5.2.1 氮气及氮的氧化物 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 化工生产中的重要非金属元素 第二节 氮及其化合物 课时1 氮及氮的氧化物 农谚有云：“种豆子不上肥，连种几年地更肥” 空气中氮元素丰富，但大多数的植物不能直接利用，豆科植物与根瘤菌共生可以将氮气转化成植物需要的氮素营养，同时固定的氮素也会释放到土壤中，从而被其他植物利用。 课堂导入 氮元素 游离态 化合态 以 N2 分子的形式存在于空气中 动植物体内的蛋白质中，以及土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中 一、探究氮气的性质与氮的固定 1、氮元素的存在形式 氮气78% 颜色 状态 气味 密度 溶解性 _____ 气体 _____ 密度与空气接近 ___溶于水 无色 无味 难 2、氮气的性质 （1）氮气的物理性质 一、探究氮气的性质与氮的固定 收集氮气时用排水法！ 氮气 熔点：-210 ℃ 沸点：-196 ℃ 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。 氮气在空气中的体积分数为78%，化学性质稳定，这是为什么呢？(从化学键的角度分析) 一、探究氮气的性质与氮的固定 （2）氮气的化学性质 一、探究氮气的性质与氮的固定 ①两个氮原子间以__________结合，断键需吸收__________，通常很难与其他物质发生化学反应 较多能量 共价三键 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 还原性 工业合成氨 (1) 含义: 将大气中_______的氮转化为___________的过程叫做氮的固定。 (2) 分类 3、氮的固定 游离态 含氮化合物 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) 一、探究氮气的性质与氮的固定 思考：NH3→NH3·H2O能称为氮的固定吗？ （1）化学性质不活泼N2—保护气 食品包装中 充 N2 以防腐 （2）液氮N2 — 制造低温 医疗上可在液氮冷冻 麻醉条件下做手术 制冷剂 保鲜食品 （3）制化肥和化工原料 4、氮的用途 一、探究氮气的性质与氮的固定 焊接金属时用作保护气 灯泡中充氮气以延长使用寿命.氮气在低温加压时可以液化形成液氮，液氮汽化 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】根据氮原子的原子结构和氮元素的化合价猜测，氮氧化物共有几种？ 二、探究氮的氧化物性质 (1)N2O俗称笑气。 (2)N2O3、N2O5是酸性氧化物（酸酐），可以与水反应分别生成HNO2、HNO3 (3)NO2与N2O4可相互转化：2NO2（红棕色） ⇌ N2O4（无色） N的氧化物的种类——它们都有毒，是大气污染物 【思考】NO和NO2具有哪些性质？ 4、一氧化氮 NO （1）物理性质： 无色、无味、有毒、不溶于水的气体。 （2）化学性质： 实验室如何收集 NO ? 排水法收集 常温下，极容易与氧气反应 2NO + O2 = 2NO2 不与酸、碱反应。 现象：无色气体变为红棕色气体 二、探究氮的氧化物性质 (NO鉴别方法) 5、二氧化氮 NO2 （1）物理性质： 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。 实验室如何收集 NO2 ? 向上排空气法 二、探究氮的氧化物性质 【思考】NO2易溶于水，溶于水会与水反应吗？怎么证明呢？ 实验 操作 将一瓶装有二氧化氮的试剂瓶倒扣在水中，观察现象； 现象 ___________ 红棕色变浅 【实验】 二、探究氮的氧化物性质 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 实验原理： + O2 + H2O 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 可以不断吸入空气，然后使集气瓶里的气体充分与水反应。 二、探究氮的氧化物性质 【思考1】如果想将的 NO2 充分转化，可以采取什么措施 ? 【思考2】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 5、二氧化氮 NO2 （1） 化学性质 +4 ①与水反应：3NO2+H2O===2HNO3+NO（氧化性和还原性） ②氧化性较强：NO2能氧化还原性离子，例如KI，亚硫酸根等。 NO2不属于酸性氧化物 二、探究氮的氧化物性质 一氧化氮能和哪些物质发生反应，这实际上是需要从研究物质化学性质的角度去探讨的问题。在研究物质性质过程中，通常有以下三个角度：物质类别通性角度、氧化还原角度和特性的角度。基于以上角度，我们主要通过类别通性和氧化还原性角度对一氧化氮的性质进行预测和分析。 