資源簡介

第五章　化工生產中的重要非金屬元素
第2節　氮及其化合物
第1課時　氮氣與氮的固定 一氧化氮和二氧化氮
本節是人教版第五章第二節氮及其化合物的內容。本節內容主要包括：氮及氮的固定、一氧化氮和二氧化氮、氨和銨鹽、硝酸、酸雨及其防治。教材首先根據氮的原子結構知識，應用前一節掌握的研究非金屬單質性質的基本思路預測氮的化學性質，滲透條件對化學反應的影響，引出氮的固定對人類生存的重要意義。之后，根據物質類別研究氮的化合物，包括一氧化氮、二氧化氮、硝酸、氨和銨鹽的化學性質。以工業合成氨、工業制硝酸的生產原理為載體，應用氧化還原反應原理，設計含氮化合物的轉化，使學生認識到從一種原料轉化成多種產品，路徑之一是通過氧化還原反應改變主要元素的化合價，提升“變化觀念”等學科核心素養。教材設置銨根離子的檢驗、實驗室制取氨的實驗活動，讓學生根據氨、銨根離子的性質和反應，選擇合適的試劑，設計檢驗或者制取物質的方案，提升其科學探究的能力。最后，教材編入“酸雨及其防治”內容以及“測定雨水的pH”的研究與實踐活動，綜合運用硫和氮及其化合物的相關知識，尋求證據參與社會性議題的討論，分析硫酸工業、合成氨工業對社會發展的價值和對環境的影響，有意識地滲透資源合理利用和環境保護的意識。
《普通高中化學課程標準(2017版)》對本節的要求：結合真實情境中的應用實例或通過實驗探究，了解氮及其重要化合物的主要性質，認識這些物質在生產中的應用和對生態環境的影響。結合實例認識金屬、非金屬及其化合物的多樣性，了解通過化學反應可以探索物質性質、實現物質轉化，認識物質及其轉化在自然資源綜合利用和環境保護中的重要價值。其情景素材建議為：“雷雨發莊稼”；氮的循環與氮的固定；工業合成氨、工業制硫酸（或硝酸）；氮肥的生產與合理使用；氯氣、氨氣等泄漏的處理；酸雨的成因與防治；汽車尾氣的處理。因此內容安排三個課時：第一課時為氮氣與氮的固定，一氧化氮和二氧化氮，第二課時為氨和銨鹽，第硝酸和酸雨及防治。本節為第一課時的內容。
【學習目標】
1、了解氮元素的存在及氮的固定。
2、掌握NO、NO2的性質。
3、了解NO、NO2、O2溶于水的簡單計算（對生成硝酸的啟示）。
【核心素養】
1、通過學習氮及氮的氧化物的知識培養學生論據推理與模型認知的化學核心素養。
2、通過氮的氧化物溶于水的實驗進一步訓練學生的操作技能，培養學生科學探究與實驗創新的化學核心素養。
1、氮氣、一氧化氮、二氧化氮的化學性質為重點。
2、NOx溶于水的計算為難點。
多媒體、注射器、NO
【引入】
氮元素位于元素周期表的第二周期，VA族。氮原子的最外層有5個電子，既不容易得到3個電子，也不容易失去5個電子。一般通過共用電子對與其他原子結合。在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空氣中，部分氮元素存在于動植物體內的蛋白質中，還有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸鹽和銨鹽中。
【講解1】
一、氮氣
(1) 氮氣的物理性質
顏色 狀態 氣味 密度 溶解性
_____ 氣體 _____ 密度與空氣接近 ___溶于水
(2) 氮氣的化學性質 氮氣的結構
氮氣的化學性質_____，通常很難與其他物質發生化學反應。
① 還原性：氮氣與氧氣的反應，其化學方程式為 。
② 氧化性
a. N2與H2反應生成NH3，化學方程式為 。
b. 在點燃條件下與Mg反應，方程式為 。
【講解2】
二、氮的固定
(1) 含義: 將大氣中_______的氮轉化為___________的過程叫做氮的固定。
(2) 分類:
【視頻】雷雨發莊稼
【講解3】
三、一氧化氮和二氧化氮
(1) 物理性質
物質 顏色 狀態 氣味 毒性 水溶性
NO 氣體 有毒 ___溶于水
NO2 氣體 有毒 ___溶于水
