專題1元素及其化合物第二單元非金屬及其化合物(氧化還原反應(yīng))第4講氮及其化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用一、課程標(biāo)準(zhǔn)要求1．認(rèn)識(shí)氮元素可以組成不同種類的物質(zhì)，能從不同視角對(duì)典型的氮元素及其化合物進(jìn)行探究。2．通過(guò)“雷雨發(fā)莊稼”；氮的循環(huán)與氮的固定；工業(yè)合成氨、工業(yè)制硝酸；氮肥的生產(chǎn)與合理使用能從物質(zhì)類別和元素價(jià)態(tài)變化的視角說(shuō)明物質(zhì)的轉(zhuǎn)化途徑。3．利用實(shí)驗(yàn)探究氨氣的制備及性質(zhì)；銨鹽的性質(zhì)；濃、稀硝酸的性質(zhì)；氮氧化物的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化。4．結(jié)合真實(shí)情境中的應(yīng)用實(shí)例或通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，了解氮及其重要化合物的主要性質(zhì)，認(rèn)識(shí)這些物質(zhì)在生產(chǎn)中的應(yīng)用和對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。5．通過(guò)調(diào)查，從含氮物質(zhì)的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化的視角分析酸雨和霧霾的成因、危害與防治二、在高中化學(xué)教材體系中的地位從課程模塊層面看，氮元素及其化合物位于必修課程內(nèi)容，是普通高中學(xué)生發(fā)展的共同基礎(chǔ)；通過(guò)氮元素及其化合物性質(zhì)的學(xué)習(xí)，一方面可以形成完整的金屬、非金屬及其化合物的知識(shí)體系，另一方面也具有鞏固離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等基礎(chǔ)知識(shí)的作用。三、思維導(dǎo)圖四、課時(shí)安排建議第1課時(shí)氮及其氧化物(1課時(shí))第2課時(shí)硝酸(1課時(shí))第3課時(shí)氮及其化合物的轉(zhuǎn)化(1課時(shí))第1課時(shí)氮及其氧化物(1課時(shí))一、教學(xué)流程活動(dòng)一：構(gòu)建知識(shí)體系問(wèn)題1： 氮?dú)庥心男┪锢硇再|(zhì)、化學(xué)性質(zhì)？[例題1]下列說(shuō)法中正確的是()A．氮?dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)不如磷活潑，故氮元素非金屬性弱于磷B.氮?dú)庵挥醒趸裕瑳](méi)有還原性C．“雷雨發(fā)莊稼”所包含的化學(xué)變化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸鹽D．NO與O2反應(yīng)生成NO2屬于氮的固定[解析]N≡N鍵能大，N2比磷穩(wěn)定，A錯(cuò)誤；氮?dú)庵械氐幕蟽r(jià)可以升高，也可以降低，故既具有氧化性，又具有還原性，B錯(cuò)誤；氮的固定是將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮的過(guò)程，D項(xiàng)錯(cuò)誤。[答案]C[歸納總結(jié)](一)(1)氮元素位于元素周期表的第周期、第族。氮原子最外層有個(gè)電子，既不容易3個(gè)電子，也不容易5個(gè)電子。一般通過(guò)與其他原子相互結(jié)合成物質(zhì)。(2)氮分子內(nèi)個(gè)氮原子間以結(jié)合，斷開(kāi)該化學(xué)鍵需要的能量，所以氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)很，通常情況下與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但在一定條件下氮?dú)庖部梢院鸵恍┪镔|(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。