5.2.1氮气与氮的固定——一氧化氮和二氧化氮 课件 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第五章 第二节 氮及其化合物 第1课时 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮 血红蛋白中含有氮元素 农作物生长必需氮元素 航天飞机的燃料含氮元素 氮 位置 结构 性质 第二周期,第 A族 既不容易得到 3 个电子,也不容易失去 5 个电子。 一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质 氮在自然界的存在 游离态:主要以氮分子的形式存在于空气中。 (78%) 氮气 氧气 (21%) 空气的成分(按体积) 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、海洋里的的硝酸盐和铵盐中。 其他1% 氮气的物理性质 颜色 状态 气味 密度 熔点 沸点 溶解性 气体 密度与空气接近 -210 -196 无色 无味 难溶于水 收集氮气时用排水法不用排空法 氮气的化学性质 从化学键的角度分析,氮气的化学性质为什么稳定? 氮分子形成过程 电子式 结构式 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_。 氮氮三键 较多 稳定 氮气的化学性质 (1)常温下,N2的化学性质很稳定,可代替稀有气体作保护气 (2)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,N2能够与镁、氧气、氢气等物质发生化合。 N2 + 3Mg Mg3N2 点燃 N2 + O2 2NO 放电或高温 N2 + 3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 氧化性 氧化性 还原性 合成氨原理,用于工业制氨气 氮的固定 氮的固定: 将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程。 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固氮) 人工固氮 合成氨(工业上合成氨) 闪电释放能量 仿生固氮(某些金属有机化合物可起到根瘤菌的作用) 豆科植物的根瘤菌 氮气的应用 ① 化工原料:化肥、氨、硝酸等化合物的制造原材料; ② 保护气:性质稳定可用作惰性保护介质; ③ 制冷剂:工业用分馏液态空气法制备的液氮可用作制冷剂、冷却剂; 自然界的氮循环 科学史话——合成氨 哈伯 (F.Haber,1868-1934) 人工固氮——合成氨 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。 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。 合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就。 资料一: 据说在新疆与青海两省区交界处有一狭长山谷,这里经常在风和日丽的晴天顷刻电闪雷鸣,下起雷雨 奇怪的是这里牧草茂盛,四季常青,被当地牧民称为“魔鬼谷”。为什么魔鬼谷牧草旺盛? 资料二: 有句谚语“雷雨发庄稼”,你明白其中的化学道理吗? N的氧化物的种类——它们都有毒,是大气污染物 氧化物 NO N2O3 N2O5 对应氮的化合价 +1 +2 +4 +4 +5 N2O NO2 N2O4 +3 N2O俗称笑气,具有麻醉作用 2NO2 N2O4 氮及其氧化物 NO和NO2是氮的重要氧化物 NO和NO2物理性质 颜色 状态 密度 气味 溶解度 毒性 收集 NO NO2 无色 气体 大 无味 刺激性 气味 不溶于水 有毒 红棕色 气体 大 易溶于水 有毒 排水法 向上排空气法 一氧化氮 二氧化氮 都是不成盐 氧化物 怎么证明呢? 【思考】有句谚语“雷雨发庄稼”,你明白其中的化学道理吗 ? N2 NO NO2 HNO3 硝酸盐 O2 放电 O2 H2O 矿物质 N2+O2 === 2NO(无色) 放电 2NO+O2 = 2NO2(红棕色) 3NO2+H2O = 2HNO3+NO 硝酸型酸雨的形成 土壤 N肥 NO和NO2性质 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 2NO2+2NaOH =NaNO3+NaNO2+H2O NO2+NO+2NaOH = 2NaNO2+H2O NO和NO2与NaOH反应 (1)N2与O2在高温或放电条件下反应生成NO2( ) (2)NO易被空气中的O2氧化为红棕色的NO2( ) (3)在NO2与水的反应中,NO2是氧化剂,H2O是还原剂( ) (4)NO和NO2都易溶于水,都是有毒气体( ) (5)镁条在空气中燃烧时,可以与O2、N2、CO2等反应生成MgO、Mg3N2、C( ) (6)含氮无机物与含氮有机物可以相互转化( ) 科学史话 第2课时 氨和铵盐 白花为什么会变红? 氨气的结构及物理性质 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 极易 700 向下排空气法 可以做制冷剂 氨气的化学性质——与水反应 NH3 + H2O NH3 H2O NH4+ + OH- 一水合氨:一元弱碱。 能使酚酞溶液变红 能使红色石蕊试纸变蓝 中学唯一的碱性气体 【思考】氨水的主要成份有哪些?氨水与液态氨有何区别? 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: NH3+H2O NH3 H2O 氨气与水反应——原理 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 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 液氨 一水合氨(NH3 H2O) 氨水 物质 类别 粒子 种类 主要 性质 纯净物 氢化物 纯净物 一元弱碱 混合物 氨的水溶液 NH3 三分子:NH3 H2O、NH3、H2O 三离子:NH4+、OH-、H+ NH3 H2O 挥发时吸热,常做制冷剂 受热易分解: NH3 H2O==NH3 +H2O 呈弱碱性,易挥发, 用棕色试剂瓶,避光保存 【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 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。 