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

人教版化学必修二 第五章 化工生产中的重要非金属元素 第2节　氮及其化合物 1、物理性质 无色无味、低沸点（-195.8℃），难溶于水（1体积水溶解0.02体积N2），密度比空气略小，占空气体积78%。 2、化学性质 ①键能比较 N N O O Cl Cl 946KJ/mol 247KJ/mol 493KJ/mol 由键能数据可以推测：氮气的化学性质______________ 很不活泼（稳定） 但在获得了足够能量情况下，氮气还是能发生反应的。因此氮气发生反应的条件往往是_ ___或___ _ 高温 放电 O O Cl Cl 一、氮气 ②化学性质 ——既有氧化性又有还原性 （1）自然固氮（高能固氮、生物固氮） 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， 3、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 氮化合物 N2 + O2 2NO 放电 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。 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。 合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题，是化学和技术对社会发展与进步得巨大贡献. （2）人工固氮 工业合成氨 不仅为农作物的生长提供了必需的氮元素，而且为化工产品（如炸药、农药、燃料等）的生产提供了重要的原料。 4、自然界中氮的循环 N的氧化物的种类——它们都有毒，是大气污染物。N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5六种。 二、氮的氧化物 在机动车发动机中，燃料燃烧产生的高温环境会使空气中的氮气与氧气反应，生成氮氧化物。汽车排放的尾气中因含有氮的氧化物而污染大气。 1、一氧化氮(NO) 2NO + O2 = 2NO2（红棕色） 二氧化氮 一氧化氮 一氧化氮是无色的有毒气体，不溶于水，在常温下很容易与氧气化合，生成二氧化氮。 二氧化氮是红棕色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气的大，易液化，易溶于水。 2、二氧化氮(NO2) 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO ——工业制硝酸 1、如图5-10所示，在一支50mL的注射器里充入20mLNO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器，观察现象。 2、打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹，观察现象。振荡注射器，再观察现象。 【实验5-5】 实验5-5中发生了哪些化学反应？如果要将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？上述实验对工业上生产硝酸有什么启示？ 思考与讨论： 3、氮的氧化物溶于水 【实验5-5】有关化学反应方程式 ①2NO＋O2===2NO2 ②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ①+2×②得 4NO2＋O2＋2H2O＝4HNO3 如果要将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？ 3×① +2×②得 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 也就是按此比例的气体可以和水完全反应生成硝酸。 (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)NO与血红蛋白结合使人中毒。 4、氮氧化物对环境的污染 三、氨气 电子式 结构式 1、氨分子的电子式和结构式： 2、物理性质 【启发并实验】 氨极易溶解于水，用什么实验可以证明这一性质呢？ 