5.2.1 氮气与氮的固定 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第五章 化工生产中的重要非金属元素 第二节 氮及其化合物 课时1 氮气和氮氧化物 亮亮图文旗舰店 https://liangliangtuwen.tmall.com 课堂导入 在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。 在雷电的环境下，大自然中的氮气和氧气发生反应生成一氧化氮，一氧化氮会继续被氧气氧化成二氧化氮，产生的二氧化氮与水反应生成硝酸，硝酸可以供制氮肥。 因此，俗语有云“雷雨发庄稼”。 课堂学习 氮在自然界主要以游离态(N2)形式存在，另有化合态存在于动植物体内的蛋白质中和土壤、海洋的硝酸盐和铵盐中。 氮的固定：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫氮的固定。 自然固氮：大自然通过闪电释放能量将氮气转化为含氮的化合物(高能固氮)，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化为氨(生物固氮)； 人工固氮：通过人工方法将游离态氮转化为化合态氮的过程叫人工固氮，如工业合成氨等。 氮的固定 课堂学习 注意事项： 氮的固定必须为将游离态的N2转化为化合态含氮物质的过程，一定属于氧化还原反应。 氮的固定 课堂学习 自然界中氮的固定如下图所示： 氮的固定 益处：人工固氮如合成氨，为农作物的生长提供了必需的氮元素等。 害处：工业废气、汽车尾气中的氮氧化物会造成大气污染等。 课堂学习 氮的单质(N2)是一种无色无味的气体，密度与空气接近，难溶于水。 氮气 熔点：-210℃ 沸点：-196℃ 密度：1.25g/L 根据我们之前的学习经验，你能从不同角度预测N2的性质吗？ 氮(N) 位 第二周期第VA族 构 原子核外有两个电子层，最外层有五个电子 性 既不容易得到电子，也不容易失去电子 课堂学习 根据氮气分子的结构，你能推测出氮气的化学活性如何吗？ 氮气 两个氮原子间以共价键(氮氮三键)结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常难以与其它物质反应。 但在放电、高温等条件下，氮气可以与镁、氢气、氧气等物质发生化合反应。 与金属反应： N2 + 3Mg = Mg3N2 (黄绿色粉末) 与非金属反应： N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 N2 + O2 = 2NO N2 + O2 = 2NO 根据反应和价态可知，N2既可以表现氧化性，又可以表现还原性。 课堂学习 氮气 课堂学习 氮气 N2的用途： N2的实验室制取：NaNO2 + NH4Cl = NaCl + N2↑ + 2H2O 化工原料 制作肥料 作防腐剂 作保护气 超导材料 医疗用品 课堂巩固 正误判断 1. 氮原子只能形成共价键。 4. 工业上将NH3转化氮肥属于人工固氮。 2. 氮的固定中，氮元素一定被氧化。 3. 氮气常被用作焊接金属的保护气。 × × √ × 课堂学习 氮氧化物 根据氮原子的原子结构和氮元素的化合价猜测，氮氧化物共有几种？ N2O：俗称笑气，具有麻醉作用。 氧化物  N2O NO N2O3 NO2  N2O4 N2O5 对应氮的化合价 ＋1 ＋2 +3 ＋4 ＋4 +5 N2O3：酸性氧化物，HNO2的酸酐。 N2O5：酸性氧化物，HNO3的酸酐。 NO：无色无味气体，有毒，不溶于水。 NO2：红棕色气体，有刺激性气味，有毒，易溶于水。 氮的氧化物一般对人体和环境都有害 课堂学习 氮氧化物 实验现象： 无色气体迅速变成红棕色。 实验结论： NO在常温下很容易与氧气化合： 实验操作： 将收集有NO的集气瓶打开，罩上一个大烧杯。 实验原理： 2NO + O2 = 2NO2 课堂学习 氮氧化物 实验现象： 吸入水后体积不变； 吸入空气变为红棕色气体； 红棕色气体逐渐变为无色，活塞向左移动。 实验结论： NO不溶于水； NO + O2 = 2NO2 ； NO2易溶于水并与水发生反应。 实验原理：3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 课堂学习 氮氧化物 NO2能与H2O反应生成HNO3，那么NO2是HNO3的酸酐吗？ 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO，除了HNO3还生成了NO，且元素发生变价，因此NO2不是HNO3的酸酐。 除此之外，NO2还能与NaOH溶液反应，化学方程式为：2NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O 与Cl2、SO2类似，可以用NaOH溶液对NO2进行尾气处理。 NO2能和碱反应生成盐和水，属于酸性氧化物吗？ NO2和碱反应生成两种盐，且同样发生变价，因此不属于酸性氧化物。 NO不能和碱反应，因此也不属于酸性氧化物。 如何利用NO和NO2生产HNO3，怎么操作可以增加产率？ 用水吸收，通入过量的空气。 课堂学习 氮氧化物 根据相