5.2氮及其化合物 课件 2024-2025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1课时 氮气及氮的氧化物 第五章 化工生产中的重要非金属元素 1 1.通过分析氮的原子结构，推断含氮物质可能的化学特性，理解结构与性质的关系。 2.通过实验探究，了解一氧化氮与氧气反应、二氧化氮与水反应等性质，建立对氮的化合物反应的微观探析，感受化学变化的奇妙。 3.树立绿色化学理念，在解决NOX污染的问题中，体会化学学科的社会价值，增强学生环保意识，培养社会责任感。 学习目标 一整杯氮气啤酒里面，大约会产生 3000000 个氮气气泡，口感丝滑的氮气，化学性质很稳定，能更好的保存啤酒自身风味。 新课导入 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%。 一、氮的存在形式 在自然界里，氮元素主要以氮气分子的形式存在于空气中。 游离态 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。 空气中的氮气 土壤海洋中硝酸盐和铵盐 动植物蛋白质 二、氮气 无色、无味的气体，密度与空气接近，难溶于水。 熔点：-210 ℃ 沸点：-196 ℃ 密度：1.25 g/L 氮气在低温加压时可以液化形成液氮，液氮汽化会吸热使温度降低。 1.物理性质 氮气78% 二、氮气 2.化学性质 运用氮原子的原子结构知识，解释氮气的化学性质为什么稳定？ 氮元素的位置： 位于元素周期表的第二周期VA族 原子结构示意图： 电子式： +7 2 5 氮分子内两个氮原子间以氮氮三键结合，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。 二、氮气 在高温、放电等条件下，氮分子获得了足够的能量，使氮氮三键断裂，氮气能够与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应。 N2 + 3Mg ==== Mg3N2 点燃 N2 + 3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 （用于工业合成氨） N2 + O2 =========2NO 高温或放电 2.化学性质 Mg3N2 + 6H2O === 3Mg(OH)2 + 2NH3↑ 二、氮气 3.氮气的用途 常温下，N2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反应。 焊接保护气 充氮灯泡 食品保护气 二、氮气 3.氮气的用途 液氮作冷冻治疗 液氮保鲜食品 4.实验室制氮气 饱和亚硝酸钠溶液和饱和氯化铵溶液混合加热 NaNO2+NH4Cl === NaCl+N2↑+2H2O △ 二、氮气 4.氮循环与氮的固定 将大气中_________的氮转化为____________的过程叫做氮的固定。 游离态 含氮化合物 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将氮气转化为氨) 人工固氮 合成氨(工业上合成氨) 仿生固氮(某些金属有机化合物可起到根瘤菌的作用) 【思考】NH3→NO能称为氮的固定吗？ 二、氮气 4.氮循环与氮的固定 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，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨，从而实现自然固氮。 人工固氮 合成氨 三、氮的氧化物 【思考】有句谚语“雷雨发庄稼”，你明白其中的化学道理吗 ? 雷雨发庄稼，将N2转化为硝酸盐要经过几步转化，每一步转化分别是什么？ N2 NO NO2 HNO3 NH4NO3 【思考】NO和NO2具有哪些性质？ +O2 +O2 +H2O +NH3 三、氮的氧化物 1.一氧化氮NO NO是无色、无味的有毒气体，难溶于水，常温下能与氧气反应。 2NO + O2 === 2NO2 (红棕色） 【思考】实验室如何收集、检验NO？为什么？ 收集：排水法 检验：遇O2无色气体变为红棕色 原因：NO密度与空气接近，且与空气中O2反应。 三、氮的氧化物 1.一氧化氮NO 资料卡：1998年诺贝尔奖获得者伊格纳罗发现少量的NO在生物体内许多组织中存在，它有扩张血管、免疫、增强记忆等功能，成为当前生命科学的研究热点，NO亦称为“明星分子”。 最新研究表明：NO吸收治疗方法可快速改善SARS重症患者的缺氧状况，缓解病情。病毒学研究同时证实，NO对SASR病毒有直接的抑制作用。 三、氮的氧化物 2.二氧化氮NO2 NO2 是红棕色、有剌激性气味的有毒气体，密度比空气大，易液化，易溶于水，能与水发生反应，有较强氧化性。 3NO2 + H2O === 2HNO3 + NO（工业上利用该原理生产硝酸） 【思考1】标准状况下，22.4 L NO2是 1 mol 吗？ 【思考2】 NO2 和Br2 蒸气都是红棕色气体，如何鉴别？ 