无色、有刺激性气味； 密度比空气小，标准状况下密度0.771g/L； 易液化(液氨汽化时要吸收大量的热，使周围温度急剧降低,故可作制冷剂）极易溶于水（1体积水溶解约700体积的氨气1：700）。 【实验5-6】 如图5-11所示，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。 （2）溶液为什么变为红色？ （3）实验成败的关键是什么？ （1）氨为什么会形成喷泉（该实验的原理）？ 想想看： 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。 氨气溶于水溶液显碱性。 氨极易溶于水，使烧瓶内外形成较大的压差； 打开弹簧夹，挤出胶头滴管中的水。 打开止水夹,用热毛巾将烧瓶捂热，氨气受热膨胀，排走导管中的空气并溶于水，使烧瓶内气压减少，产生喷泉。 【喷泉实验】 如何引发喷泉？ （1）氨气溶于水时 （氨气的水溶液叫氨水），大部分的NH3分子与 H2O分子结合成NH3·H2O（一水合氨）。NH3·H2O是弱碱，为弱电解质，可以部分电离。故氨水显弱碱性，能使酚酞溶液变红或者使红色的石蕊试纸变蓝 。 3、氨水 用此来检验氨气的存在 NH3+H2O NH3.H2O NH4++OH- （2）氨水的化学性质： 分子：NH3、H2O、NH3·H2O 离子：NH4+、OH-、H+ 说明：一水合氨很不稳定，受热易分解。 4、氨与酸的反应 NH3+HCl = NH4Cl 2NH3+H2SO4 = (NH4)2SO4 NH3+HNO3 = NH4NO3 现象：产生白烟 可用来检验氨气或氯化氢是否泄漏。 为什么没有白烟？ 因为硫酸是非挥发性酸 氨气是一种碱性气体，氨可以与酸反应生成铵盐。 5、氨与氧气的反应（氨的催化氧化） 氨中N为-3价，具有还原性。氨的催化氧化是工业制硝酸的基础。 4NH3＋5O2 ====4NO＋6H2O 催化剂 NH3 硝酸 铵盐 纯碱 有机合成工业原料 用稀氨水治疗 蚊虫叮咬 消除 二氧化氮 的污染 吸收硫酸 生产中的 二氧化硫 制冷剂 NH3+H2O+SO2=NH4HSO3 6、氨的用途和保存： 1、铵盐是NH4+和酸根离子组成的化合物。 铵盐都是晶体，易溶于水。受热易分解，与碱反应放出氨气。 2、常见铵盐： 硫酸铵【（NH4）2SO4 ，俗称硫铵，又称肥粉】； 氯化铵【NH4Cl，俗称氯铵】； 硝酸铵【NH4NO3，俗称硝铵、炸药】； 碳酸氢铵【NH4HCO3，俗称碳铵】 铵盐属于铵态氮肥。 四、铵盐 常用氮肥有铵态氮肥和尿素【 CO（NH2）2 】 。 NH4HCO3 NH3 ↑ + CO2↑ + H2O↑ △ (NH4)2CO3 2NH3 ↑ + CO2↑ + H2O↑ △ 注意：并不是所有铵盐分解都产生氨气 3、铵盐的性质: ① 受热易分解 NH4Cl NH3 ↑ + HCl↑ △ 思考 NH4Cl中有少量的NaCl,如何提纯? NH4Cl加热分解，收集气体然后又生成NH4Cl 。 NH4NO3在400 ℃以上分解生成N2、NO2和H2O 分解放出大量的热 ②铵盐与碱的反应： 应用：用来制取氨气；NH4+的检验 2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O 实质：NH4+ + OH- NH3↑+ H2O 【实验5-7】 向盛有向盛有少量氯NH4Cl溶液、(NH4)2SO4溶液,NH4NO3溶液的三支试管中,分别加入氢氧化钠溶液并加热（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。 实验现象：三支试管中均产生气泡， 湿润的红色石蕊试纸变蓝。 NH4 + + OH － NH3 ↑ + H2O △ NH4Cl+NaOH====NaCl+NH3↑+H2O 加热 （NH4)2SO4+2NaOH====Na2SO4+2NH3↑+2H2O 加热 NH4NO3+NaOH====NaNO3+NH3↑+H2O 加热 NH4+的检验： （1）检验某白色固体是否为铵盐的方法 ①少许样品和碱混合于试管中加热，将湿润的紫色石蕊试纸靠近试 管口，若试纸变蓝色，则证明样品中含铵盐(NH4＋)。 ②取少许样品和碱混合于试管中共热，用蘸有浓盐酸的玻璃棒检验 产生的气体，若有白烟产生，则证明样品中含铵盐(NH4＋)。 将待检物取出少量置于试管中，加入NaOH溶液后，加热，用湿润的红色石蕊试纸在管口检验，若试纸变蓝色，则证明待检物中含铵盐(NH4＋)。 （2）检验无色溶液中是否存在NH4＋的方法： 4、氨气的实验室制法 ②药品：氯化铵晶体、熟石灰固体 ③装置：固+固，加热型 (与O2的发生装置相同) ④干燥:用碱石灰（CaO 与NaOH固体混合物） ⑤收集：向下排空气法，并在试管口塞上棉花，防止NH3和空气对流，保证NH3的纯度。 思考：干燥时，能否用浓硫酸、无水CaCl2或者P2O5来代替碱石灰？ ①原理：2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O 氨气显碱性，不能用呈酸性的浓硫酸和五氧化二磷进行干燥；氨气能与氯化钙发生反应生成络合物（CaCl2·8NH3 ），因此也不能使用无水氯化钙来干燥氨气。 实验原理及制取装置 ⑥验满：（1）用湿润的红色石蕊试纸（变蓝） （2）蘸有浓盐酸(浓硝酸)的玻璃棒接近试管口（产生白烟）。 ⑦尾气吸收：氨气不能直接排放到空气中，可以用将多余的氨气通入水中进行吸收(要注意放倒吸) 易溶于水的要用防倒吸装置 氨气的实验室制法〖注意〗 ① 制氨气所用的铵盐不能用NH4NO3、NH4HCO3、(NH4)2CO3等代替，NH4NO3加热时爆炸，而NH4HCO3、(NH4)2CO3极易分解产生CO2气体使制得的NH3不纯。 ② 消石灰不能用NaOH、KOH等强碱代替，因为NaOH、KOH具有吸湿性，易潮解结块，不利于生成的氨气逸出，而且NaOH、KOH对玻璃有强烈的腐蚀作用。 ③ NH3极易溶于水，制取和收集的容器必须干燥。 实验室中还可以用哪些方法制氨气? ①加热浓氨水法原理： NH3·H2O NH3↑＋H2O 加热浓氨水法 ②浓氨水加碱石灰法 NaOH溶于水放热,促使氨水分解 CaO与水反应放热促进NH3的放出 浓氨水加碱石灰法 NH3·H2O+CaO = NH3↑＋Ca(OH)2 氨的工业制备： 工业： N2+3H2 高温、高压 催化剂 2NH3    1.如图1为喷泉实验装置。在烧瓶中充满干燥气体，胶头滴管及烧杯中分别盛有液体。下列组合中不可能形成喷泉的是（  ） A、HCl和H2O                        B、O2和H2O     C、NH3和H2O                        D、CO2和NaOH 练习 B 解析：形成喷泉，使烧瓶内外形成较大的压差，要么 是气体溶解度比较大、要么是气体可以和烧杯中溶液 发生反应。氧气在水中溶液度较小，不能形成喷泉。 ①制取并收集NH3 ②吸收NH3 ③检查气密性 ④排空气法收集CO2 A.①③ B.②③ C.①④ D.②④ 2.下列装置能达到实验目的的是（ ） B 练习 解析：①氨气密度比空气小，可以采用向下排空气法，但是试管口需要放置棉花；②分液法可以用来吸收氨气；③可以利用压强差检测气密性；④氯气密度比空气大，可以采用向上排空气法，要长进短出。 3、只用一种试剂，就可区别NH4Cl 、 (NH4)2SO4 、 KCl Na2SO4 、 AlCl3 五种 无色溶液，这种试剂是( ) A、NaOH溶液 B、AgNO3溶液 C、BaCl2溶液 D、Ba(OH)2溶液 D 练习 A．NaOH溶液溶液和NH4Cl 、 (NH4)2SO4 反应都产生氨气，无法鉴别；和KCl Na2SO4 、不反应，无法鉴别； B．AgNO3溶液和NH4Cl 、 (NH4)2SO4 、 KCl、 Na2SO4 、 AlCl3 均有白色沉淀，无法鉴别； C．BaCl2溶液和（NH4）2SO4、Na2SO4反应都生成白色沉淀；和NH4Cl 、 KCl 、 AlCl3 不反应，不可鉴别； D．Ba（OH) 2溶液和NH4Cl有氨气产生;和（NH4）2SO4有气体和沉淀;和KCl无现象;和Na2SO4有沉淀、和AlCl3四先产生沉淀，沉淀再溶液，现象不同，可以鉴别； 4、下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂，其中错误的是( ) A.