第五章第二节《氮及其氧化物》课件2024-2025学年 高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

5.2.1 氮及其氧化物 1 氮元素 N ①游离态：在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中 ②化合态：少部分存在于生物的蛋白质中、以及土壤、海洋中的硝酸盐和铵盐。 存在形式： 氧气21% 其他成分1% 氮气78% 空气成分示意图 氮气 熔点：-210 ℃ 沸点：-196 ℃ 密度：1.25 g/L 颜色 状态 气味 密度 溶解性 _____ 气体 _____ 密度与空气接近 ___溶于水 无色 无味 难 一、氮气 (1) 氮气的物理性质 体积分数 氮气 氧气 其他成分 0.78 0.21 0.01 在自然界中，绝大部分氮元素以游离态的氮气分子形式存在于空气中。实验证明，在通常情况下，氮气与大多数物质很难发生化学反应，说明氮气的化学性质很不活泼。 1.从化学键的角度分析，氮气的化学性质为什么稳定? N N 三键护体，难以断裂 N  N    在一定条件下(如：高温、放电)，也能与O2、H2、Mg等发生反应： 3.请利用氮气的化合价，判断氮气化学性质是什么? ①食品的保护。例如：虾条、薯片等 ②焊接金属时用氮气保护金属，使其不被氧化 ③白炽灯中重充入氮气，防止钨丝的氧化 N2+O2 2NO 放电或高温 ========== 还原性 2.请同学举例，生活中哪些方面利用了氮气的稳定性? 合成氨的反应三次获得诺贝尔化学奖。 哈伯和博施等化学家经过无数次的失败和不懈努力，最终用锇作催化剂在高压、550℃的条件下以N2和H2为原料，得到浓度为8%的NH3 ，为合成NH3的工业化了基础。此后，他们又经过数千次实验的尝试，改变反应条件，并寻找到廉价易得的多种含铁化合物组成的催化剂。并于1913年建立了世界上第一座合成氨厂。哈伯和博施也因此在1918年和1931年分别荣获诺贝尔化学奖。2007，德国化学家埃特尔发现了哈伯—博施法合成氨的作用机理，推动了表面化学动力学的发展，获得诺贝尔化学奖。工业合成NH3的反应中， NH3的含量只占20%，你能分析原因吗？ 催化剂 高温、高压 N2 + 3H2 2NH3 在一定条件下(如：高温、放电)，也能与O2、H2、Mg等发生反应： 氧化性 在一定条件下(如：高温、放电)，也能与O2、H2、Mg等发生反应： N2 + 3Mg Mg3N2 点燃 氧化性 小结--记背 N2+O2 2NO 放电或高温 ========== ② 氧化性 a. N2与H2反应生成NH3，化学方程式为 。 b. 在点燃条件下与Mg反应，方程式为 。 催化剂 高温、高压 N2 + 3H2 2NH3 N2 + 3Mg Mg3N2 点燃 ① 还原性：_____________________________ 1、下列关于氮气的说法错误的是（　　） A．氮气在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸 B．液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境 C．利用氮气的稳定性，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气 D．在高温高压、催化剂条件下与氢气反应时，氮气作还原剂 D 练习 课堂互动探究 创新设计 目录 2.下列关于N2的说法错误的是(　　) C 二、一氧化氮和二氧化氮 (1) 物理性质 物质 颜色 状态 气味 毒性 水溶性 NO _____ 气体 _____ 有毒 ___溶于水 NO2 _______ 气体 ______ 有毒 ___溶于水 无色 无味 不 红棕色 刺激性 易 NO中毒原理：与CO相似，是通过呼吸道被人体吸入后与血红蛋白结合，使其失去携带O2的能力，导致中毒。人体中极少量的NO有助于促进血管扩张,防止血管栓塞。 NO在调节心脑血管、神经和免疫系统等方面有着十分重要的生物学作用和医学前景，受到人们的普遍重视。 1.实验室在放电条件下使N2和O2反应，实验过程中观察到反应器中产生浅红棕色气体， 你能分析原因吗？ 资料：在常温下，NO为无色、无味的气体，微溶于水；NO2为红棕色、有刺激性气味的气体。 NO2与H2O反应生成HNO3和NO 。 2.将盛有H2O和NO的集气瓶打开，再关上，你会看到神奇的变化，试着分析原因？ 3.将盛满NO的试管倒置于水槽中，NO不溶于水，通过玻璃导管向试管内缓缓通入O2,试管内的气体最终被全部吸收掉，请你书写总反应方程式？ 4.将盛满NO2和O2的试管倒置于水槽中，待充分反应后，试管内充满液体，你能试着分析试管中NO2和O2的配比吗？ 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 4NO2＋O2＋2H2O＝4HNO3 NO2与O2以4︰1的体积比混合，与足量的水反应就可以完全转变成硝酸。 