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 只能用向上排空气法收集 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，然后再振荡注射器。 现象 ___________ _________________，振荡后________________ 无明显现象 无色气体变红棕色 红棕色变为无色 三、氮的氧化物 【实验5-5】 三、氮的氧化物 2NO + O2 === 2NO2 3NO2 + H2O === 2HNO3 + NO 在一定条件下，NO 与 NO2 可以相互转化。 无色气体变为红棕色 NO → NO2 红棕色气体变为无色 NO2 → NO 【思考1】实验5-5中发生了哪些化学反应？ 【思考2】如果将注射器中的 NO 充分转化，可以采取什么措施 ? 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3】上述实验对工业生产硝酸有什么启示 ? 反应过程中，补充空气，经过多次氧化和吸收，NO可完全转化为HNO3 【思考4】如何除去NO气体中混有的少量NO2气体杂质？ 三、氮的氧化物 将混合气体通入盛有水的洗气瓶洗气。 【思考6】 NO2、NO均是污染性气体，如何尾气处理？ 【思考5】如何除去NO2气体中混有的少量NO气体杂质？ 将混合气体通入盛有浓硝酸的洗气瓶洗气。 ①碱液吸收法 2NO2＋2NaOH === NaNO3＋NaNO2＋H2O NO2＋NO＋2NaOH === 2NaNO2＋H2O ②催化转化法 2NOx + 2XCO ====== N2+ 2XCO2 催化剂 △ NO与碱、酸都不能反应生成盐和水，属于不成盐氧化物； NO2与碱溶液发生氧化还原反应生成两种盐，也不属于酸性氧化物。 NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O 2NO2＋2NaOH === NaNO2＋NaNO3＋H2O。 【思考7】NO和NO2是酸性氧化物吗？ 三、氮的氧化物 【思考8】现有V L某NaOH溶液恰好完全吸收 m mol NO和 n mol NO2混合气体，则m____n，若反应后N 和N浓度比1:9，则m:n= _____。 2:3 ≤ 三、氮的氧化物 补充1：不同价态的氮的氧化物 氮的氧化物 N2O(笑气) NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 氮元素化合价 ____ ___ ____ ___ ____ ____ ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋4 ＋5 【思考9】上述氮的氧化物中属于酸性氧化物的是_____________。 N2O3和N2O5 【思考10】 NO2 可与水反应生成硝酸，NO2是硝酸的酸酐吗？ 不是，NO2是氧化还原得到硝酸，硝酸的酸酐是N2O5 。 2NO2 N2O4 N2O俗称“笑气”，为无色有甜味的气体，广泛应用于医药麻醉、食品加工等生产生活领域。 三、氮的氧化物 补充2：氮的氧化物溶于水剩余气体计算 氮的氧化物溶于水的问题首先看清原理实质，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溶于水，反应的实质是： 3NO2 + H2O === 2HNO3 + NO ② 2NO + O2 === 2NO2 ① 故若有气体剩余只能是___________。 NO 或 O2 例1:将充有10mLNO和NO2混合气体的试管倒置于盛有水的水槽中，充分反应后，仍有6 mL 无色气体，则原混合气体中NO和NO2 体积比为 ( ) A．3：2 B．2：3 C．1：4 D．4：1 B 三、氮的氧化物 补充2：氮的氧化物溶于水剩余气体计算 (1)若充入的气体是NO与O2，则3×①+2×② 4NO+3O2+2H2O === 4HNO3 例2:将盛有8mLNO、O2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积剩余1mL，则原气体中NO的体积是( ) A．5mL或3mL B．4mL或3mL C．5mL 或2mL D．4mL或5mL D 三、氮的氧化物 补充2：氮的氧化物溶于水剩余气体计算 (2)若充入的气体是NO2与O2，则①+2×② 4NO2+O2+2H2O === 4HNO3 例3:将盛有12 mL NO2和O2混合气体的量筒倒立于盛满水的水槽中，充分反应后，量筒内还剩余2mL无色气体，则原混合气中O2的体积为( ) A.1.2 mL B.2.4 mL C.3.6 mL D.4 mL AD 三、氮的氧化物 补充2：氮的氧化物溶于水剩余气体计算 (3)若充入的气体是NO2、NO、O2三种混合气体 将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO＋3O2＋2H2O === 4HNO3情况处理，如果有剩余气体，可能是NO 或 O2 。 