5.2.1 氮气和氮的氧化物 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 第一课时 氮及氮的氧化物 贰 知识导航 本节重点 本节难点 氮的性质 壹 氮的氧化物 贰 情境导入 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？ 神奇的大自然“雷雨发庄稼” 情境导入 新课讲授 5 游离态：主要以 的形式存在于空气中。 化合态：部分存在于动植物体内的 中；部分存在于土壤、海洋里的 中。 氮分子 蛋白质 硝酸盐和铵盐 (78%) 氮气 氧气 (21%) 空气的成分(按体积) 氮元素在自然界中的存在 一、N2 知识点1：N2的性质 【物理性质】 氮气是一种无色，无味，密度比空气 ，不溶于水无毒气体。 略小 氮气 分子结构 （1）氮元素在元素周期表中的位置存在 第二周期，第 VA族 （2）写出氮气的电子式和结构式。 电子式 结构式 N  N    N N 氮的结构 N 1.画出氮的原子结构示意图？周期表中的位置？ 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。因此无法被大多数生物体直接吸收。 氮氮三键 较多 稳定 很难 知识点1：N2的性质 9 【化学性质】 氮气的化学性质超级稳定。但，这么多N2，总得利用一下~ 1.“雷雨发庄稼”： 。 2.工业合成氨气： 。 3.空气中点燃镁条：： 。 氮气 N2＋O2 2NO 放电或高温 +2 0 N2＋3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 -3 0 N2＋3Mg Mg3N2 点燃 -3 0 写出Mg3N2的电子式： （离子化合物） 写出镁条在空气中燃烧发生反应的化学方程式。 思考2 提示　2Mg+O2 2MgO、3Mg+N2 Mg3N2、2Mg+CO2 2MgO+C。 2007 年10月诺贝尔化学奖授予了德国化学家格哈德·埃特尔，理由是他发现了哈伯－博施法合成氨的作用机理。 1909年，德国化学家弗里茨·哈伯发明合成氨方法：500~600℃、17.5~20.0MPa和锇作催化剂，获得1918 年诺贝尔化学奖。 1913年，卡尔·博施改进合成氨方法：从实验室方法转化为规模化的工业生产，获得1931 年诺贝尔化学奖。 合成氨的辉煌化学史 N2+3H2 2NH3 高温高压 催化剂 【思考】合成氨对社会的发展与进步有何贡献？ 合成氨的创始人哈伯 知识点2：氮的固定 12 游离态 的氮 氮的 化合物 01 自然固氮 ①雷电/大气/高能固氮 (如雷雨天气N2转化为NO) ②生物固氮 (如豆科植物的根瘤菌固氮) ①合成氨 (工业上合成氨) ②仿生固氮 (某些金属有机化合物可起到根瘤菌的作用) 02 人工固氮 氮的固定 【学生活动】阅读课本P11-12，找出氮的固定有几种方式？ 知识点2：氮的固定 13 【双选】氮的循环在自然界的元素循环中是重要的一个环节，游离态的氮和化合态的氮可以相互转化，科学家们将大气中的游离态的氮转化为化合态的氮称之为氮的固定。下列过程中是以游离态的氮为原料，最终产生含氮的化合物是 A. 工业合成氨 B. 硝化细菌的硝化过程 C. 动物遗体腐烂 D. 豆科植物的根瘤菌固氮 √ √ 固氮 自然固氮 人工固氮 打雷/放电 根瘤菌固氮 √ √ 知识点3：氮的应用 14 1、化学性质不活泼—保护气 焊接金属时用氮气作保护气 灯泡中充氮气以延长使用寿命 食品包装中充氮气以防腐 知识点3：氮的应用 15 2、液氮 — 制造低温 医疗上可在液氮冷冻麻醉条件下做手术 超导材料在液氮的低温环境下能显示超导性能 知识点3：氮的应用 16 3、制化肥和化工原料 氮肥 硝酸 随堂检测 17 氮化镁 问题1 氮元素有多种化合价，其最高正价为＋5价(　　) 氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键(　　) 氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气(　　) 白磷(P4)在空气中能自燃而氮气能稳定存在，说明磷元素非金属性比氮元素强 (　　) 硝酸盐在某些细菌作用下转化成氮气为自然固氮(　　) 在高温、高压、催化剂条件下，1 mol N2与3 mol H2混合可生成2 mol NH3 (　　) 问题2 问题3 问题4 问题5 问题6 请同学们回顾所学内容，判断下列问题的对与错 白磷的着火点低 可逆 氮的固定是将游离态的N转化为氮的化合物 二、氮的氧化物 课堂链接 19 化合价 -3 NH3 +5 N2O5 HNO3 +4 NO2 N2O4 +3 N2O3 HNO2 +2 NO +1 N2O 0 N2 -2 N2H4 氧化性 还原性 氧化性+还原性 对应酸：HNO2亚硝酸 N2O3是HNO2的酸酐 对应酸：HNO3硝酸 N2O5是HNO3的酸酐 只有N2O3和N2O5是酸性氧化物 一氧化二氮 肼，又称联氨 不成盐氧化物：NO、NO2、N2O4 课堂链接 20 下列物质中只有氧化性的是 A. N2 B. NO C. NO2 D. HNO3 √ 课堂导入 21 那么，氮氧化物(NOx)有哪些呢？性质如何？ 光化学烟雾 氮氧化物＋碳氢化合物→光化学烟雾 知识点1：NO和NO2物理性质 22 一氧化氮 二氧化氮 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 有毒(易结合血红蛋白使人中毒) 有毒(刺激腐蚀呼吸道黏膜) 【学生活动】阅读课本P13，找出NO和NO2的物理性质？ 