5.2.1 氮气和一氧化氮、二氧化氮 课件 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

化工生产中的重要非金属元素 第1课时　氮气和氮氧化物 第二节　氮及其化合物 1st 第五章 核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析 ①能够从宏观和微观相结合的视角分析氮及其化合物的性质，如通过氮分子的 结构（N≡N）来理解氮气化学性质稳定的原因。 ②观察实验现象（如二氧化氮溶于水实验），从宏观现象推断微观粒子的变化。 2. 变化观念与平衡思想 理解氮及其化合物之间的相互转化关系，如自然固氮和人工固氮过程，认识到 这些转化过程中的能量变化和条件要求。 3. 科学态度与社会责任 了解氮及其化合物在生产生活中的重要作用，如氮肥对农业生产的重要性，树 立合理使用化学物质的科学态度。 学习重难点 重点： 1. 氮气、一氧化氮、二氧化氮的性质。 2. 氮的固定的概念和主要方法（自然固氮和人工固氮）。 难点： 1. 氮分子结构与氮气化学性质稳定的关系。 2.一氧化氮、二氧化氮与水的反应及其相关计算。 01 氮 气 死亡谷之谜 新课引入 青藏高原上的那棱格勒峡谷，每当牧民和牲畜进入后，风和日丽的晴天顷刻电闪雷鸣，狂风大作，人畜常遭雷击而倒毙。奇怪的是这里牧草茂盛，水草肥美，被当地牧民称为“死亡谷”。 考察队测定后发现，这里的磁场强度非常高。这里的地层，除了分布着大面积的三叠纪火山喷发的强磁性玄武岩外，还有大大小小30多个磁铁矿脉及石英闪长岩体。正是这些岩体和磁铁矿产生了强大的地磁异常带。夏季，它使因昆仑山的阻挡而沿山谷东西分布的雷、雨、云中的电荷常常在此汇集，形成超强磁场。一旦遇到异物，便会发生尖端放电即产生雷击现象，使人和畜瞬间死亡。巨大的磁力还导致了指南针失灵，仪器不准。 你知道为什么雷电如此频繁的死亡谷却牧草茂盛，水草肥美吗？ 1.自然界中氮元素的存在 氮元素 土壤海洋中硝酸盐和铵盐 动植物蛋白质 空气中的氮气 ①游离态：主要以N2分子的形式存在于空气中，占空气比例78%。 ②化合态：部分存在于动植物体内的蛋白质中；部分存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。 氮 2.氮元素在周期表中的位置和氮原子的结构 （1）氮元素在元素周期表中的位置 第二周期 第VA族 氮原子的最外层有 电子，既不容易 3个电子，也不容易 5个电子。 一般通过 与其他原子结合。 （2）氮原子的结构 5个 得到 失去 共用电子对 氮 3.氮气的性质 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 （1）氮气的物理性质 收集氮气时用排水法不用排空气法 氮 （2）氮气的结构 电子式 结构式 N2 化学式 N N     N N 氮分子内两个氮原子间以 结合，断开该化学键需要 的能量，所以氮气的化学性质很 ，通常情况下 与其他物质发生化学反应。但在 、 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。 共价三键(N≡N) 较高 稳定 很难 高温 放电 3.氮气的性质 氮 （3）氮气的化学性质 N2化合价为0，既有还原性又有氧化性。 氧化性性 ①与氧气反应： 还原性 ②氢气： ③金属镁： 氮的固定 3.氮气的性质 氮 （4）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 氮的化合物 ①含义: ②分类: 氮的固定 自然固氮 高能固氮 生物固氮 合成氨？ 仿生固氮？ 人工固氮 (豆科植物根瘤菌固氮) 3.氮气的性质 氮 化学仿生学 化学仿生学是一门横跨化学与分子生物学领域的交叉科学，模拟生物体内的化学反应过程、模拟生物体内的物质输送过程，及模拟生物体内的能量转换等是其主要研究内容。化学仿生学的关键技术就是模拟，以生物为原型，模拟其行为以制备某种物质或者模拟某种行为来满足实际需要。例如，科学家研发了一种"人工树叶"来模拟自然界光合作用、合成药物。 氮气和氢气在化工厂合成氨，须在约400~500℃的高温、 2x104 ~ 5x104 kPa 的高压以及催化剂等条件下完成。但 豆科植物的根瘤菌具有特殊的固氮本领，科学家根据根瘤菌的 固氮机理，用化学方法模拟生物固氮，实现在常温、常压的温 和条件下固定空气中的氮。化学仿生学是在分子水平上模拟生 物的功能，也是人们打开科学的奇思妙想之门的钥匙。 科学史话 自然界中氮的循环 4.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； 氮 氮气保护技术通常应用于珍贵文物的保存和保护,国内外不乏先例。美国的《独立宣言》就密封在氮气环境中;中国博物馆和中南海毛主席故居纪念馆也是应用氮气保护法;北京房山云居寺“99石经回藏”也是氮气保护的成功典范。 科学史话 02 一氧化氮和二氧化氮 二、一氧化氮和二氧化氮 1.