例4:将m mL NO2、n mL NO和n mL O2(m>n)混合气体通入过量水中，剩余气体体积为 (　　) A. mL B. mL C. mL D. mL B　 　　 三、氮的氧化物 (4) 原子守恒法(原子个数比法) N(N):N(O) <2:5 =2:5 >2:5 O2剩余 NO剩余 无剩余 4NO2+O2和4NO+3O2从组成上均相当于2N2O5的组成，都与N2O5+H2O === 2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。 补充2：氮的氧化物溶于水剩余气体计算 例5:将amL NO 、b mL NO2 、x mL O2混合气体通入水中，充分反应后无气体剩余，则用 a、b表示的x的代数式是___________。 x = (3a+b)/4 (5)得失电子守恒法 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 其他 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 三、氮的氧化物 2NO2 N2O4 第二节 氮及其化合物 第2课时 氨 第五章 化工生产中的重要非金属元素 27 1.通过观察与实验了解氨气的物理性质，结合化学实验，了解氨与水、酸或氧气的反应； 2.认识氨的化学性质及用途，知道氨的催化氧化反应是工业上制取硝酸的基础 。 学习目标 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。 哈伯(F.Haber，1868-1934) 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。 人工固氮——合成氨 【科学史话】 合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，为促进世界农业发展做出了重大贡献。 新课导入 一、氨的物理性质 颜色、状态 气味 密度 特性 溶解性 _____气体 ______气味 _____空气 ________ _____溶于水，1体积水能溶解 _____体积的氨气 无色 刺激性 小于 易液化 （-33.5℃） 极易 700 【思考1】收集氨气用什么方法？有哪些注意事项？ 向下排空气法 排空气法收集气体时，密度小的飘在上面，密度大的沉在下面。 【思考2】若用水吸收氨气应该注意什么？ 【思考3】液氨可以用于制冷剂，为什么？ 防倒吸（若液体与气体反应速率太快，则需要防倒吸） 氨气易液化变为液体，且液氨变为气体时会吸收大量的热。 一、氨的物理性质 新课导入 我们经常在城市的广场上看到美丽的喷泉，那么你知道，在实验室里也可以形成美丽的喷泉吗？ 【实验5-6】氨气的喷泉实验 在干燥的圆底烧瓶里充满NH3，用带有玻璃管和胶头滴管（预先吸入水）的橡胶塞塞紧瓶口。倒置烧瓶，使玻璃管插入盛有水的烧杯中（预先在水里滴入少量酚酞溶液）。打开弹簧夹，挤压胶头滴管，使水进入烧瓶。观察并描述现象，分析出现这些现象的可能原因。 烧杯中的酚酞溶液由玻璃管进入烧瓶，形成红色喷泉。 原因：①氨极易溶于水； ②氨水显碱性。 一、氨的物理性质 【思考1】形成喷泉的原因是什么？ 【思考2】若打开止水夹后，将胶头滴管中的水挤入烧瓶未产生喷泉，试分析实验失败可能的原因是什么？ 氨气极易溶于水，使上方烧瓶内压强迅速减小，形成压强差，在大气压作用下，下方烧杯里的水（含酚酞）被压入烧瓶，形成喷泉。 发生的反应： ①装置气密性不好； ②收集的NH3纯度较低 ③烧瓶不干燥等 实验成败的关键： a.烧瓶干燥； b.装置的气密性好； c.收集的气体纯度尽可能高。 一、氨的物理性质 NH3+H2O NH3·H2O +OH− 【思考3】如何引发喷泉？ 挤压滴管，气体溶解， P内<P外。 捂住烧瓶，气体逸出溶解，松手后，P内<P外。 锥形瓶发生化学反应，产生气体， P内<P外。 一、氨的物理性质 【思考4】还有哪些气体和液体的组合可以形成喷泉？ 气体 液体 原理 NH3 HCl CO2 SO2 Cl2 NO2 一、氨的物理性质 水或酸 水或碱 NaOH 溶液 NH3、HCl均属于极易溶于水的气体， 常温下，NH3的溶解度为1:700，HCl的溶解度为1:500 均能与强碱溶液反应 2NaOH+CO2====Na2CO3+H2O 2NaOH+SO2====Na2SO3+H2O 2NaOH+Cl2====NaClO+NaCl+H2O 2NaOH+2NO2====NaNO3+NaNO2+H2O 例. 下列有关操作不可能引发喷泉的是(　　) A.挤压装置①的胶头滴管使CCl4全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹 B.挤压装置②的胶头滴管使饱和NaHCO3溶液全部进入烧瓶，然后打开止水夹 C.用鼓气装置从装置③的a处不断鼓入空气并打开止水夹 D.在装置④的水槽中加入适量生石灰并打开止水夹 B 随堂训练 补充：喷泉实验的有关计算 (1)溶质由单一气体溶解而成，且溶液充满烧瓶。标准状况下，若烧瓶体积为V L，则有V(aq)＝V L， nb = cB = = = mol·L-1。 (2)溶质由混合气体转化而成，且溶液充满烧瓶。