(3)寫(xiě)出氮?dú)夂拖铝形镔|(zhì)反應(yīng)的化學(xué)方程式。①金屬鎂：，氮?dú)獗憩F(xiàn)性；②氫氣：，氮?dú)獗憩F(xiàn)性；③氧氣：，氮?dú)獗憩F(xiàn)性。[答案]：(一).(1)二ⅤA5得到失去共用電子對(duì)。(2)兩共價(jià)三鍵(N≡N)較多，穩(wěn)定，很難。(3)①N2＋3Mgeq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))Mg3N2，氧化；②N2+3H22NH3，氧化；③N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放電或高溫))2NO，還原。(二)氮元素的存在形式和固氮問(wèn)題2：氮元素從＋1～＋5價(jià)都有對(duì)應(yīng)的氧化物，如N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5，其中屬于酸性氧化物的是？ [練習(xí)1]氮氧化物進(jìn)入大氣后，不僅會(huì)形成硝酸型酸雨，還可能形成光化學(xué)煙霧。因此必須對(duì)含有氮氧化物的廢氣進(jìn)行處理。(1)用氫氧化鈉溶液可以吸收廢氣中的氮氧化物，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為NO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O，在該反應(yīng)中，氧化劑是________，還原劑是______。(2)在一定條件下氨可用來(lái)將氮氧化物轉(zhuǎn)化為無(wú)污染的物質(zhì)。寫(xiě)出氨和二氧化氮在一定條件下反應(yīng)的化學(xué)方程式：_______________________________________________________，反應(yīng)中氧化劑是________，還原劑是________。(練習(xí)1出處：2019·濟(jì)南一中期末。推薦理由：通過(guò)具體的問(wèn)題情境，探究氮的氧化物的性質(zhì)，體現(xiàn)“宏觀辨識(shí)”和“微觀探析”這一素養(yǎng)。)[解析]1)NO2中氮元素的化合價(jià)降低，NO2作氧化劑，NO中氮元素的化合價(jià)升高，NO作還原劑。(2)氨和二氧化氮反應(yīng)后生成的無(wú)污染的物質(zhì)是氮?dú)夂退答案](1)NO2NO(2)6NO2＋8NH3eq\o(=,\s\up7(一定條件))7N2＋12H2ONO2NH3 [歸納總結(jié)]NO和NO2性質(zhì)的比較NONO2物理性質(zhì)顏色無(wú)色紅棕色毒性有毒有毒溶解性不溶于水易溶于水化學(xué)性質(zhì)與O2反應(yīng)2NO＋O2=2NO2—能與H2O反應(yīng)—3NO2＋H2O=2HNO3＋NO活動(dòng)二：重難點(diǎn)突破問(wèn)題3：氮氧化物的尾氣怎么處理？ 典例簡(jiǎn)析[典型題例]N2O、NO和NO2等氮氧化物是空氣污染物，含有氮氧化物的尾氣需處理后才能排放。(1)N2O的處理。N2O是硝酸生產(chǎn)中氨催化氧化的副產(chǎn)物，用特種催化劑能使N2O分解。NH3與O2在加熱和催化劑作用下生成N2O的化學(xué)方程式為。(2)NO和NO2的處理。已除去N2O的硝酸尾氣可用NaOH溶液吸收，主要反應(yīng)為NO+NO2+2OH?2+H2O2NO2+2OH?++H2O①下列措施能提高尾氣中NO和NO2去除率的有(填字母)。A．加快通入尾氣的速率B．采用氣、液逆流的方式吸收尾氣C．吸收尾氣過(guò)程中定期補(bǔ)加適量NaOH溶液②吸收后的溶液經(jīng)濃縮、結(jié)晶、過(guò)濾，得到NaNO2晶體，該晶體中的主要雜質(zhì)是(填化學(xué)式)；吸收后排放的尾氣中含量較高的氮氧化物是(填化學(xué)式)。(3)NO的氧化吸收。用NaClO溶液吸收硝酸尾氣，可提高尾氣中NO的去除率。其他條件相同，NO轉(zhuǎn)化為的轉(zhuǎn)化率隨NaClO溶液初始pH(用稀鹽酸調(diào)節(jié))的變化如圖所示。①在酸性NaClO溶液中，HClO氧化NO生成Cl?和，其離子方程式為。