氨气的化学性质——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; ②蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近,产生白烟。 氨气的化学性质——与酸反应 (工业制硝酸的基础) (3)氨的催化氧化 工业制硝酸的系列反应: 2NO+O2=2NO2 3NO2+H2O=2HNO3+NO 氨气的化学性质 氨气的化学性质 氨气的化学性质——还原性 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 氨气的化学性质 制肥料 制硝酸 制纯碱 制炸药 做制冷剂 NH3 氨气的用途 植物缺氮症状: 叶片黄化,植株瘦弱 铵盐 1.概念: 如:NH4Cl、(NH4)2SO4、 NH4NO3 2.物理性质: 一般铵盐都是白色或无色晶体且易溶于水。 (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 铵盐化学性质——不稳定性 【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。 湿润的红色石蕊试纸变蓝 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。 铵盐化学性质——与强碱反应 NH4+检验 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。 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 【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。 【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。 【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 氨气的制备 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 随堂训练 第二节 氮及其化合物 第3课时 硝酸和酸雨 (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? 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? 硝酸物理性质 硝酸化学性质——不稳定性 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。 【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 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? 硝酸的化学性质——酸的通性 【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) 硝酸与金属反应 硝酸的化学性质 【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。 【思考3】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。 【思考4】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。 硝酸的化学性质 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) 硝酸的化学性质——与活泼金属反应 (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: 硝酸的化学性质——与活泼金属反应 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。 与其他还原剂反应 硝酸的化学性质——强氧化性 【资料卡片】王水 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。 硝酸用途 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 工业制硝酸 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。 酸雨 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: (2)成因: (1)概念: NO2 HNO3 NO 酸雨来源 (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? 2xCO+2NOx ===== 2xCO2 +N2 催化剂 酸雨防治 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 小结 (1)常温下,pH<7的雨水称为酸雨( ) (3)在铜与稀硝酸的反应中,硝酸表现强氧化性和酸性( ) (4)常温下,将铁片放入浓硝酸中,无明显现象,说明铁与浓硝酸不发生反应( ) (6)常温下,将浓硝酸滴加到用砂纸打磨过的铝条上,会产生红棕色气体( ) (7)浓硝酸在光照下久置,会变黄( ) 巧判断 下图是两个关于NH3性质的实验,下列说法正确的是( ) A.两个实验均说明NH3是碱性气体 B.两个实验均说明氨水易挥发 C.两个实验均说明NH3易溶于水 D.两个实验均说明NH3是还原性气体 选择题 A Lavf58.20.100 EV录屏3.9.3软件录制 Lavf56.38.102 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 Lavf58.20.100 Lavf59.14.100 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 $$