5.2.1氮及氮的氧化物 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第二节 氮及其化合物 第五章 高一 化学 1 学习目标 2 1 氮元素的存在形式 氮气的物理性质 3 氮原子的结构 5 4 氮气的化学性质 氮气的用途 6 氮的固定 7 自然界中氮的循环 ‹#› 知识导航 农谚有云：“种豆子不上肥，连种几年地更肥” 空气中氮元素丰富，但大多数的植物不能直接利用，豆科植物与根瘤菌共生可以将氮气转化成植物需要的氮素营养，同时固定的氮素也会释放到土壤中，从而被其他植物利用。 那么，自然界是怎样通过氮的循环为生物体提供氮元素的呢？ ‹#› 新课导入 1、氮原子的结构 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。 氮元素位于元素周期表的第二周期、第VA族。 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。 主要化合价：-3，0，+2，+4，+5 ‹#› 画出氮原子的结构示意图，分析氮的原子结构，推断含氮物质可能的化学特性。 4 游离态：主要以 的形式存在于空气中。 化合态：部分存在于动植物体内的 中；部分存在于土壤、海洋里的 中。 2、氮元素的存在形式 氮分子 蛋白质 硝酸盐和铵盐 (78%) 氮气 氧气 (21%) 空气的成分(按体积) ‹#› 3、氮气的物理性质 熔点：-210℃ 沸点：-196℃ 密度：1.25g/L 颜色 气味 状态 密度 溶解性 无色 无味 气体 密度比空气稍小 难溶于水 液 氮 收集氮气时用排水法，不用排空气法 制冷剂 ‹#› 由于氮分子内两个氮原子间以共价三键结合， 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， 通常情况下难以与其他物质发生化学反应， 无法被大多数生物体直接吸收。 N N 电子式 结构式 4、氮气的化学性质 可以用作保护气 ‹#› ①金属镁：___________________ ，氮气表现 性； 氧化 ②氢气：_______________________ ，氮气表现 性； ③氧气：_________ ____________ ，氮气表现 性。 氧化 还原 4、氮气的化学性质 但在高温、放电等条件下，氮分子获得了足够的能量，使 N≡N 断裂，也可以和一些物质发生化学反应。 工业合成氨 ‹#› 氮的固定实验： N2+O2 ==== 2NO 放电 6、氮的固定 ‹#› 5、氮气的用途 ① 化合物制造：化肥、氨、硝酸等化合物的制造； ② 惰性保护：惰性保护介质，速冻食品； ③ 制冷剂：低温粉碎等的制冷剂、冷却剂； ‹#› 6、氮的固定 1.含义----将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程。 2．分类： （1）自然固氮：大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合物，或豆科植物根瘤菌将氮气转化为氨。 （2）人工固氮：如工业合成氨。 自然固氮和人工固氮都是化学变化 ‹#› 7、自然界中氮的循环 工业合成氨为农作物为农作物的生长提供了必须的氮元素，为其他化工产品（如炸药、农药、染料等）的生产提供了重要原料。 ‹#› 1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 (1)N2在高温条件下与O2发生反应生成NO2。(　　) (2)氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键(　　) (3)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气(　　) (4)白磷(P4)空气中自燃而氮气稳定存在，说明非金属性P比N强(　　) × × √ × ‹#› 课堂练习 (6)闪电时氮气与氧气化合生成NO,属于自然固氮。(　　) (7)将氨转化为固态铵盐的过程属于人工固氮。(　　) (8)氮气化学性质很稳定,所以镁着火时,可用氮气灭火。(　　) (9)高温、高压、催化剂条件下,1molN2与3molH2混合可生成2molNH3。( 　 ) √ × × × ‹#› 课堂练习 1、N的氧化物的种类——它们都有毒，是大气污染物。 无色有甜味的气体,在室温下稳定,有轻微麻醉作用,并能致人发笑，已被列入《危险化学品目录》 上述氮的氧化物中属于酸性氧化物的是 。 N2O5 和 N2O3 +1，+2，+3，+4，+4，+5 N2O（笑气）、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5 六种， 其化合价分别是。 3CO+2NO2====3CO2+N2O ‹#› 2、一氧化氮和二氧化氮的物理性质 氧化物 颜色 气味 毒性 状态 水溶性 收集方法 NO NO2 无色 红棕色 无味 刺激性气味 有毒 有毒 气体 气体 不溶 易溶 排水法 向上排空气法 ‹#› 易被O2氧化为NO2： ①NO 6NO + 4NH3 5N2 + 6H2O 催化剂 ==== 加热 2NO+O2 ==2NO2 与NH3反应： 弱氧化性 2NO + 2CO N2 + 2CO2 氧化性 与CO反应： 3、一氧化氮和二氧化氮的化学性质（重点） ‹#› a. 