②NaClO溶液的初始pH越小，NO轉(zhuǎn)化率越高。其原因是。(典型題例出處：2019·江蘇高考題第16題，推薦理由：本題考查了陌生氧化還原方程式的書(shū)寫(xiě)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的選擇以及通過(guò)現(xiàn)象分析本質(zhì)原因，培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力。)[簡(jiǎn)析](1)NH3與O2在加熱和催化劑作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成N2O，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒可知反應(yīng)有水生成，配平化學(xué)方程式為：2NH3+2O2N2O+3H2O，故答案為：2NH3+2O2N2O+3H2O；(2)①A.加快通入尾氣的速率，不能提高尾氣中NO和NO2的去除率，不選A；B.采用氣、液逆流的方式吸收尾氣，可使氣液充分接觸，能提高尾氣中NO和NO2的去除率，選B；C.定期補(bǔ)充適量的NaOH溶液可增大反應(yīng)物濃度，能提高尾氣中NO和NO2的去除率，選C。故答案為：BC；②由吸收反應(yīng)：NO+NO2+2OH-=2NO2-+H2O，2NO2+2OH-=NO2-+NO3-+H2O可知，反應(yīng)后得到NaNO2和NaNO3混合溶液，經(jīng)濃縮、結(jié)晶、過(guò)濾得到NaNO2和NaNO3晶體，因此得到的NaNO2混有NaNO3；由吸收反應(yīng)可知，若NO和NO2的物質(zhì)的量之比大于1：1，NO不能被吸收，因此，吸收后排放的尾氣中含量較高的氮氧化物是NO，故答案為：NaNO3；NO；(3)①在酸性的NaClO溶液中，次氯酸根離子和氫離子結(jié)合生成HClO，HClO和NO發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NO3-和Cl-，根據(jù)得失電子守恒及電荷守恒、原子守恒，配平離子方程式為2NO+3HClO+H2O=2NO3-+3Cl-+5H+，故答案為：2NO+3HClO+H2O=2NO3-+3Cl-+5H+；②在相同條件下，氧化劑的濃度越大，氧化能力越強(qiáng)，由反應(yīng)2NO+3HClO+H2O=2NO3-+3Cl-+5H+可知，溶液pH越小，溶液中HClO濃度越大，氧化NO的能力越強(qiáng)，故答案為：溶液pH越小，溶液中HClO的濃度越大，氧化NO的能力越強(qiáng)。[答案](1).2NH3+2O2N2O+3H2O(2).BC(3).NaNO3(4).NO(5).3HClO+2NO+H2O3Cl?+2+5H+(6).溶液pH越小，溶液中HClO的濃度越大，氧化NO的能力越強(qiáng)。[小結(jié)]NOx尾氣的處理方法(1)堿液吸收法2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2ONO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2ONO2、NO的混合氣體能被足量燒堿溶液完全吸收的條件是：n(NO2)≥n(NO)。一般適合工業(yè)尾氣中NOx的處理。(2)催化轉(zhuǎn)化法在催化劑、加熱條件下，氨可將氮氧化物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒氣體(N2)或NOx與CO在一定溫度下催化轉(zhuǎn)化為無(wú)毒氣體(N2和CO2)。一般適用于汽車(chē)尾氣的處理。[練習(xí)2]為落實(shí)“五水同治”，某工廠擬綜合處理含NHeq\o\al(＋,4)廢水和工業(yè)廢氣(主要含N2、CO2、SO2、NO、CO，不考慮其他成分)，設(shè)計(jì)了如下流程：下列說(shuō)法不正確的是()A．固體1中主要含有Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3B．X可以是空氣，且需過(guò)量C．捕獲劑所捕獲的氣體主要是COD．