NO2与O2 5.在新疆与青海交界处有一山谷，人称“魔鬼谷”。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。这是为什么？ 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。 小结--记背 物质 NO NO2 色、态、 味、毒性 无色、无臭、有毒气体，密度比空气略大 红棕色、有刺激性气味、有毒气体，密度比空气大，易液化 水溶性 不溶于水 易溶于水 与氧气反应 2NO＋O2===2NO2(还原性) 不反应 与水反应 不反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO(自身氧化还原) 收集方法 排水法 向上排空气法 与氧气、水 同时作用 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 1.下列关于氮的氧化物的说法中，正确的是(　　) A.氮的氧化物都是酸性氧化物 B.氮的氧化物都既有氧化性，又有还原性 C.NO2与H2O反应生成HNO3，所以NO2是酸性氧化物 D.NO和NO2均有毒 D 练习 课堂互动探究 创新设计 目录 B 2.下列对NO、NO2的描述，不正确的是(　 　) A．NO2是红棕色气体，易溶于水，不是酸性氧化物 B．NO可以用排水法收集，但不能由N2和O2直接化合而得到 C．NO、NO2在一定条件下可相互转化，且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物 D．将盛满NO的试管打开塞子置于空气中，无色气体变为红棕色 课堂互动探究 创新设计 目录 氮循环是描述自然界中氮单质和含氮化合物之间相互转换过程的生态系统的物质循环（如图所示）。请你结合下图回答问题： 三、氮循环对生态平衡的重要作用 (1) 含义: 将大气中_______的氮转化为___________的过程叫做氮的固定。 (2) 分类: 氮的固定 游离态 含氮化合物 氮循环是描述自然界中氮单质和含氮化合物之间相互转换过程的生态系统的物质循环（如图所示）。请你结合下图回答问题： 人类如何参与氮的循环过程？ 随堂测：判断 1）氮的固定中氮元素一定被氧化 2）N2即可做氧化剂，又可做还原剂 3）汽车尾气NO是N2和O2在雷电条件下反应产生的 4）1molN2和3molH2完全反应生成2molNH3 5) 医生利用液氮给手术刀降温(称为“冷刀”),利用的是液氮沸点低，变成气体时吸收热量造成周围温度降低。 X √ X X √ 知识补充：氮的氧化物很多 氧化物 化合价 N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 +1 +2 +3 +4 +4 +5 思考：二氧化氮是硝酸的酸酐吗？为什么？ 哪种氧化物是亚硝酸(HNO2)的酸酐？ 注意：酸酐和对应酸中的非金属元素，化合价相同。 硝酸的酸酐是N2O5 N2O3 NO与NO2都不是酸性氧化物 资料：在常温下，NO为无色、无味的气体，微溶于水；NO₂为红棕色、有刺激性气味的气体。 NO₂与H2O反应生成HNO3和NO 。 汽车尾气所含污染物主要是: CO、碳氢化合物、氮氧化合物(NO和NO2 、SO2、颗粒物以及含铅化合物。你能试着分析汽车尾气中NOx 的产生原因吗？ N2+O2 === 2NO 高温高压 2NO+O2= 2NO2 四、大气污染 氮氧化物对环境的污染及防治 (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，产生的一种有毒的烟雾。 (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)雾霾成分：有硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机物、炭黑 以及矿物粉尘等。 10.随着我国汽车年销量的大幅增加，空气环境受到了很大的污染。汽车尾气装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示，下列说法正确的是(　　) A．反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物 B．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2 C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应 D．催化转化总化学方程式为2NO＋O2＋4CO 4CO2＋N2 D 当堂练习 1.发射卫星的运载火箭，其推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷出。