5.2.1 氮气与氮的固定 NO和NO₂ 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 第1课时 N2与氮的固定 NO和NO2 【学习任务一】氮的结构与性质及存在形式 观看视频。阅读课本P11第一段黑体字，结合P12图5-9，回答下列问题： 1. 氮元素在元素周期表中的位置？ 2. 氮元素的原子结构示意图及性质预测？ 3. 氮元素在自然界中的存在形式？ 第二周期，第ⅤA族。 氮原子的最外层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子，因此氮原子一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。 N +7 2 5 主要以游离态存在于空气中（空气中氮气的占比约为78%），部分氮元素以化合态的形式存在于动植物体内的蛋白质中，海洋中的硝酸盐、铵盐中。 3 【学习任务二】氮气 1. 物理性质：无色无味，不溶于水，密度略小于空气。 【思考】N2不能用排空气法收集的原因是？ 2. 根据所学知识写出N2的电子式与结构式，预测N2的化学性质。 N2为0价，既有氧化性，又有还原性。但是N2中，N与N间以共价三键结合，较难断裂。因此，N2化学性质比较稳定，通常情况下，N2难以与其他物质发生化学反应。 N2的相对原子质量为28g/mol，空气相对分子质量约为29g/mol，故N2与空气密度接近，难以用排空气法收集。 在高温、放电等条件下，氮分子可获得足够的能量，使N≡N断裂，因而N2与Mg、O2、H2等物质发生化合反应，生成Mg3N2、NO、NH3。 (1)N2与Mg反应： N2 +O2 2NO 放电或高温 N2 + 3Mg === Mg3N2 点燃 (Mg在空气中燃烧的产物之一) (2)N2与O2反应： 像这样，将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定。 (自然固氮) 自然固氮 雷电固氮 豆科植物的根瘤菌 (3)N2与H2反应（工业合成氨）： N2 + 3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 (人工固氮：为农作物生长提供必要的氮元素，为炸药、农药、染料等提供原料) 3. 合成氨——P12 科学史话 1909年，德国化学家弗里茨·哈伯：发明合成氨方法：500~600℃、17.5~20.0MPa和锇作催化剂，获得1918 年诺贝尔化学奖。 1913年，卡尔·博施：改进合成氨方法，完成氨规模化、工业化生产，获得1931 年诺贝尔化学奖。 【思考】合成氨对社会的发展与进步有何贡献？ N2 + 3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题，是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献 4、氮气的用途 ①惰性保护：惰性保护介质；②化合物制造：化肥、氨、硝酸等化合物的制造；③制冷剂：低温粉碎等的制冷剂、冷却剂；④医疗手术，例如麻醉、清创等；⑤用于灯泡、轮胎等的填充气等。 【学习任务二】氮的氧化物——NO和NO2 1、物理性质 NO NO2 颜色 气味 毒性 密度 比空气略 ， 比空气 ， 水溶性 溶于水 溶于水 无色 红棕色 无味 刺激性气味 有毒 有毒 大 大 不 易 【思考】针对NO和NO2的不同性质，实验室应该选择什么方式收集NO和NO2？ NO： ， NO2： ， 排水法 向上排空气法 2.化学性质——【实验5-5】 实验 装置 实验 操作 在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器。 打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象。振荡注射器，再观察现象。 实验 现象 ___________ 吸入空气后气体变为_____色，再振荡后气体又变为___色，同时注射器的活塞_________。 原因 解释 NO___溶于水 NO与O2反应生成_____，气体变为红棕色:振荡后溶于水生成_____和_____，气体又变为无色，同时气体的总体积有所_____。 无明显现象 红棕 无 向内移动 不 NO2 硝酸 NO 减小 【思考与讨论】P13 1.实验5-5中发生了哪些化学反应？ 2.如果要将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？ 3.上述实验对工业上生产硝酸有什么启示? 生产硝酸时，可通入足量空气，提升氮元素的利用率： 4NO2+O2+2H2O=4HNO3 4NO+3O2+2H2O=4HNO3 ①2NO+O2=2NO2 ②3NO2+H2O=2HNO3+NO 吸入过量空气 【学习评价一】老话道“雷雨发庄稼”，“一场雷雨一场肥”，雷雨过后，庄稼和植被总是会长得更茂密，这其中空气中的N2发生了那些化学变化呢？ N2 NO NO2 HNO3 ，HNO3随雨水进入 土壤，与土壤中的矿物作用生成硝酸盐，为植被提供氮肥。 O2 雷电 O2 H2O 【学习评价二】“工业上利用二氧化氮溶于水生产硝酸”工业生产硝酸的尾气中含有氮氧化物NOx(NO和NO2的混合物),对生态环境和人类健康带来较大的威胁,已知2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O。根据学过的氮氧化合物的知识,你能想出一条解决的策略吗? 将混合气体充入足量氧气后,再通过氢氧化钠溶液。 https://clipchamp.com Create videos with https://clipchamp.com/en/video-editor - free online video editor, video compressor, video converter. $$