第5章 第2节 新知探究课3 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮-【名师导航】2023-2024学年高中化学必修第二册同步课件(人教版2019)

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 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 学习任务 1．结合氮元素在元素周期表中的位置和原子结构，掌握N2的主要性质和氮的固定，培养“宏观辨识与微观探析”的核心素养。 2．根据实验认识NO与NO2的主要性质，培养“科学探究与科学态度”的核心素养。 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 必备知识·自主预习 01 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 3 二 ⅤA 共用电子对 －3、＋5 氮分子 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．氮气的性质 (1)物理性质：无色、无味、难溶于水，密度与空气相近，约占空气体积的4/5。 (2)化学性质 ①由于氮分子内两个氮原子间以共价三键(N≡N)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。 ②高温、放电条件下，能与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应， 化学方程式分别为___________________________________________ ________________________。 N2＋3MgMg3N2、N2＋O22NO、 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 二、氮的固定和循环 1．氮的固定 (1)将大气中___________________________的过程叫做氮的固定。 (2)固氮形式 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_____的化合物，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成___。 ②人工固氮：通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物。最重要的人工固氮途径就是___________。 游离态的氮转化为氮的化合物 含氮 氨 工业合成氨 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．氮的循环 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 判一判　(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)在自然界中只有氮的化合态。 (　　) (2)N2在化学反应时只能作氧化剂。 (　　) (3)NO在空气中易被氧化为NO2，此过程属于氮的固定。 (　　) (4)豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮气属于氮的固定，是化学变化。 (　　) × × × √ 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 三、一氧化氮和二氧化氮 1．物理性质   颜色 状态 气味 毒性 水溶性 NO __色 气态 ____ ____ __溶 NO2 ____色 气态 ________气味 ____ __溶 无 无味 有毒 不 红棕 有刺激性 有毒 易 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．化学性质 (1)NO在空气中易转化为红棕色的NO2，反应的化学方程式为__________________。 (2)NO2与H2O反应生成HNO3和NO，反应的化学方程式为___________________________。 2NO＋O2===2NO2 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 关键能力·情境探究 02 学习任务1　N2的性质及氮的循环 学习任务2　NO、 NO2的化学性质及其转化 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 11 [情境素材] 氮气是一种无色无味的气体，是空气的主要成分。氮气的应用如下图所示。 N2的性质及氮的循环 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [合作探究] 1．氮气为什么可以用作粮食、瓜果的保护气？ 提示：氮气性质稳定，可用作粮食、瓜果的保护气，减慢粮食、瓜果被氧气氧化变质的速率。 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 提示：氮的固定是单质转变成化合物，所以①②④属于氮的固定。反应中①氮气作氧化剂，反应②中氮气作氧化剂，反应④中氮气作还原剂。 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [归纳总结] 1．N2的性质与氮的固定 2．氮的固定是氮单质转化为氮的化合物，氮的固定分自然固氮和人工固氮，二者一定都属于化学变化。 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [能力达成] 1．下列关于氮元素的说法中，不正确的是(　　) A．工业上氢气和氮气合成氨属于人工固氮 B．雷电时，大气中氮的氧化物的生成属于氮的固定 C．氮元素在自然界有游离态和化合态 D．非金属单质氮气在化学反应中只能作氧化剂 √ 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 D　[氮的固定是指游离态氮转化为化合态氮的过程，工业上氢气和氮气合成氨属于人工固氮，A正确；雷电时，大气中氮气转化为氮的氧化物属于氮的固定，B正确；氮元素在自然界有游离态(氮气)和化合态(铵态氮和硝态氮等)，C正确；非金属单质氮气在化学反应中既能作氧化剂，也能作还原剂，如氮气与氧气反应中，氮气作还原剂，D错误。] 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 √ 2．