5.2.1 氮和氮的氧化物 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 氮和氮的氧化物 1． 结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解氮及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。 2．结合实例认识氮及其氧化物的性质，了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化。 3．认识物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。 学习目标 1．通过从结构分析氮和氮氧化物的性质，培养学生“宏观辨识与微观探析”的学科素养。 2．通过对氮的氧化物的污染与防治的学习，培养学生“科学态度与社会责任”的学科素养。 素养目标 素养导向的学习目标 据说在新疆与青海两省区交界处有一狭长山谷，每当人畜进入后，经常电闪雷鸣，狂风暴雨把人畜击毙。然而谷内却是牧草茂盛，四季常青，被当地牧民称为“魔鬼谷”。为什么魔鬼谷牧草旺盛 ? 有句谚语“雷雨发庄稼”，你明白其中的化学道理吗 ? 情境引入 一、氮气与氮的固定 1．氮元素的位置、结构与存在 (1)位置：第二周期第ⅤA族 知识梳理 (2)结构： 氮原子的最外电子层有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。 1．氮元素的位置、结构与存在 知识梳理 (3)存在：氮元素在自然界中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。 游离 化合 2．氮的固定 知识梳理 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。 分类 自然固氮 高能固氮(如雷雨天气N2转化为NO) 生物固氮(如豆科植物的根瘤菌固氮) 人工固氮 合成氨(工业上合成氨) 闪电释放能量 N2 → 含氮化合物 仿生固氮(某些金属有机化合物可起到根瘤菌的作用) NH3→NH3·H2O能称为氮的固定吗？ 豆科植物的根瘤菌 N2 → 氨 拓展延伸 哈伯 (F.Haber，1868-1934) 人 工 固 氮 合 成 氨 1909年，德国化学家哈伯经过反复的实验研究后发现，在500~600℃、17.5~20.0MPa和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可达到6%以上，具备了工业化生产的可能性。 为了把哈伯合成氨的实验室方法转化为规模化的工业生产，德国工程师博施作出了重要贡献。由于合成氨工业生产的实现和相关研究对化学理论与技术发展的推动，哈伯和博施都获得了诺贝尔化学奖。 合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就。 3．N2的性质 物理性质 化学性质 无色无味的气体，密度比空气略小，难溶于水，熔点、沸点比O2的低。 [注意]　氮元素是一种活泼非金属，但N2稳定的原因是N2分子中氮氮三键很稳定，不易断裂，难发生化学反应。 知识梳理 Mg在空气中燃烧有哪些化学反应？ 4．N2的应用 知识梳理 一整杯氮气啤酒里面，大约会产生 3000000 个氮气气泡，口感丝滑，氮气是惰性气体，化学性质很稳定，能更好的保存啤酒自身风味. 在超临界状态下，通过氮气物理发泡将颠覆性的弹力赋能于鞋中底，带来高回弹缓震功能，能量回归率达86.8%； 焊接保护气 充氮灯泡 冷冻治疗 液氮食品 液氮 食品保护气 二、氮的氧化物 氧化物的化学式 N2O NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5 氮元素的价态 (1)N2O俗称笑气。 (2)N2O3、N2O5是HNO2、HNO3相应的酸性氧化物(或酸酐) (3)NO2与N2O4可相互转化：2NO2 N2O4 1．氮有多种价态的氧化物 +1 +2 +3 +4 +5 知识梳理 NO是无色、无味的有毒气体，难溶于水 2NO + O2 2NO2 (红棕色） 实验室如何收集、检验NO？ 【思考】 收集：排水法 检验：无色气体变为红棕色 1)物理性质： 2)化学性质： 常温下，很容易与空气中的O2化合 NO对人体健康的影响： NO是人体内的“信号分子”，可以舒张血管，抗氧化 知识梳理 2．一氧化氮和二氧化氮——NO 1)物理性质： 红棕色、有刺激性气味的有毒气体 密度比空气大， 易液化（20℃）， 易溶于水并与水反应 2NO2 ⇌ N2O4 NO2气 熔点：-11 ℃ 沸点：21 ℃ 密度：2.05 g/L 红棕色 无色 知识梳理 2．一氧化氮和二氧化氮——NO2 NO2 和Br2 都是红棕色气体，如何鉴别？ 【思考】 物理方法：用CCl4溶解,溶解的是Br2，不溶解的是NO2 化学方法： ①用AgNO3溶液,产生黄色沉淀的是Br2，无沉淀生成的是NO2 ②用水，红棕色不消失的是Br2，红棕色消失是NO2 知识梳理 二氧化氮溶于水的实验 实验探究 实验操作 实验现象 实验结论 在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5mL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 振荡注射器 无明显现象 NO不溶于水 无色气体变为红棕色 注射器活塞向左移动 NO与O2 反应生成红棕色的 NO2 红棕色气体变为无色 注射器活塞继续向左移动 NO2 溶于水生成无色的NO 3．二氧化氮溶于水的实验分析 实验探究 实验现象分析 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO (工业制取硝酸) 结论：在一定条件下，NO 与 NO2 可以相互转化。 现象一：无色气体变红棕色 NO → NO2 现象二：红棕色变为无色 NO2 → NO 2)化学性质： 实验探究 （1）如果要将注射器中的 NO 充分转化，可以采取什么措施 ? + O2 + H2O 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 2NO + O2 = 2NO2 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 可以用注射器不断吸入空气，然后使注射器里的气体充分与水反应 【思考与讨论】 实验探究 （2）上述实验对工业生产硝酸有什么启示 ? 