處理含NHeq\o\al(＋,4)廢水時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為NHeq\o\al(＋,4)＋NOeq\o\al(－,2)=N2↑＋2H2O(練習(xí)2出處：2020山東青島一模，推薦理由:本題考查了學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及物質(zhì)的性質(zhì)分析推理的能力。)[解析]A項(xiàng)，根據(jù)題中的流程，可以得出固體1為CaCO3、CaSO3和過(guò)量Ca(OH)2，正確；氣體1是不能被過(guò)量石灰乳吸收的NO、CO和N2，NO和NO2按1∶1的體積比能與NaOH溶液反應(yīng)生成亞硝酸鈉，所以X可以是空氣，但不能過(guò)量，否則會(huì)生成NaNO3，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，氣體2為N2、CO，因“無(wú)污染氣體”為N2，故捕獲的氣體主要是CO，正確；D項(xiàng)，NHeq\o\al(＋,4)與NOeq\o\al(－,2)能夠發(fā)生歸中反應(yīng)生成氮?dú)猓x子方程式為NHeq\o\al(＋,4)＋NOeq\o\al(－,2)=N2↑＋2H2O，正確。[答案]：B[例題2]研究氮氧化物反應(yīng)機(jī)理，對(duì)于控制汽車(chē)尾氣、保護(hù)環(huán)境有重要意義。(1)NO在空氣中存在如下反應(yīng)：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)ΔH上述反應(yīng)分兩步完成，其中第一步反應(yīng)①如下，寫(xiě)出第二步反應(yīng)②的熱化學(xué)方程式(其反應(yīng)的焓變?chǔ)2用含ΔH、ΔH1的式子來(lái)表示)：①2NO(g)N2O2(g)ΔH1＜0②______________(2)工業(yè)制HNO3的尾氣中含有的NO2和NO常用NaOH溶液吸收，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O,2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2O，現(xiàn)有平均組成為NOx的NO、NO2混合氣體，通入足量的NaOH溶液中，充分反應(yīng)后沒(méi)有氣體剩余，則：①x的取值范圍為_(kāi)_______________。②反應(yīng)后溶液中n(NOeq\o\al(－,2))∶n(NOeq\o\al(－,3))＝__________________(用含x的代數(shù)式表示)。(3)電解法處理氮氧化合物是目前大氣污染治理的一個(gè)新思路，原理是將NOx在電解池中分解成無(wú)污染的N2和O2除去，如圖所示，兩電極間是新型固體氧化物陶瓷，在一定條件下可自由傳導(dǎo)O2－，電解池的陰極反應(yīng)為_(kāi)___________________________________________。(例題2出處：2020全國(guó)=1\*ROMANI卷模擬題，本題主要考查在氮氧化物情景中蓋斯定律的應(yīng)用、氧化還原反應(yīng)中的電子守恒規(guī)律和電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)。)[解析](1)由蓋斯定律①＋②可得總反應(yīng)2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，所以總的熱化學(xué)方程式－①可得②，則②的熱化學(xué)方程式為O2(g)＋N2O2(g)2NO2(g)ΔH2＝ΔH－ΔH1。(2)平均組成為NOx的NO、NO2混合氣體，通入足量的NaOH溶液中，充分反應(yīng)后沒(méi)有氣體剩余，根據(jù)反應(yīng)NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O和2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2O，說(shuō)明只有當(dāng)n(NO2)∶n(NO)≥1時(shí)，混合氣體才能被NaOH溶液完全吸收。當(dāng)n(NO)∶n(NO2)＝1時(shí)，x＝1.5；當(dāng)只有NO2時(shí)，x＝2；故x取值范圍為1.5≤x＜2。