O O5 5+H+H2 2O
10、 O=2HNO=2HNO3 3等效。当等效。当NONO、NONO2 2、O O2 2的混合气体溶于水时利用混合气体中氮、氧原子个的混合气体溶于水时利用混合气体中氮、氧原子个数比进行分析判断。数比进行分析判断。n(Nn(N)n(O)n(O)(2)(2)电子守恒法电子守恒法NONO与与O O2的混合气体通入水中发生反应的混合气体通入水中发生反应:2NO+O2NO+O2=2NO=2NO2、3NO3NO2+H+H2O O =2HNO2HNO3+NO+NO,在这当中在这当中,存在着存在着NONO向向NONO2转化、转化、NONO2向向HNOHNO3转化的同时又转化的同时又生成生成NONO的循环反应。但总
11、体来讲的循环反应。但总体来讲,NOHNO,NOHNO3,N,N的化合价升高是由于被的化合价升高是由于被O O2氧化氧化,因此可写出因此可写出在氧化还原反应中得失电子数必然相等。在氧化还原反应中得失电子数必然相等。例2：在一定条件下，将在一定条件下，将m体积体积NO与与n体积体积O2先后通入倒立在水中且盛先后通入倒立在水中且盛满水的容器中，充分反应后，容器内残留体积的气体，该气体与空气接触满水的容器中，充分反应后，容器内残留体积的气体，该气体与空气接触后变为红棕色，则后变为红棕色，则m与与n的比值为的比值为_例例2：在一定条件下，将在一定条件下，将m体积体积NO与与n体积体积O2先后通入倒立在水
12、中且盛满水的容器先后通入倒立在水中且盛满水的容器中，充分反应后，容器内残留体积的气体，该气体与空气接触后变为红棕色，则中，充分反应后，容器内残留体积的气体，该气体与空气接触后变为红棕色，则m与与n的比值为的比值为_有关氮氧化物溶于水计算的两种方法无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2H2O=2HNO3NO，2NOO2=2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。(1)关系式法：若NO和O2通入水中，总关系式为4NO3O22H2O=4HNO3。若NO2和O2通入水中，总关系式为4NO2O22H2O=4HNO3。(2)电子守恒法
13、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。【规律总结】在一支容积为在一支容积为30mL的试管内充满的试管内充满NO2和和O2的混合气体，把试管倒置于的混合气体，把试管倒置于水中，充分反应后余水中，充分反应后余5mL，则原混合气体中，则原混合气体中NO2和和O2的体积各是多少？的体积各是多少？4NO2+O2+2H2O=4HNO3 解：若O2过量，剩余气体为O2V(NO2)=254/5=20mLV(O2)=251/5+5=10mL若NO2过量，剩余气体为NO3NO2+H2O=2HNO3+NO 15 5V(NO2)=154/5+15=2
14、7mLV(O2)=151/5=3mL试管中气体试管中气体(标况标况)倒立在水槽中探究倒立在水槽中探究类别类别 气体气体 上升高度上升高度 C C(B)(B)(mol/L)(mol/L)一满试管一满试管HClHCl试管中试管中HClHCl、空气各一半空气各一半一满试管一满试管NONO2 2一满试管一满试管NONO2 2、O O2 2(4:1)(4:1)混合气体混合气体充满充满1/22/31/22.41/22.41/22.445122.4充满充满V(aq)V(aq)C CB B=n nB BV V=V/22.4V/22.4=mol/Lmol/L122.4形成溶液的体积形成溶液的体积=所消耗的气体体
15、积所消耗的气体体积计算的关键计算的关键:拓展延伸拓展延伸1.将一支充有将一支充有12 mL NO2气体的试管倒置于水槽中，充分反应。气体的试管倒置于水槽中，充分反应。(1)下列图示正确的是下列图示正确的是_(填字母填字母)。C(2)若水不能充满试管，需再向试管中缓缓充入若水不能充满试管，需再向试管中缓缓充入O2，现象为，现象为_，最终充入，最终充入_ mL氧气，才能使水全部充满。氧气，才能使水全部充满。无色气体变为无色气体变为红棕色，液面逐渐上升红棕色，液面逐渐上升32.下列反应必须加入氧化剂且一步反应就能完成的是下列反应必须加入氧化剂且一步反应就能完成的是N2NO2NO2NONO2HNO3N2NON2NH3A.B.C.D.3.现有现有NO2、O2的混合气体的混合气体12 mL，通入足量水中，充分反应后剩余气体，通入足量水中，充分反应后剩余气体2 mL(同温同压下同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积是，则原混合气体中氧气的体积是A.1.3 mL B.2.4 mLC.3 mL D.4 mL或或1.2 mL