知识点1：NO和NO2物理性质 23 【例1】下列关于NO的叙述正确的是( ) A．NO是一种红棕色的气体 B．常温常压下，NO不能与空气中的氧气直接化合 C．NO可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到 D．NO易溶于水，不能用排水法收集 C 知识点2：NO和NO2化学性质 24 【NO化学性质】 2NO + O2 = 2NO2 ①不与酸、碱反应 ②易与O2反应: ③弱氧化性: 催化剂 催化剂 知识点2：NO和NO2化学性质 25 【阅读P13实验5-5】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，观察现象。打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象。振荡注射器，再观察现象。 知识点2：NO和NO2化学性质 26 【实验5-5】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，观察现象。打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象。振荡注射器，再观察现象。 实验 装置 实验 操作 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 振荡注射器 实验 现象 化学 方程式 无明显现象 无色气体变为红棕色 红棕色消失,有无色气体生成,注射器活塞向左滑动 2NO + O2 = 2NO2 3NO2＋H2O = 2HNO3＋NO （产物不上标！工业制硝酸） 知识点2：NO和NO2化学性质 【实验5-5】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，观察现象。打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象。振荡注射器，再观察现象。 实验 装置 实验 操作 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 振荡注射器 Q1: 如何将注射器中的NO充分转化？ Q2: 以上实验对工业制备硝酸有什么启示 ？ 继续通入过量的空气 在用水吸收NO2制取硝酸的反应过程中，要不断地补充空气，使NO2尽可能多地转化为硝酸 【NO2化学性质】 ①与水反应（歧化反应） 方程式： 。 ②与NaOH反应（歧化反应） 方程式： 。 知识点2：NO和NO2化学性质 28 请回答：NO2需要用 进行尾气处理。 判断：NO2是酸性氧化物。（ ） NaOH溶液 × 知识点2：NO和NO2化学性质 29 对3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO反应的下列说法正确的是 A. 氧化剂与还原剂的质量比为2：1 B. 氧化产物与还原产物的物质的量之比为1：2 C. NO2是氧化剂，H2O是还原剂 D. 再反应中若有6 mol NO2参加反应时，有4 mol 电子发生转移 √ 30 变蓝 ③强氧化性 NO2 + 2I- + H2O = I2 + 2OH- + NO （NO2可以使湿润的淀粉-KI试纸 ） 思考：能否用湿润的淀粉-KI试纸鉴别NO2和溴蒸气？ 知识点2：NO和NO2化学性质 知识点3：NO2和Br2(g)的鉴别方法 31 【方案一：通入水中】 溶液无色→ 溶液呈橙黄色→ 【方案二：通入AgNO3溶液中】 有淡黄色沉淀生成的为 ， 无此现象的为 。 NO2 Br2(g) NO2 Br2(g) 【方案三：通入CCl4中】 易溶于CCl4且CCl4溶液呈橙红色的为 ，无此现象的为 。 NO2 Br2(g) 知识点2：NO和NO2化学性质 32 （不定项）下列关于NO和NO2的叙述正确的是 A. NO是一种红棕色的气体 B. 常温常压下，NO能与空气中氧气直接化合 C. 溴蒸气和NO2都为红棕色气体，可以用湿润的淀粉-KI试纸区分 D. NO2可用排水法收集 E. NO2与水的反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂 F. NO2可由N2和O2直接化合得到 √ √ 知识点4：NOx溶于水的相关计算 33 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。 知识点4：NOx溶于水的相关计算 34 反应原理：3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 实验现象：红棕色气体消失，试管内水面上升至容积约 处 2/3 知识点4：NOx溶于水的相关计算 35 NO2和O2以 的比例通入水中，试管全充满 4：1 3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO 反应一： ① 2NO+O2=2NO2 反应二： ② ①×2＋② 4NO2＋O2＋2H2O＝4HNO3 现象： 红棕色气体逐渐消失，试管内液面上升至充满整个试管。 