只有① B.只有③ C.①③ D.②③ C 练习 【解析】实验室制备NH3的方法不只一种，除课本介绍的由NH4Cl与碱石灰反应制取之外，其他的只要合理亦可。①装置中NH4Cl加热分解产生的NH3、HCl很容易在管口重新化合成NH4Cl，而无法收集到NH3。③装置在加热时，管口应略向下倾斜，以防止冷凝水倒流使试管底部破裂。 五、硝酸 ①纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。 ②能以任意比溶于水； ③密度比水大（1.5027g/cm3）； ④沸点低：83℃； ⑤常用浓硝酸的浓度为69％，98％的浓硝酸叫作“发烟硝酸”。 1、硝酸的物理性质 2、化学性质 问题一：久置的浓硝酸为何呈黄色？ 问题二：如何保存硝酸？ 盛放在棕色试剂瓶里，并贮放在黑暗且温度低的地方 硝酸分解生成的NO2溶于硝酸中 4HNO3 ==== 4NO2 ↑ +O2 ↑ +2H2O 或光照 浓硝酸 久置浓硝酸 硝酸具有强氧化性,对皮肤、衣物等有腐蚀作用，使用时应注意安全。 （1）不稳定性 a、几乎可以使所有金属（金、铂 除外）氧化而生成硝酸盐。 注意： 常温下，浓硝酸使铁、铝等金属钝化（加热时也会发生反应） 注意：①硝酸与金属反应不放出氢气。 氧化性：浓硝酸>稀硝酸（均比浓硫酸强） ②一般反应规律为： 金属 + HNO3(浓) → 硝酸盐 + NO2↑ + H2O 金属 + HNO3(稀) → 硝酸盐 + NO↑ + H2O 较活泼的金属 (如Mg、Zn等) + HNO3(极稀) → 硝酸盐 + H2O + N2O↑(或NH3或铵盐等) b、当HNO3与金属反应时，HNO3被还原的程度（即氮元素化合价降低的程度）取决于硝酸的浓度和金属单质还原性的强弱。 （2）与金属单质反应—强氧化性 【实验5-8】 如图5-14所示，在橡胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝，向两支试管中分别加入2mL浓硝酸和稀硝酸，用橡胶塞塞住试管口，使铜丝与硝酸接触，观察并比较实验现象，向上拉铜丝，停止反应。 实验现象:浓硝酸与铜能剧烈反应，放出红棕色的气体，铜不断溶解，溶液变成绿色。 化学方程式:Cu+4HNO3(浓) ＝Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O ①Cu与浓硝酸的反应 实验现象:铜与稀硝酸反应较缓慢，生成无色的气体，遇空气变为红棕色，溶液变成蓝色(Cu2+)。 化学方程式:3Cu+8HNO3（稀）= 3Cu(NO3)2+ 2NO↑+4H2O ②Cu与稀硝酸的反应 思考 ①在上述的两个反应中硝酸都表现出哪些性质? ②上述两反应中，若有1molCu消耗，则被还原的硝酸的物质的量分别是多少？ ③足量的铜放入浓硝酸中会发生什么反应？ 2mol和2/3mol ④足量铜放入稀硝酸中，反应结束后，再加入稀硫酸，会发生反应吗？ ⑤少量铁、足量铁分别放入稀硝酸中，会发生什么反应？ （3）与非金属单质反应 将一块红热的木炭投入浓硝酸中 反应方程式：C+4HNO3(浓)===CO2↑+4NO2↑+2H2O 现象：剧烈反应，产生红棕色气体 硝酸是一元酸、强酸、氧化性酸、低沸点酸、不稳定性酸、易溶性酸。 王水：浓HNO3与浓盐酸按体积比1∶3配制而成的混合液叫王水。 王水溶解金属的能力更强，能溶解金属Pt、Au。 记忆方法 ：“三言（盐）一笑（硝）” （1）工业上制硝酸的原理： 3、硝酸的制备 NaNO3 + H2SO4(浓) === NaHSO4 + HNO3↑ △ 思考1：温度如何控制？ 温度不能太高，否则硝酸会分解。 思考2：能否采用制氯化氢的装置制硝酸？ 如图，不能，因硝酸蒸汽腐蚀橡胶塞和胶管。 高沸点酸 制 低沸点酸 （2）HNO3实验室制法 HCl制取装置 煤、石油和金属矿物以及机动车在使用过程中，会生成SO2和氮氧化物。他们会引起呼吸道疾病，危害人体健康，甚至致人死亡。 SO2以及氮氧化物在大气中会形成酸雨，正常雨水由于溶解了CO2，pH约为5.6，酸雨的pH小于5.6。 六、酸雨及防治 S SO2 SO3 H2SO4 硫酸型酸雨： 硝酸型酸雨： NO2 HNO3 $$