如标准状况下V L体积NO2与O2按4:1混合后， 发生的反应为4NO2＋O2＋2H2O === 4HNO3 则有V(aq)＝V L，nB ＝ cB ＝ ＝ mol·L-1。 一、氨的物理性质 补充：喷泉实验的有关计算 (4)烧瓶未充满情况：标准状况下，在一不规则的玻璃容器内充满NO2气体后，将其倒置于水槽中，假设容器中的物质不扩散至容器外，则充分反应后容器中所得溶液的物质的量浓度近似_____________。 0.045mol/L 一、氨的物理性质 (3)溶质由混合气体转化而成，且溶液充满烧瓶。如标准状况下V L体积NO与O2按4:3混合后， 发生的反应为4NO＋3O2＋2H2O === 4HNO3 则有V(aq)＝V L，nB ＝ cB ＝ ＝ mol·L-1。 4 7 × V L 22.4 L·mol － 1 1 39.2 1.与酸反应 NH3+H2O NH3·H2O +OH− ① NH3·H2O为可溶性一元弱碱，能使红色石蕊试纸变蓝。 ② NH3·H2O不稳定，易分解。 △ NH3·H2O ==== NH3↑+H2O 试剂特点：易挥发，不稳定，易分解。 保存方法：密封保存，置于阴凉处。 氨水的成分：分子：NH3·H2O、NH3、H2O 离子：、OH− 、H+(极少量) 二、氨的化学性质 一、氨 【思考】氨水、一水合氨、液氨有何区别？ 名称 液氨 氨水 一水合氨 物质类别 粒子种类 主要性质 NH3 NH3·H2O NH3·H2O、NH3、H2O、 、OH− 、H＋ 纯净物 氢化物 非电解质 混合物 氨的水溶液 溶质为氨气 纯净物 一元弱碱 电解质 不导电 不具有碱性 能导电，具有碱性， 密度小于水 极易分解 具有碱性 二、氨的化学性质 【实验】氨气与氯化氢的反应 氨气与氯化氢反应产生白烟 NH3+HCl === NH4Cl (白烟） 白烟在盐酸一侧较多，说明____分子运动速率较快 现象： 原理： NH3 1.与酸反应 可用于NH3的检验：将一根蘸有浓盐酸的玻璃棒置于集气瓶口。 二、氨的化学性质 NH3＋CO2＋H2O === NH4HCO3 NH3＋HNO3 === NH4NO3 2NH3＋H2SO4 === (NH4)2SO4 1.与酸反应 【思考1】是不是所有的浓酸遇到浓氨水，都能产生白烟？ 不是，只有挥发性酸（HCl、HNO3等）遇氨气均有白烟生成；难挥发性酸H2SO4、H3PO4无此现象。 【思考2】检验氨气都有哪些方法？ ①湿润的石蕊试纸，试纸变蓝；湿润的酚酞试纸，试纸变红； ②蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近，产生白烟。 二、氨的化学性质 2.氨的还原性 (工业制硝酸的基础) ①催化氧化： ③与氯气反应： 2NH3 + 3Cl2 === N2+ 6HCl 8NH3 + 3Cl2 === N2+ 6NH4Cl ④与CuO反应： （氨气少量） （氨气足量） 此反应为浓氨水检验氯气管道是否泄漏 黑色固体变为红色， 生成气体无毒无害。 4NH3 + 3O2 ===== 2N2+ 6H2O 点燃 ②氨气在纯氧中燃烧： 2NH3 + 3CuO ==== N2+ 3H2O+Cu △ 4NH3＋5O2 ====== 4NO＋6H2O 催化剂 △ 二、氨的化学性质 ⑤与NOX反应： 4NH3＋6NO === 5N2＋6H2O 8NH3＋6NO2 === 7N2＋12H2O (治理NOX污染) 3.氨水与盐溶液反应 3NH3·H2O+AlCl3 === Al(OH)3↓+3NH4Cl CuSO4+2NH3·H2O === Cu(OH)2 ↓+(NH4)2SO4 2.氨的还原性 二、氨的化学性质 制肥料 制硝酸 制纯碱 制炸药 做制冷剂 NH3 三、氨的用途 第二节 氮及其化合物 第五章 化工生产中的重要非金属元素 第3课时 铵盐和氨气的制备 47 1. 认识铵盐的化学性质。 2.学会氨气的实验室制取、收集、检验的方法，掌握制备气体的流程，培养学生“证据推理与模型认知”的学科素养。 3.知道铵根离子的检验方法。 4.通过氮肥能提高粮食产量解决饥饿问题，让学生感悟化学和技术对社会发展的巨大贡献。培养学生“科学态度与社会责任”的学科素养。 学习目标 植物缺氮症状： 叶片黄化，植株瘦弱 新课引入 一、铵盐 1.概念： 如：NH4Cl、(NH4)2SO4、 NH4NO3 2.物理性质： 由铵根离子（ ）和酸根离子构成的化合物。 一般铵盐都是白色或无色晶体且易溶于水。 一、铵盐 3.化学性质 (1)不稳定性——受热易分解 (NH4)2CO3 === 2NH3↑+ CO2↑+ H2O △ 【注意】铵态氮肥要避光保存在阴凉处 △ NH4HCO3 === NH3↑＋CO2↑＋H2O NH4Cl === NH3↑＋HCl↑ △ 2NH4NO3 ====== 2N2↑＋O2↑＋4H2O 高温或 猛烈撞击 NH4NO3 === N2O↑＋2H2O △ 3(NH4)2SO4 === 3SO2↑+6H2O+N2↑+ 4NH3↑ △ 【实验5-7】向盛有少量NH4Cl溶液，NH4NO3溶液和(NH4)2SO4溶液的三支试管中分别加入NaOH溶液并加热（注意通风），用镊子夹住一片湿润的红色石蕊试纸放在试管口。