知识点4：NOx溶于水的相关计算 36 ＝4∶1，恰好完全反应 ＞4∶1，NO2过量，剩余NO ＜4∶1，O2过量，剩余O2 V(NO2) V(O2) 4NO2＋O2＋2H2O＝4HNO3 知识点4：NOx溶于水的相关计算 37 NO和O2以 的比例通入水中，试管全充满 4：3 2NO+O2=2NO2 反应一： ① 3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO 反应二： ② ①×3＋②×2 4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3 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。 知识点4：NOx溶于水的相关计算 38 4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3 ＝4∶3，恰好完全反应 ＞4∶3，剩余NO ＜4∶3，剩余O2 V(NO) V(O2) 知识点4：NOx溶于水的相关计算 39 Level 1：全充满定量计算 NO和O2混合入水完全吸收原理：4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 NO2和O2混合入水完全吸收原理：4NO2 + 1O2 + 2H2O = 4HNO3 常温下，将盛有10 mL NO2 的试管倒置在水中，并向其中通入一定量的氧气，一段时间后，试管被水完全充满，则通入氧气的体积为 A. 2.5 mL B. 5.5 mL C. 4 mL D. 2 mL √ 知识点4：NOx溶于水的相关计算 40 Level 1：全充满定量计算 NO和O2混合入水完全吸收原理：4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 NO2和O2混合入水完全吸收原理：4NO2 + 1O2 + 2H2O = 4HNO3 常温下，将盛有10 mL NO2 的试管倒置在水中，并向其中通入一定量的氧气，一段时间后，试管被水完全充满，则通入氧气的体积为 A. 2.5 mL B. 5.5 mL C. 4 mL D. 2 mL √ 知识点4：NOx溶于水的相关计算 41 Level 1：全充满定量计算 NO和O2混合入水完全吸收原理：4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 NO2和O2混合入水完全吸收原理：4NO2 + 1O2 + 2H2O = 4HNO3 常温下，将盛有4 mL NO 和6 mL NO2试管倒置在水中，并向其中通入一定量的氧气，一段时间后，试管被水完全充满，则通入氧气的体积为 A. 4.5 mL B. 5.5 mL C. 3.5 mL D. 2.5 mL √ 知识点4：NOx溶于水的相关计算 42 常温下，将盛有4 mL NO 和6 mL NO2试管倒置在水中，并向其中通入一定量的氧气，一段时间后，试管被水完全充满，则通入氧气的体积为 A. 4.5 mL B. 5.5 mL C. 3.5 mL D. 2.5 mL √ 知识点4：NOx溶于水的相关计算 43 (练透作业5:8)有一倒置于水槽且装满水的容器，向其中依次通入一定体积的NO2、NO和O2，充分反应后，若容器中仍充满溶液，则通入的NO2、NO和O2的体积比可能是 A.1∶2∶1 B.4∶3∶2 C.4∶16∶13 D.4∶3∶4 √ 知识点4：NOx溶于水的相关计算 44 （练透作业5:7）如图所示，试管内盛装的是红棕色气体（可能是混合物），当倒扣在盛有水的水槽中，试管内水面上升，但不能充满试管。当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水柱继续上升，经过多次重复后，试管内完全被水充满，原来试管中盛装的可能是什么气体 A. 可能是N2与NO2的混合气体 B. 可能是O2与NO2的混合气体 C. 一定是NO和NO2混合气体 D. 只可能是NO2一种气体 √ 知识点4：NOx溶于水的相关计算 45 气体完全溶于水，即NO2、NO和O2恰好完全反应，全部生成硝酸，根据得失电子守恒：n×3+n=n×4，即：V×3+V =V×4。2×3+1≠4，A不符合； 3×3+4≠2×4，B不符合； 16×3+4=13×4，C符合； 3×3+4≠4×4，D不符合。 46 √ 氮气不燃烧，与氧气在高温或放电条件下生成NO 47 √ 《大本P12-3》NO、NO2溶于水的相关计算 思考2：有一只充有20 mL NO2和NO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)　　　。 2∶3 解：设混合气体中二氧化氮的体积为V，则： 3NO2+H2O===2HNO3+NO　气体体积差 3　　　　　　　　　1　　 　2 V　　　　　　　　　　　　20 mL-12 mL=8 mL 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。 例2、假设试管内充有100 mL NO，通入多少O2才能使水充满试管？ 所得溶液的物质的量浓度为多少？（不考虑溶质的流失） 解：设需通入x mL氧气才能使水充满试管。 2NO+O2===2NO2　 ① 3NO2+H2O===2HNO3+NO　 ② 由①×3+②×2得： 4NO + 3O2 + 2H2O === 4HNO3 4 3 100mL x mL 故需通入75 mL O2。 《大本P13》现有NO2、O2的混合气体12 mL，通入足量水中，充分反应后剩余气体2 mL(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积可能是　 　　　 。 应用体验 4 mL或1.2 mL 课堂小结 52 $$