下列关于氮气性质的说法中正确的是(　　) A．点燃条件下，N2在氧气中燃烧生成NO B．点燃时，N2与金属Mg反应生成Mg3N2，N2作还原剂 C．合成氨反应中，N2发生氧化反应 D．氮气的化学性质稳定，其原因是两个氮原子之间以共价三键结合 D　[氮气在放电或高温条件下生成一氧化氮，A错误；点燃时，N2与金属Mg反应生成Mg3N2，N2得电子化合价降低作氧化剂，B错误；合成氨反应中，N2得电子化合价降低发生还原反应，C错误；氮气的化学性质稳定，其原因是两个氮原子之间以共价三键结合，键能大，不易断裂，化学性质稳定，D正确。] 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 NO、NO2的化学性质及其转化 [实验探究] NO、NO2溶于水的实验探究，填写下表中的空白。 实验操作 实验现象 实验结论 如图所示，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 无明显现象 NO____于水 不溶 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 实验操作 实验现象 实验结论 打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹 注射器中气体由__色变为______，注射器塞子向__移动 NO与空气中的O2发生反应生成红棕色的NO2： ______________________ (填化学方程式) 振荡注射器 注射器中气体由_____色变为___色，注射器塞子继续向___移动 NO2与水发生反应生成了无色的NO：3NO2＋H2O ===2HNO3＋NO 无 红棕色 左 2NO＋O2===2NO2 红棕 无 左 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1．常温下能用排空气法收集一氧化氮吗？为什么？实验室中应该怎样收集NO气体？ 提示：不能。因为2NO＋O2===2NO2。实验室中应该用排水法收集NO气体。 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．为了有效实现NO和NO2的相互转化， 设计如下实验：按图组装好实验装置， 并检查装置气密性，实验前用排水法收 集半瓶NO气体。 (1)打开止水夹，推动针筒活塞，使O2进入烧瓶。关上止水夹，首先观察到烧瓶中的现象是什么？产生此现象的化学反应方程式怎样书写？ 提示：烧瓶中气体由无色变为红棕色，化学方程式为2NO＋O2===2NO2。 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 (2)轻轻摇动烧瓶，观察到烧瓶中的现象是怎样的？利用化学方程式解释产生这种现象的原因是什么？ 提示：摇动烧瓶，使得NO2与水发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，所以烧瓶中红棕色气体又变为无色，且烧瓶内压强减小，烧杯中的水倒吸到烧瓶内，导致烧瓶中液面上升。 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 (3)假设烧瓶内充有100 mL NO，通入多少O2才能使水充满整个烧瓶？ 提示：已知2NO＋O2===2NO2 ① 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ② 由方程式①×3＋②×2得： 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3， 即当NO和O2的体积比为4∶3时水可以充满烧瓶，需通入75 mL O2。 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [归纳总结] 1．NO和NO2的性质对比   NO NO2 色、态、 味、毒性 无色、无味 红棕色、刺激性气味 有毒气体 水溶性 不溶 易溶且与水反应 与O2反应 2NO＋O2===2NO2 — 与H2O反应 — 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估   NO NO2 与O2、H2O 共同反应 4NO＋3O2＋2H2O ===4HNO3 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 氧化性 6NO＋4NH3 5N2＋6H2O 6NO2＋8NH37N2＋12H2O，NO2＋SO2===SO3＋NO， NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．氮的氧化物溶于水的计算规律 (1)相关反应原理 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO① 2NO＋O2===2NO2② 由化学方程式①×2＋②得： 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3③ 由化学方程式①×2＋②×3得： 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3④ 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 (2)氮的氧化物溶于水的三种类型 ①NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应①，剩余气体为NO。 ②NO2和O2的混合气体：NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应③。 x＝ 0<x< x＝ x> 反应情况 O2过量并剩余 恰好完全反应 NO2过量又发生反应①，剩余NO 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 ③NO和O2的混合气体：NO和O2的混合气体溶于水时涉及反应④： x＝ 0<x< x＝ x> 反应情况 O2过量并剩余 恰好完全反应 NO过量并剩余 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [能力达成] 3．随着汽车销量的增加，空气受到了污染。汽车尾气处理装置中，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。下列说法中，正确的是(　　) A．