在这个过程中要通入多少的O2， NO才能完全转变成HNO3呢？ 工业生产硝酸，将尾气(NO)吸收通入足量的氧气后再溶解于水，经过多次循环氧化、溶解，可充分利用原料，并减少NO的排放，保护环境。 三、NOx 溶于水的相关计算 NO2和O2的混合气体溶于水 NO2和O2以 的比例通入水中，试管全充满 4 ：1 3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO ① 2NO＋O2＝2NO2 ② ①×2＋②： 4NO2＋O2＋2H2O＝4HNO3 注意：故若有气体剩余只能是 NO 或 O2 ，不可能是NO2。 当体积比V(NO2) ：V(O2) ˂4:1 =4:1 >4:1 O2 过量，剩余O2 恰好完全反应 NO过量，剩余NO 三、NOx 溶于水的相关计算 红棕色气体逐渐消失，试管内液面上升至充满整个试管 当体积比V(NO) ：V(O2) NO 和O2的混合气体溶于水 NO 和O2以 的比例通入水中，试管全充满 4 ：3 3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO ① 2NO＋O2＝2NO2 ② ①×3＋②×2： 4NO2＋3O2＋2H2O＝4HNO3 ˂4:3 =4:3 >4:3 O2 过量，剩余O2 恰好完全反应 NO过量，剩余NO 现象：先出现红棕色气体，红棕色气体逐渐消失，试管内液面上升至充满整个试管。 三、NOx 溶于水的相关计算 1、将充有1.2 mol NO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中，再通入0.6 mol O2，充分反应后，整个试管充满水。则原混合气体中NO与NO2体积比为(　 　 ) A、1∶2 B、1∶1 C、3： 7 D、无法确定 2、一定条件下，将充满NO2和O2的试管倒立于水槽中，充分反应后，剩余气体体积为原混合气体体积的六分之一，则原混合气体中NO2与O2的体积比可能为(　　 ) A、2∶1 B、1∶2 C、4∶1 D、1∶4 B A 及时巩固 3、在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12 mL通入足量水中，充分反应后剩余2 mL气体(同温、同压下)，则原混合气体中氧气的体积可能为(　　) A、1 mL B、2.4 mL C、3 mL D、4 mL D 4、如图所示的试管中装有12 mLNO，然后间歇缓慢地通入8 mLO2(同温、同压下)。有关最终状态的描述： ①试管内气体呈红棕色，②试管内气体呈无色 ③试管内液面不变，④试管内液面上升 ⑤试管内气体是氧气，⑥试管内气体是一氧化氮。 其中正确的是(　 　) A、②④⑥ B、①③ C、②④⑤ D、②③⑤ A NO ：O2 = 4 ：3 及时巩固 根据4NO＋3O2＋2H2O = 4HNO3可得，剩余气体应为NO，体积为4/3 mL，试管内液面上升。 常见的NO2和NO尾气处理方法 ①碱液吸收法 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O ②催化转化法 6NO + 4NH3 5N2 + 6H2O 2NO + 2CO N2 + 2CO2 二、探究氮的氧化物性质 【思考与讨论】NO、NO2均为有毒气体，如何进行尾气处理？ 课堂总结 1．下列有关NO2的说法正确的是(　　) A．NO2可由N2与O2反应直接制备 B．NO2有毒，但因其易溶于水且与水反应，因此不属于大气污染物 C．NO2既有氧化性也有还原性 D．NO2为红棕色气体，因此将NO2通入水中，溶液显红棕色 C 学习评价 2. 一定条件下，将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原总体积的(　　) A. 1/4 B. 3/4 C. 1/8 D. 3/8 C 3. 氮氧化物会严重污染大气，所以实验室必须对含有氮氧化物的废气进行处理。用NaOH溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应方程式如下： ①NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O ②2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2O (1) 在反应①中，参加反应的氧化剂和还原剂的质量之比为___________。 (2) 在反应②中，氧化产物是________，还原产物是________(填化学式)。 (3) 在反应①②中，参加反应的NaOH均为2 mol时，两个反应转移电子数的关系是①________②(填“＞”“＝”或“＜”)。 23∶15 NaNO3 NaNO2 ＝ 学习评价 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$