NOx被NaOH溶液完全吸收時(shí)，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒規(guī)律，可寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式：2NOx＋2NaOH=(5－2x)NaNO2＋(2x－3)NaNO3＋H2O，因此反應(yīng)后溶液中n(NOeq\o\al(－,2))∶n(NOeq\o\al(－,3))＝(5－2x)∶(2x－3)。(3)陰極發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)題意，陰極上是NOx獲得電子生成N2與O2－，因此電極反應(yīng)式為2NOx＋4xe－=N2＋2xO2－。[答案](1)O2(g)＋N2O2(g)2NO2(g)ΔH2＝ΔH－ΔH1(2)①1.5≤x＜2②(5－2x)∶(2x－3)(3)2NOx＋4xe－=N2＋2xO2－活動(dòng)三：鞏固提升1．下列說(shuō)法正確的是()A．氮?dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)通常不活潑，可將熾熱的鎂粉放在氮?dú)庵欣鋮sB．汽車(chē)尾氣中有NOx，主要是汽油不充分燃燒引起的C．食品袋中充氮?dú)鈦?lái)防氧化D．22.4L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氮?dú)庵泻屑s7×6.02×1023個(gè)中子2．下列化學(xué)事實(shí)及其解釋都正確的是()A．NO2與水反應(yīng)，NO2作還原劑，水作氧化劑B．某溶液中含有大量的NOeq\o\al(－,3)，該溶液中一定不存在大量的Fe2＋C．閃電時(shí)，空氣中的N2和O2可直接化合生成NO2D．除去NO中混有少量NO2氣體時(shí)，可以用水洗滌后再干燥3．(2022江蘇高考)氮及其化合物的轉(zhuǎn)化具有重要應(yīng)用。下列說(shuō)法不正確的是()A．自然固氮、人工固氮都是將轉(zhuǎn)化為B．侯氏制堿法以、、、為原料制備和C．工業(yè)上通過(guò)催化氧化等反應(yīng)過(guò)程生產(chǎn)D．多種形態(tài)的氮及其化合物間的轉(zhuǎn)化形成了自然界的“氮循環(huán)”4．研究表明，氮氧化物和二氧化硫在形成霧霾時(shí)與大氣中的氨有關(guān)(如下圖所示)。下列敘述錯(cuò)誤的是()A．霧和霾的分散劑相同B．霧霾中含有硝酸銨和硫酸銨C．NH3是形成無(wú)機(jī)顆粒物的催化劑D．霧霾的形成與過(guò)度施用氮肥有關(guān)5．下列反應(yīng)必須加入氧化劑且一步反應(yīng)就能完成的是()①N2→NO2②NO2→NO③NO2→HNO3④N2→NO⑤N2→NH3A．① B．②⑤C．④ D．③④[參考答案]1．C解析：熾熱的鎂粉可與氮?dú)夥磻?yīng)生成氮化鎂，A錯(cuò)誤；汽車(chē)尾氣中有NOx，主要是空氣中的氧氣和氮?dú)庠谄?chē)的氣缸內(nèi)高溫作用下生成的，B錯(cuò)誤；氮?dú)馐请p原子分子，一個(gè)氮?dú)夥肿佑?4個(gè)中子，22.4L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氮?dú)庵泻?4NA個(gè)中子，D錯(cuò)誤2．D解析：NO2與水反應(yīng)，NO2是還原劑也是氧化劑，A錯(cuò)誤；NOeq\o\al(－,3)和Fe2＋能共存，例如硝酸亞鐵溶液，但在酸性條件下，NOeq\o\al(－,3)能氧化Fe2＋，B錯(cuò)誤；空氣中的N2和O2直接化合生成的是NO，C錯(cuò)誤。將混有少量NO2的NO氣體通過(guò)水洗滌后，因NO2與水反應(yīng)生成NO，再干燥即可，D正確。3.A4.C解析：A．霧的分散劑是空氣，分散質(zhì)是水。霾的分散劑是空氣，分散質(zhì)固體顆粒。因此霧和霾的分散劑相同，A正確；B．由于氮氧化物和二氧化硫轉(zhuǎn)化為銨鹽形成無(wú)機(jī)顆粒物，因此霧霾中含有硝酸銨和硫酸銨，B正確；C．在化學(xué)反應(yīng)里能改變反應(yīng)物化學(xué)反應(yīng)速率(提高或