观察现象，分析现象产生的原因，写出反应的离子方程式。 一、铵盐 3.化学性质 (2)与强碱反应 湿润的红色石蕊试纸变蓝 N+ OH− === NH3↑ + H2O △ 铵态氮肥不能与碱性肥料（如草木灰）混合施用，否则会生成氨气，降低肥效。 3.化学性质 (3) N的检验 取少量溶液于试管中，加入浓碱溶液，微热，将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，若红色石蕊试纸变蓝，则样品中含有N。 (或用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若有白烟产生则样品中含有N。) 一、铵盐 ①反应原理： ②制取装置： ③收集方法： ④验满方法： ⑤棉花作用： 固固加热装置(试管口略向下倾斜) 向下排空气法(导管要伸入到接近试管底部) 2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2H2O+2NH3↑ a.将湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝。 b.将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，有白烟产生。 a.若为干燥的棉花则起到减缓氨与空气对流的作用； b.若为蘸有水或稀硫酸的棉花， 则还可以吸收多余的NH3。 二、氨气制备 【思考1】试管口为什么向下倾斜？ 【思考2】收集的氨气如何干燥？ 避免水蒸气冷凝后倒流至试管底部使试管受热不均而炸裂。 碱石灰（固体氧化钙、固体氢氧化钠） 【注意】不能用无水CaCl2干燥NH3 (形成CaCl2· 8NH3) 不能用浓硫酸和P2O5干燥氨气 二、氨气制备 【思考3】多余的氨气如何处理？ 用浓硫酸(或水)吸收多余的氨气(要防倒吸) 原理：漏斗刚浸没液面，液体倒吸入漏斗中，漏斗与液面脱离，倒吸的液体重新流下。 二、氨气制备 【思考4】能否用硫酸铵、硝酸铵等代替氯化铵？ 【思考5】能否用 NaOH 代替Ca(OH)2？ 【思考6】能不能用分解氯化铵的方法制取氨气？ NH4NO3: 受热分解会爆炸。 (NH4)2SO4:生成的CaSO4结块，不利于氨气逸出，且反应后试管难清洗 。 (NH4)2CO3和NH4HCO3: 受热分解产生CO2，使收集到的NH3不纯。 不能，NaOH 易吸水潮解结块，且对玻璃腐蚀性较强。 不能， NH4Cl分解产生的NH3和HCl遇冷会再次化合为NH4Cl。 二、氨气制备 【拓展补充】其他制备氨气的方法 NH3·H2O === NH3↑+H2O △ 方法一：加热浓氨水制氨气 方法二：浓氨水滴入生石灰(或NaOH)中制氨气 CaO + NH3·H2O == Ca(OH)2 + NH3↑ CaO 、NaOH溶于水放热，促使氨水分解，且OH−浓度的增大，有利于NH3的放出。 方法三：工业制法 高温高压 催化剂 N2＋3H2 2NH3 二、氨气制备 随堂训练 1. 下列装置不能达到实验目的的是(　 ) A 随堂训练 2. 实验室制取氨、收集、验证其还原性并进行尾气处理的装置和原理能达到实验目的的是 ( ) A.用装置甲制取氨 B.用装置乙收集氨时气体应该从a口进b口出 C.装置丙中黑色固体变成红色时还原产物一定为铜 D.可以用装置丁吸收氨，进行尾气处理 B 第二节 氮及其化合物 第4课时 硝酸和酸雨 第五章 化工生产中的重要非金属元素 61 1.能依据实验目的，设计并优化实验方案，对硝酸相关性质进行探讨，了解硝酸的主要性质——不稳定性和强氧化性，建立对氧化性酸的模型认知，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展； 2.树立绿色化学理念，在解决酸雨的问题中，体会化学学科的社会价值，增强学生环保意识，培养社会责任感。 学习目标 （强水）：西洋人所造，性最猛烈，能蚀五金。王怡堂先生云∶其水至强，五金八石皆能穿漏，惟玻璃可盛 此水性猛烈，不可服食。西人凡画洋画，必须镂板于铜上者，先以笔画铜，或山水人物，以此水渍其间一昼夜，其渍处铜自烂，胜于雕刻。 中医书籍《本草纲目拾遗》记载： 强水是什么？ 新课引入 一、硝酸的物理性质 颜色 气味 溶解性 挥发性 无色液体 有刺激性气味 易挥发(沸点是83℃) 与水以任意比互溶，质量分数为95%以上的硝酸叫发烟硝酸。 瓶口有白雾 【注意】硝酸具有强腐蚀性和挥发性，使用时须注意防护和通风。 【思考】硝酸是无色液体，但久置的浓硝酸为什么会显黄色？ 二、硝酸的化学性质 4HNO3(浓) ===== 4NO2↑+O2↑+2H2O 或光照 △ 【思考1】硝酸该如何保存？ 一般将浓硝酸保存在棕色细口瓶中，并避光放置于阴凉处。 1.不稳定性 【思考2】如何去除浓硝酸的黄色？ 向浓硝酸中通入氧气（或空气） 4NO2+O2+2H2O === 4HNO3 二、硝酸的化学性质 2.