一氧化氮NO （1）物理性质：无色、有毒气体，密度比空气略大，不溶于水。 （2）化学性质：具有还原性，易被氧化为二氧化氮；与氧气反应生成 红棕色的二氧化氮。 （3）危害：一氧化氮是有毒气体，吸入后能与血红蛋白结合，使血红蛋白失去携带O2的能力，导致中毒；高浓度一氧化氮能引起中枢神经系统损害。 但是。。。。。。 只能用排水法收集 2NO + O2 = 2NO2 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。 资料卡片 二、一氧化氮和二氧化氮 2.二氧化氮NO2 （1）物理性质： （2）化学性质： 只能用向上排空气法收集 具有强氧化性，能与多种物质反应； 与水反应生成硝酸和一氧化氮。 红棕色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易液化，易溶于水。 （3）危害： 二氧化氮是剧毒气体，对呼吸器官有强烈刺激作用，引起急性肺水肿和支气管炎；高浓度二氧化氮能引起中枢神经系统损害，甚至导致死亡。 实验探究 实验5-5 (2) 打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，现象： ， 结论： 振荡注射器。现象： (1) 在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，观察颜色： ，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器。现象： ， 结论： 。 结论： 无色 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 NO和O2反应生成NO2 ； 气体的红棕色消失， 得到无色溶液 ， NO2和H2O发生反应。 ① 你能写出上述实验中发生反应的化学方程式吗？ 2NO+O2 2NO2 3NO2+H2O 2HNO3+NO (工业制取硝酸) 【思考与讨论】 实验探究 实验5-5 继续通入过量的空气 在用水吸收NO/NO2制取硝酸的反应过程中，要不断地补充一些空气，使NO/NO2尽可能多地转化为硝酸。 ③ 上述实验对工业生产硝酸有什么启示？ ② 如果要将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？ 4NO + 3O2 + 2H2O 4HNO3 4:3 4NO2 + O2 + 2H2O 4HNO3 4:1 实验探究 实验5-5 【思考与讨论】 ④ 你能解开“死亡谷”雷电频繁但水草肥美、牧草茂盛的秘密了吗？ 雷电发生时，N2和O2化合生成NO，NO迅速被氧化为NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3跟土壤作用生成硝酸盐，NO3-可被植物吸收。 N2＋O2 2NO， 2NO＋O2 2NO2， 3NO2＋H2O 2HNO3＋NO。 二、一氧化氮和二氧化氮 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 ①上述氮的氧化物中属于酸性氧化物的是_____________。 N2O3和N2O5 ②NO2 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。 二、一氧化氮和二氧化氮 氮氧化物对环境的污染 (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。 化学与自然 (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。 【思考与讨论】 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？ 分析：由于NO2和Br2在性质上有不少相似性： 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，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。 【课堂小结】 随堂练习 1.NO吸收治疗法可快速改善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SARS病毒有直接抑制作用。下列关于NO的叙述正确的是 (　　) A．NO是一种红棕色气体 B．常温常压下，NO不能与空气中的氧气直接化合 C．含等质量的氧元素的NO和CO的质量相等 D．NO难溶于水，可以用排水法收集 D 随堂练习 2. 下列关于NO和NO2的说法正确的是（ ） A．NO2红棕色气体，易溶于水，属于酸性氧化物 B．NO2可由N2和O2直接化合得到 C．NO和NO2均既可以用排空气法收集又可以用排水法收集 D．NO和NO2在一定条件下可以相互转化 D Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$