硝酸工业常在吸收反应进行过程中，补充一些空气，使生成的NO被氧化成NO2，NO2溶于水又生成HNO3和NO，经过多次氧化和吸收，NO可以完全转化为HNO3,减少环境污染 氮氧化物与氧气和水反应，若有气体剩余，剩余的气体可能是什么？有什么规律？ 【思考】 【思考与讨论】 实验探究 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO ② 2NO + O2 = 2NO2 ① （1）若充入的气体是NO与O2，则3×①+2×② 4NO+3O2+2H2O=4HNO3 叠加法 4．氮的氧化物溶于水的计算方法 知识梳理 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO ② 2NO + O2 = 2NO2 ① （2）若充入的气体是NO2与O2，则①+2×② 4NO2+O2+2H2O=4HNO3 叠加法 如何除去NO气体中混有的少量NO2气体杂质？ 【思考】 4．氮的氧化物溶于水的计算方法 知识梳理 知识梳理 （3）若将NO2、NO、O2的三种混合气体通入水中 ①可先将NO和O2转化为NO2，再按上述各种情况分别处理； ②也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3情况处理。 电子守恒法 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。 原子个数比法 V(N):V(O) < 2 : 5 O2剩余 = 2 : 5 恰好完全反应 > 2 : 5 NO剩余 (1)酸雨 (2)光化学烟雾：NOx 在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生的一种有毒的烟雾。 (3)破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。 (4)NO与血红蛋白结合使人中毒。 知识梳理 三、氮氧化物对环境的污染及防治 3．常见的NOx尾气处理方法 (1)碱液吸收法 工业尾气中NOx 常用碱液吸收处理，NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。 NO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O 2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O (2)氨气吸收法 8NH3＋6NO2 7N2＋12H2O 4NH3＋6NO 5N2＋6H2O (3)催化转化法 在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)；NOx 与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)(一般适用于汽车尾气的处理)。 2CO＋2NO 2CO2＋N2 知识梳理 1. 下列反应中，不属于氮的固定的是( ) A．N2和H2在一定条件下合成NH3 B．豆科植物把空气中的氮气转化为化合态的氮 C．雷电时，空气中的N2与O2反应生成NO D．由NH3制碳酸氢铵和尿素 【答案】D 【解析】由游离态氮变成化合态氮叫氮的固定，D不符合。 随堂检测 2. 四支试管中分别充满NO、SO2、NO2、Cl2中的一种,把它们分别倒置于盛有水的水槽中，放置一段时间后的现象如图所示。其中原试管充满NO2的是(　　) 【答案】B 【解析】根据化学方程式3NO2+H2O= 2HNO3+NO可知,剩余气体是反应前的1/3，故B项正确；NO不溶于水,对应D项；SO2对应A项；Cl2对应C项。 随堂检测 3. 在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12 mL通入足量水中，充分反应后剩余2 mL气体(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积为(　　) ①1.2 mL　 ②2.4 mL　 ③3 mL　 ④4 mL A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 【答案】D 【解析】混合气体通入水中，涉及的反应有①4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，②3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。剩余气体为NO或O2。若剩余的气体是O2，则V(NO2)＝(4/5)×(12－2)mL＝8 mL，V(O2)＝12 mL－8 mL＝4 mL。若剩余的气体是NO(2 mL)⇒6 mL NO2，则V(O2)＝(1/5)×(12－6)mL＝1.2 mL。 随堂检测 4. 氮氧化物会严重污染大气，所以实验室必须对含有氮氧化物的废气进行处理。用NaOH溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应方程式如下： ①NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O ②2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2O (1) 在反应①中，参加反应的氧化剂和还原剂的质量之比为___________。 (2) 在反应②中，氧化产物是________，还原产物是________(填化学式)。 (3) 在反应①②中，参加反应的NaOH均为2 mol 时，两个反应转移电子数的关系是①________②(填“＞”“＝”或“＜”)。 随堂检测 23∶15 NaNO3 NaNO2 ＝ 课堂小结 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.65 Lavf57.4.100 $$