引燃后产生的高温气体主要是CO2、H2O、N2、NO，这些气体均为无色，但在卫星发射场看到火箭喷出大量红烟，产生红烟的原因是 (　B　) A.高温下N2遇空气生成NO2 B.NO遇空气生成NO2 C.CO2与NO反应生成CO和NO2 D.NO与H2O反应生成H2和NO2 B 当堂练习 C 当堂练习 B 3.下列对NO、NO2的描述，不正确的是(　 　) A．NO2是红棕色气体，易溶于水，不是酸性氧化物 B．NO可以用排水法收集，但不能由N2和O2直接化合而得到 C．NO、NO2在一定条件下可相互转化，且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物 D．将盛满NO的试管打开塞子置于空气中，无色气体变为红棕色 当堂练习 C 氮的氧化物溶于水的计算 原理 解答氮的氧化物溶于水的计算问题首先明确原理，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，反应的实质是3NO2+H2O====2HNO3+NO，2NO+O2 ====2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不能是NO2。 四、氮氧化物的相关计算 值得注意的是：4NO2+O2和4NO+3O2从组成上均相当于2N2O5的组成。即两情况中的总反应式都与N2O5+H2O===2HNO3等效。即利用混合气体中的N、O原子个数比进行分析 如果不是恰好反应，则剩余气体只可能是氧气或NO，不可能剩余NO2(为什么？) N∶O＜2∶5　O2剩余 N∶O＝2∶5　完全反应 N∶O＞2∶5　NO剩余 （2）将10 mL充满NO2和O2的混合气体的试管，倒置在水槽中，反应停止后试管内剩余2 mL的无色气体，则原混合气体中O2为多少毫升？ 提示：①若剩余的是NO，由反应3NO2+H2O====2HNO3+NO，得NO2体积为2mL×3=6 mL。则原有O2体积为（10 mL-6 mL）× =0．8 mL。 ②若剩余的是O2，则有10 mL-2 mL=8 mL NO2和O2的混合气体按反应4NO2+O2+2H2O====4HNO3进行。所以NO2的体积为8 mL× =6.4 mL， O2体积为10 mL-6.4 mL=3.6 mL。 【课后习题1】向盛有15mL NO气体，倒立于水槽的试管A中通入O2，充分反应后，试管中还剩余气体3mL，则通入的O2体积可能是多少？ 【课后习题2】向盛有15mL NO2气体，倒立于水槽的试管A中通入O2，充分反应后，试管中还剩余气体3mL，则通入的O2体积可能是多少？ （2019·郑州高一检测）将盛有1 mol NO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中，再通入 0.4 mol O2，充分反应后，整个试管充满水。则原混合气体中NO与NO2体积比为 （　　） A．1∶2　　　B．2∶5　　　 C．3∶7　　　D．无法确定 【解题指南】解答本题应注意以下两点： （1）NO2与O2混合物完全溶于水的比值为4∶1。 （2）NO与O2混合物完全溶于水的比值为4∶3。 【解析】选C。设1 mol NO和NO2的混合气体中有a mol NO和（1-a） mol NO2，根据4NO+3O2+2H2O====4HNO3和 4NO2+O2+2H2O====4HNO3可得： 所以a=0.3，V（NO）∶V（NO2）=3∶7。 【补偿训练】 将盛有N2和NO2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积缩小为原来的一半，则原混合气体中N2和NO2的体积比是（ ） A．1∶1　　　B．1∶2　　　 C．1∶3　　　D．3∶1 【解析】选C。将试管倒立于水中，只有NO2和H2O反应，生成的NO与不反应的N2为剩余气体。设原气体的体积为V，NO2的体积为x，根据差量法求解： 3NO2+H2O====2HNO3+NO　　ΔV减 3　　　　　　　 1　 2 x　　　　　　　　 　　　 解得：x = V（N2）= V- 故 EVCapture4.1.8软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn A．通常情况下N2性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气 B．反应N2＋O2eq \o(=====,\s\up17(高温))2NO是汽车尾气造成污染的主要原因之一 C．N2的质量约占空气总质量的eq \f(4,5) D．在反应3Mg＋N2eq \o(=====,\s\up17(点燃))Mg3N2中，N2作氧化剂 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.58(gap_fixed:False) $$