酸的通性 硝酸是一元强酸 稀硝酸使石蕊溶液由紫色变为红色，浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红(酸性)后褪色(强氧化性) ②与碱反应: Fe(OH)3+3HNO3=Fe(NO3)3+3H2O ③与碱性氧化物反应: CuO+2HNO3=Cu(NO3)2+H2O ④与弱酸盐反应: CaCO3+2HNO3=Ca(NO3)2+CO2↑+H2O ①与指示剂反应: 【思考】回顾浓硫酸，硝酸能与与活泼金属反应生成氢气吗？ HNO3 === H++ N 二、硝酸的化学性质 3.与金属反应 【实验5-8】硝酸与铜反应 与稀硝酸反应较慢，溶液逐渐变为蓝色，有气泡产生，接近管口处观察到浅红棕色。 与浓硝酸反应剧烈，溶液逐渐变为绿色，有红棕色气体产生。 现象： 3Cu + 8HNO3(稀) === 3Cu(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O 方程式： (实验室制备NO) Cu + 4HNO3(浓) === Cu(NO3)2 + 2NO2↑+ 2H2O (实验室制备NO2) 具支试管 二、硝酸的化学性质 3.与金属反应 【思考1】尾气处理发生了什么反应？ 【思考2】为什么溶液逐渐变为绿色？ 2NO2＋2NaOH === NaNO3＋NaNO2＋H2O NO2＋NO＋2NaOH === 2NaNO2＋H2O 2NO + O2 === 2NO2 NO2在溶液中达到饱和，NO2饱和溶液呈黄色，硝酸铜溶液呈蓝色，两者混合成绿色。 二、硝酸的化学性质 3.与金属反应 【思考3】足量的Cu中加入少量的浓硝酸，可能会发生什么反应？ 【思考4】上述反应停止后，如果再加入足量硫酸会出现什么情况？ 一开始是铜与浓硝酸反应: Cu+4HNO3(浓) === Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 随着反应进行，硝酸由浓变稀，则发生: 3Cu+8HNO3(稀) === 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 溶液中存在N，它遇到H+后，会继续氧化铜，当然此时N /H+的溶度较稀，发生3Cu + 8H+ + 2N=== 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O 二、硝酸的化学性质 3.与金属反应 【思考5】铜投入稀硫酸中不会溶解，再向溶液中投入KNO3固体，铜会不会溶解?为什么? 浓硝酸氧化性比稀硝酸强，浓HNO3反应更剧烈。 【总结】中性和碱性溶液中N无氧化性，当溶液中有大量H+存在时，N就表现出强氧化性，如有H+ 、N存在的溶液中不能存在I−、Br−、Fe2+、S2−、S等还原性离子。 【思考6】浓硝酸、稀硝酸与Cu反应产物分别为NO2、NO，反应中稀硝酸化合价降低较多，说明稀硝酸氧化性比浓硝酸强，对吗？ 会溶解，相当于构成了HNO3 ，可以氧化Cu。 二、硝酸的化学性质 3.与金属反应 【思考7】硝酸能大多数金属反应(除铂、金)，那么运输硝酸用什么容器呢？ 常温下，铁和铝会被冷的浓硝酸、浓硫酸钝化，生成一层致密的氧化膜，阻止了酸与内层金属的反应，故可以用铁（铝）槽车运输浓硝酸、浓硫酸。 加热时，Fe、Al和浓硝酸可以发生反应 Fe + 6HNO3(浓) === Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O △ (Fe少量) (Fe过量) 3Fe + 8HNO3 (稀) === 3Fe(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O 常温下，Fe、Al和稀硝酸可以发生反应 Fe + 4HNO3(稀) === Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O (Fe少量) 二、硝酸的化学性质 3.与金属反应 (1)硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强，还原剂一般被氧化为最高价态。氧化性：浓硝酸>稀硝酸（均比浓硫酸强） (2)浓硝酸的还原产物是NO2，稀硝酸的还原产物是NO，极稀硝酸可能变成N2、N2O、NH4NO3等。 3Zn+8HNO3(稀)===3Zn(NO3)2+2NO↑+4H2O 4Zn+10HNO3(极稀)===4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O (3) HNO3与金属反应一般不能产生H2 。 （浓、稀硝酸都具有强氧化性） 硝酸与金属的反应规律： 二、硝酸的化学性质 4.与非金属反应 C + 4HNO3(浓) === CO2↑ + 4NO2↑ + 2H2O △ S + 6HNO3(浓) === H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2O △ 反应规律：热的浓硝酸可将非金属单质(碳、硫、磷等)氧化为最高价氧化物或最高价含氧酸。 5.