反应中 NO 为氧化剂，N2为氧化剂 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＋4CO4CO2＋N2 √ 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 D　[反应2NO＋O2===2NO2中，N元素化合价升高，则NO是还原剂；NO2与CO反应生成N2时，N元素化合价降低，NO2作氧化剂，N2是还原产物，A错误；汽车尾气的主要污染成分包括 CO、NO，汽车尾气中的N2不是污染物，B错误；NO和O2的反应不需要催化剂，C错误；根据题中的图示，可将反应的过程分成如下两步：2NO＋O2===2NO2，2NO2＋4CO===N2＋4CO2，将两步反应式合并可得催化转化总化学方程式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2，D正确。] 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 4．有一支充有20 mL NO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12 mL无色气体，则原混合气体中NO和NO2体积比为(气体体积均在相同状况下测得)　(　　) A．2∶3　 B．3∶2　　 C．1∶4　　 D．4∶1 √ 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 A　[二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮和水不反应且不溶于水，所以，剩余的气体为一氧化氮，设混合气体中二氧化氮的体积为V，则： 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　气体体积减少 3 1 2 V 20 mL－12 mL＝8 mL 所以V＝＝12 mL，即二氧化氮的体积为12 mL，则混合气体中一氧化氮的体积为20 mL－12 mL＝8 mL，则原混合气体中NO和NO2体积比为8 mL∶12 mL＝2∶3。] 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 知　识　必　备 1．明辨氮及其氧化物的易错点： (1)氮气与氧气反应只生成一氧化氮。 (2)NO、NO2均不是酸性氧化物。 (3)实验室收集NO和NO2气体的方法：收集NO时用排水法；收集NO2用向上排空气法。 2．熟记四个重要的化学方程式： 2NO＋O2===2NO2；3NO2＋H2O===2HNO3＋NO； 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3；4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 课　堂　小　结 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 学习效果·随堂评估 03 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 37 1 2 3 4 √ 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 D　[氮的固定是由游离态的氮转化为化合态的氮，D项是由化合态的氮转化为化合态的氮，不属于氮的固定。] 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．下列用途中应用氮气稳定性的是(　　) A．以氮气为原料制造硝酸 B．合成氨气后，制氮肥 C．金属焊接时的保护气　 D．镁可以和氮气反应 C　[氮气的化学性质相对稳定，因此氮气常作金属焊接时的保护气，与氮气的稳定性有关，C符合题意。] 1 2 3 4 √ 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 √ 3．将体积为V的试管充满NO气体，按如图所示进行实验。相同条件下，当通入O2 49 mL时，液面仍在原来位置，则试管体积V为(　　) A．49 mL　　　 B．28 mL C．30 mL D．24.5 mL 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 B　[通入氧气发生4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，如NO过量，则体积不可能与原来相等，应为氧气过量，则 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3， V V 49 mL－V＝V，V＝28 mL。] 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 4．自然界的氮循环如图所示，回答下列问题。 (1)①、②、③中，属于氮的固定的是________(填序号)。 [解析]　①、②、③中，属于氮的固定的是①和②。 ①、② 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 (2)N2转化为HNO3的流程如下。 N2NONO2HNO3 ①N2转化为NO的化学方程式是_____________________________。 ②NO2转化为HNO3的反应中，NO2体现______________性。 [解析]　①N2和O2生成NO，化学方程式为N2＋O22NO。②NO2转化为HNO3，反应方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，N元素化合价从＋4价变为＋2价和＋5价；既表现出氧化性也表现出还原性。 N2＋O22NO 氧化性和还原 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 (3)N2也可以转化为NH3，写出工业合成氨的化学方程式：_______________________________。 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 (4)任意写出一个以稀硝酸为原料，制备KNO3的反应的化学方程式：__________________________________________________。 [解析]　稀硝酸为原料，制备KNO3，可用稀硝酸与氢氧化钾反应，化学方程式为HNO3＋KOH===KNO3＋H2O。 HNO3＋KOH===KNO3＋H2O 新知探究课3　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 $$