难被氧化，易与水反应生成HNO3和NO 3NO2+H2O ==2HNO3+NO ②NO2 （工业制取HNO3） 3、一氧化氮和二氧化氮的化学性质（重点） c. NO2具有较强的氧化性，可使湿润的KI淀粉试纸变蓝 2NO2 N2O4 NO2 + SO2 === SO3 + NO b. 常温下易转化为 N2O4 还可将SO2氧化： 红棕色 无色 ‹#› NO2单独与NaOH溶液反应 2NO2+ 2NaOH ==NaNO3+ NaNO2 +H2O NO与NO2一起与NaOH溶液反应 NO+ NO2+ 2NaOH ==2NaNO2 +H2O 3、一氧化氮和二氧化氮的化学性质（重点） ‹#› 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 【实验5-5】 注射器内无明显变化 NO难溶于水 注射器内气体变为红棕色 注射器活塞向左移动 NO和O2反应 生成红棕色NO2 气体的红棕色消失， 注射器活塞继续向左移动 NO2 溶于水生成 无色的NO 3、一氧化氮和二氧化氮的化学性质（重点） ‹#› 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？ 2NO+O2 == 2NO2 3NO2+H2O == 2HNO3+NO 继续通入过量的空气 在用水吸收NO2制取硝酸的反应过程中， 要不断地补充一些空气，使NO2尽可能多地转化为硝酸 3、一氧化氮和二氧化氮的化学性质（重点） ‹#› 4、氮的氧化物溶于水的计算（难点） 无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体与水反应的实质是 3NO2＋H2O==2HNO3＋NO， 故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。 2NO＋O2==2NO2， ‹#› （1）有关化学反应方程式 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ×2 + 2NO＋O2===2NO2 4NO2＋O2＋2H2O==＝4HNO3 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 按此比例的气体可以和水完全反应生成硝酸。 4、氮的氧化物溶于水的计算（难点） 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ×2 + 2NO＋O2===2NO2 ×3 ‹#› ①若 NO2 通入水中，关系式为 3NO2＋H2O===2HNO3 ＋NO 。 剩余气体为NO 剩余V(NO) = V(NO2) ②若 NO 和 NO2 通入水中，总关系式: 3NO2＋H2O===2HNO3 ＋NO 。 剩余气体为NO 剩余V(NO) = V(NO)原＋ V(NO2) 4、氮的氧化物溶于水的计算（难点） ‹#› 4、氮的氧化物溶于水的计算（难点） ③若 NO 和 O2 通入水中，总关系式为 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。 当体积比 V(NO)∶V(O2) < 4∶3　　O2过量，剩余气体为O2 ＝ 4∶3　　恰好完全反应,无气体剩余 > 4∶3　　NO过量，剩余气体为NO　 剩余V(NO) = V(O2) ‹#› ④若 NO2 和 O2 通入水中，总关系式为 4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3 < 4∶1　　O2过量，剩余气体为O2 当体积比V(NO2)∶V(O2) ＝ 4∶1　　恰好完全反应，无气体剩余 > 4∶1　　NO2过量，剩余气体为NO　 （过量NO2与H2O反应生成NO） 剩余V(NO) = V(O2)] 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 剩余V(O2) = V(NO2) 4、氮的氧化物溶于水的计算（难点） 剩余气体只能是NO或O2，不可能有NO2 ‹#› ⑤若 NO2 、NO和 O2 通入水中 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 都假设NO2先完全与水发生反应生成NO，剩下的气体就是NO与O2的混合气体 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 剩下的就和情况③一样 ‹#› 1.一定温度和压强下，将装有N2和NO2混合气体的试管倒立在水中，经足够时间后，试管内气体体积缩小为原体积的3/5，则混合气体中N2和NO2的体积比为( ) A．2∶3 B．3∶2 C．3∶5 D．5∶3 A 3NO2+H2O=2HNO3+NO a体积N2 b体积 反应前 a+b b/3体积 a体积N2 反应后 a+b/3 3/5 1 ‹#› 课堂练习 【例2】按图进行实验。试管中装有12 mL NO，然后间歇而又缓慢地通入8 mL O2，下列是有关最终状态的描述： ①试管内气体呈红棕色　②试管内气体呈无色　③试管内液面不变　④试管内液面上升　⑤试管内气体是O2　⑥试管内气体是NO。其中正确的是 ( ) A.①③ B.②④⑤ C.②④⑥ D.②③⑤ C ‹#› 课堂练习 3.