与其他还原剂反应 3Fe2+ + N+4H+ === 3Fe3+ + NO↑+ 2H2O 3S+2H++ 2N=== 3S+ 2NO↑ + H2O 6I− + 2N+8H+ === 3I2 + 2NO↑+ 4H2O 二、硝酸的化学性质 【资料卡片】 劳厄和弗兰克，曾获得1914年和1925年的物理学奖，德国纳粹政府要没收他们的诺贝尔奖牌，他们辗转来到丹麦，请求丹麦同行、1922年物理学奖得主玻尔帮忙保存。1940年，纳粹德国占领丹麦，受人之托的玻尔急得团团转。同在实验室工作的一位匈牙利化学家赫维西（1943年化学奖得主）帮他想了个好主意： 将奖牌放入“王水” 中，纯金奖牌便溶解了。玻尔于是将溶液瓶放 在实验室架子上，来搜查的纳粹士兵果然没有发现这一秘密。战争 结束后，溶液瓶里的黄金被还原后送到斯德哥尔摩，按当年的模子 重新铸造，于1949年完璧归赵。 能使不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。 浓硝酸和浓盐酸按体积比为1∶3混合得到的混合物。 王 水 三、硝酸的用途 硝酸是重要的化工原料，用于制炸药、染料、医药、硝化纤维，化肥等。 四、硝酸的工业制备 工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸，如下图所示： 2NO+O2 === 2NO2 3NO2+H2O === 2HNO3+NO N2 + 3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 4NH3＋5O2 ====== 4NO＋6H2O 催化剂 △ 五、酸雨与防治 煤、石油和某些金属矿物中含有硫，在燃烧或冶炼时往往会生成二氧化硫。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与氧气反应，生成氮氧化物。它们会引起呼吸道疾病，危害人体健康，严重时会使人死亡。 1.空气中SO2和NO2的主要来源 (1)SO2 主要来自于化石燃料的燃烧(如煤与石油) ，含硫金属的冶炼以及制造硫酸、磷肥等产生的废气。 (2)NO2 主要来自于汽车尾气 。汽车尾气中除含有氮氧化物外，还含有一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物、含铅化合物和颗粒等，严重污染大气，破坏环境。 我们面临着严峻的大气污染，SO2 和 NO2 是主要的污染物。 五、酸雨与防治 2. SO2和NO2的危害 (1) SO2和NO2是主要的大气污染物，它们能直接危害人体健康，引起呼吸道疾病；溶于水形成酸雨； (2)氮氧化物的危害 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。 ②酸雨：NOx排入大气中，与水反应生成HNO3和HNO2。 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。 ④NO与血红蛋白结合使人中毒。 五、酸雨与防治 五、酸雨与防治 正常雨水由于溶解了二氧化碳，其pH约为5.6，酸雨是指pH＜5.6的雨、雾等形式的降水，主要是含有硫酸和硝酸。 主要是大气中的SO2与NOx溶于水形成的。 硫酸型酸雨： S SO2 SO3 H2SO4 硝酸型酸雨： 3.酸雨 (2)成因： (1)概念： NO2 HNO3 NO 五、酸雨与防治 (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。 如何尾气处理？ 4.酸雨的防治： 2xCO+2NOx ===== 2xCO2↑+N2↑ 催化剂 五、酸雨与防治 环境问题 主要污染物 主要危害 温室效应 CO2 造成全球气候变暖，水位上升，陆地面积减小。气候干早，土地沙漠化，农业减产。 酸雨 SO2、NOx 土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蚀等 臭氧层 破坏 氟氯代烷、NOx 到达地球表面的紫外线明显增多，给人类健康（皮肤癌）及生态环境带来多方面危害。 光化学 烟雾 碳氢化合物、NOx 刺激人体器官，特别是人的呼吸系统，使人生病甚至死亡。 常见环境问题 环境问题 主要污染物 主要危害 白色 污染 废弃塑料制品 ①在土壤中影响农作物吸收水分和养分，导致农作物减产。 ②混入生活垃圾中难处理、难回收。 ③易被动物当作食物吞入，导致动物死亡。 赤潮和 水华 废水中含氮、磷元素的营养物质 使水体富营养化，导致水中藻类疯长，消耗水中溶解的氧，使水体变得浑浊、水质恶化。 PM2.5 颗粒物 污染空气，形成雾霾天气，增加交通事故，危害人体健康。 常见环境问题 五、酸雨与防治 补充：硝酸的相关计算 硝酸与金属反应的计算方法： 补充：硝酸的相关计算 1.从硝酸在反应中的作用(N守恒): 例1.将25.6 g Cu 与1.4mol 的浓硝酸恰好完全反应，假设反应中只产生NO和NO2，反应后收集到的气体在标准状况下的体积为______L。 13.44 例2.将1.92 g 铜粉与一定量浓硝酸恰好完全反应，假设反应中只产生NO和NO2，反应后收集到的气体在标准状况下的体积为 1120 mL，则消耗硝酸的物质的量为_____mol。 