(2) 化學性質【實驗5-5】
實驗 裝置
實驗 操作 在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5mL 水，用乳膠管和彈簧夾封住管口，振蕩注射器 打開彈簧夾，快速吸入10 mL空氣后夾上彈簧夾，觀察現象，然后再振蕩注射器
現象 振蕩后________________
結論：在一定條件下，NO與NO2可以相互轉化。
反應的化學方程式為
①NO→NO2: _____________________;
②NO2→NO: __________________________(工業制取硝酸)。
【思考與討論】
實驗5-5發生了哪些化學反應？如果將注射器中的NO充分轉化，可以采取什么措施？上述實驗對工業生成硝酸有什么啟示？
【講解3】
工業生成硝酸的啟示
(1) 原理
解答氮的氧化物溶于水的計算問題首先明確原理，無論是單一氣體(NO2)，還是NO、NO2、O2中的兩者或三者的混合氣體，反應的實質是3NO2+H2O = 2HNO3+NO，2NO+O2 = 2NO2，故若有氣體剩余只能是NO或O2，不能是NO2。
1、 NO與O2同時通入水中 2NO+O2===2NO2 ① 3NO2+H2O===2HNO3+NO ② ①×3+②×2 總的化學方程式為 4NO+3O2+2H2O===4HNO3
② NO2和O2混合氣體溶于水的計算 3NO2+H2O===2HNO3+NO ① 2NO+O2===2NO2 ② ①×2+② 總的化學方程式為 4NO2+O2+2H2O===4HNO3
【思考與討論】
(1) NO和NO2分別采用什么方法收集？
(2)NO2轉化為NO的變化中，NO2只能作氧化劑嗎
【總結】
【課堂練習】
1. 如圖所示的試管中裝有12 mL NO，然后間歇緩慢地通入8 mLO2。有關最終狀態的描述：①試管內氣體呈紅棕色，②試管內氣體呈無色，③試管內液面不變，④試管內液面上升，⑤試管內氣體是O2，⑥試管內氣體是NO。其中正確的是(　　)
A． ①③ B． ②④⑤ C． ②④⑥ D． ②③⑤
2. 同溫同壓下，在3支相同體積的試管中分別充有等體積混合的兩種氣體，它們是①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2。現將3支試管均倒置于水槽中，充分反應后，試管中剩余氣體的體積分別為V1、V2、V3，則下列關系正確的是(　　)
A．V1>V2>V3 B．V1>V3>V2
C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2
3. 在容積為672 mL的燒瓶中充滿NO和NO2的混合氣體，將其倒立在水槽里，去塞后再通入280 mL氧氣，恰好完全反應，且液體充滿燒瓶(氣體體積都已折合為標準狀況下的體積)，下列有關敘述正確的是(　　)
A． 總反應為NO＋NO2＋O2＋H2O === 2HNO3
B． 總反應為4NO＋8NO2＋5O2＋6H2O === 12HNO3
C． 生成硝酸的物質的量濃度均為0.030 mol·L－1
D． 生成硝酸的物質的量濃度約為0.060 mol·L－1
4. 用氫氧化鈉溶液可以吸收廢氣中的氮氧化物，反應的化學方程式如下：
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O
現有V L某NaOH溶液能完全吸收n mol NO2和m mol NO 組成的大氣污染物。
（1）所用燒堿溶液的物質的量濃度至少為 mol·L-1
（2）若所得溶液中（NO3-：NO2-）=1：9，則原混合氣體中NO2和NO的物質的量之比n:m= 。
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