将V mL NO和NO2的混合气体通过水吸收后，得到a mL无色气体A，将此无色气体A与等体积O2混合，再通过水充分吸收后，收集到5 mL无色气体B。试回答： (1)A气体是________，B气体是________。 (2)A气体的体积是________。 【解析】　(1)NO2溶于水生成NO，故A为NO，NO与O2通入水中发生反应：4NO＋3O2＋2H2O===4NHO3，二者等体积时，O2过量，故B为O2； (2)4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 4　　 3 【答案】　(1)NO　O2　(2)20 mL ‹#› 课堂练习 3.将a mL NO、b mL NO2和C mL O2，混合通入到同一支试管中，将试管倒置于水中，充分反应后试管内的气体全部消失，则a、b、c不可能是 （ ） A. 1、1、1 B、2/1/1 C.3/7/4 D.1/5/2 B ‹#› 课堂练习 【提示】由于NO2和Br2在性质上有不少相似性： 思考：NO2和溴蒸气都是红棕色、有刺激性气味的气体，怎样加以区别？ 但二者性质又有差别。 可以用下列方法鉴别： ①AgNO3溶液； ②CCl4； ③用水洗法。 ①均具有氧化性；②溶于水均有酸生成； ③均可与碱反应；④均为红棕色等。 所以不能用淀粉－KI试纸、pH试纸、NaOH溶液来鉴别， 加溴产生淡黄色沉淀，加NO2不变色 CCl4层有色的是溴 溴溶于水即为溴水，橙黄色。NO2溶于水红棕色褪去 ‹#› 问题思考 地狱之门—昆仑山死亡谷 据说在新疆与青海两省区交界处有一狭长山谷，全长100千米，宽约30千米，海拔3000～4000米。这里经常电闪雷鸣，狂风暴雨，把人畜击毙。然而谷内却是牧草茂盛，四季常青。 农谚：雷雨肥庄稼 硝酸与土壤中矿物质作用形成可溶性硝酸盐，成为氮肥被植物吸收 科学分析 N2 + O2 2NO 放电或高温 2NO + O2 2NO2 3NO2 + H2O 2HNO3 + NO ‹#› 知识拓展 性 质 NO NO2 物理性质 毒 性 与水反应 与氧气反应 实验室制备 收集方法 对环境影响 无色、无味的有毒气体，难溶于水 红棕色、有刺激性气味的有毒气体 不反应(难溶于水) 3NO2+H2O====2HNO3+NO 2NO+O2====2NO2 不反应 ♦铜与稀硝酸反应 ♦铜与浓硝酸反应 常用排水法 常用向上排空气法 导致光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层 有毒（跟血红蛋白结合） 有毒 ‹#› 笔记总结 (1)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，产生了一种有毒的烟雾。 5、氮氧化物对环境的污染 (2)酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。 (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，与CO相同。 NO与血红蛋白的结合能力大于CO ‹#› SO2以及氮氧化物在大气中会形成酸雨，正常雨水由于溶解了CO2，pH约为5.6，酸雨的pH小于5.6 什么是酸雨？ 酸雨：主要指 pH小于5.6 的雨水，其主要是含有硫酸和硝酸。 ‹#› 知识梳理 酸雨有很大的危害，能直接损伤农作物，破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化，还会加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。 酸雨有什么危害？ ‹#› 知识梳理 煤、石油和金属矿物以及机动车在使用过程中，会生成 SO2和氮氧化物。 在机动车发动机中，燃料燃烧产生的高温条件会使空气中的氮气和氧气发生反应，生成氮氧化物。 他们会引起呼吸道疾病，危害人体健康，甚至致人死亡。 酸雨怎么来的？ ‹#› 知识梳理 S SO2 SO3 H2SO4 硫酸型酸雨： 硝酸型酸雨： NO2 HNO3 成因：主要是大气中的SO2与NOx溶于水形成的。 S SO2 H2SO3 H2SO4 NO ‹#› 知识梳理 (1)调整能源结构，积极开发新能源 (2)对煤（其中含硫为0.3%-5%)进行处理，如选洗加工、综合 开发、在煤中加入适量的生石灰、对排放的烟进行处理等 (3)种植能够吸收SO2的有关树木(如臭椿、垂柳、柳杉）等 (4)加强工厂废气的回收处理 (5)改进汽车尾气的处理技术，控制尾气排放 怎么防治酸雨？ ‹#› 知识梳理 SO2处理： ①“钙基固硫法” SO2+CaO CaSO3 2CaSO3+O2 2CaSO4 ②“氨水法” SO2+2NH3+H2O (NH4)2SO3 (NH4)2SO3+O2 2(NH4)2SO4 生产石膏CaSO4 一种肥料 ②“双碱法” SO2+2NaOH Na2SO3+H2O Na2SO2+Ca(OH)2 2NaOH+CaSO3 可以循环利用 ‹#› NOX的吸收： 6NO2+8NH37N2+12H2O 氨选择催化还原： 汽车尾气转化器： 2NO+2CON2+2CO2 碱液吸收： 2NO2+ 2NaOH ==NaNO3+ NaNO2 +H2O NO+ NO2+ 2NaOH ==2NaNO2 +H2O ‹#› 知识梳理 Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$