0.11 例3.将30 g铜银合金完全溶解于80 mL 13.5 mol/L的浓硝酸中，收集到标准状况下6.72 L的气体，假设反应中只产生NO和NO2，并测得溶液的c(H+)=1mol/L， 假设反应前后溶液体积不变。则Cu____mol Ag ____mol 0.3 0.1 例1.在标准状况下将1.92 g铜粉投入一定量浓硝酸中，随着铜粉的溶解，反应生成的气体颜色逐渐变浅，当铜粉完全溶解后共收集到由NO2和NO组成的混合气体1.12 L，则混合气体中NO的体积为_________。 112mL 例2. 9.7 g Cu和Zn的合金与足量的稀硝酸反应，还原产物只有NO气体，其体积在标准状况下为2.24 L。将溶液稀释为1 L，测得溶液的c(H+)=0.1 mol·L-1，此时溶液中N的浓度为 _____________。 0.4 mol·L-1 补充：硝酸的相关计算 2.从得失电子守恒的角度: 2.从得失电子守恒的角度: 补充：硝酸的相关计算 例3.铜镁合金4.6 g 完全溶于浓硝酸中，若反应中硝酸被还原，只产生 4480 mL NO2 气体和 336 mL N2O4气体(标准状况下)。反应后的溶液中加足量NaOH溶液，生成沉淀的质量为______g。 8.51 2.从得失电子守恒的角度: 补充：硝酸的相关计算 例4. 1.52 g铜镁合金完全溶解于50 mL密度为1.40 g·cm-3、质量分数为63%的浓硝酸中，得到NO2和N2O4的混合气体物质的量为0.05 mol，向反应后的溶液中加入1.0 mol·L-1 NaOH溶液，当金属离子全部沉淀时，得到2.54 g沉淀。该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是_____________；该合金中铜与镁的物质的量之比是_____；混合气体中，NO2的体积分数是______；加入NaOH溶液的体积是________；欲使反应生成的气体在水中完全转化为 HNO3，至少需要______ mol O2 。 2∶1 14.0 mol·L-1 80% 640 mL 0.015 2.从得失电子守恒的角度: 补充：硝酸的相关计算 例5.将28.80 g Cu与140 mL 一定量浓硝酸恰好完全反应，铜完全溶解，反应后收集到NO 与NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2 L。 (1)NO的体积为______ mL；NO2的体积为______ mL。 (2)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入v mL a mol/L的 NaOH 溶液,恰好使溶液中的 Cu2+全部沉淀，则原硝酸的浓度为 _______________ mol/L。 (3)若将气体通入NaOH溶液，得到______ mol NaNO2 ，若要完全转化为 NaNO3，至少需要30%的双氧水___ g，若改用O2，则需______ mol 。 4480 6720 (10-3 va +0.5)/0.14 51 0.225 0.45 2.从得失电子守恒的角度: 补充：硝酸的相关计算 例6. 把22.4 g铁完全溶解于某浓度的硝酸中，反应只收集到 0.3 mol NO2和0.2 mol NO。则反应后生成的盐及其物质的量为_______________________。 例7. 0.03 mol 的铜完全溶于硝酸，产生氮的氧化物NO、NO2 、N2O4混合气体共 0.05 mol，该混合气体的平均相对分子量可能是( )。 A . 30 B . 46 C. 50 D. 66 BC 0.1mol Fe(NO3)2和0.3mol Fe(NO3)3 3.金属与硝酸和硫酸的混合酸的作用: 补充：硝酸的相关计算 例1.在100 mL 0.4 mol/L HNO3 和0.1 mol/L H2SO4 的混合溶液中，加入 1.92g铜粉，加热待充分反应后，所得溶液中c(Cu2+)=_______ mol/L 。 0.225 例2. 19.2g Cu 与 100ml 2mol/L 的 HNO3 和 2mol/L H2SO4 的混合液反应时，可产生标准状况下气体______L。 4.48 补充：硝酸的相关计算 例3.向50 mL稀H2SO4与稀HNO3的混合溶液中逐渐加入铁粉，假设加入铁粉的质量与产生气体的体积(标准状况)之间的关系如图所示，且每一段只对应一个反应。下列说法正确的是(　　) A.开始时产生的气体为H2 B.AB段发生的反应为置换反应 C.所用混合溶液中c(HNO3)＝0.5 mol·L-1 D.参加反应的铁粉的总质量m2 g＝5.6 g D 3.金属与硝酸和硫酸的混合酸的作用: Lavf58.20.100 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.57(gap_fixed:False) Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.45.100 汽车尾气―→NONO2HNO3 $$