5.2氮及其化合物 第1课时 氮和氮的氧化物 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 课时1 氮气与氮氧化物 学习目标 1. 通过分析氮气分子的结构，了解氮气的化学稳定性； 2. 实验探究一氧化氮和二氧化氮的性质,了解自然界中形成硝酸的过程。 氮及其化合物 资料卡片 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 ? 有句谚语“雷雨发庄稼”， 你明白其中的化学道理吗 ? 在我们空气中含量最多的就是氮气，为何大多数农作物不能直接利用吸收氮气而需要施氮肥？ 氮元素 （1）游离态：氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中 （2）化合态：存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中及动植物 体内的蛋白质中。 1.存在形式： 氮元素 3.自然界中氮的循环 (1)参与循环的含氮物质有哪些？ N2、NH3、NO、NO2、 HNO3、NO3-、NO2-、NH4+ 单质、氢化物、氧化物、酸、盐 (3)除了类别之外，还有什么研究物质性质的角度？ 核心元素的化合价、元素周期律 (2)这些物质分别属于哪些类别？ 氮的价类二维图 物质类别 化合价 氢化物 单质 氧化物 酸 盐 -3 0 +2 +5 +4 N2 NO +3 +1 碱 N2O（笑气） HNO2 NO2- N2O3 HNO3 NO3- N2O5 NO2 N2O4 NH3 NH4+ NH3.H2O N2 氮气N2 1.物理性质： 无色、无味的气体， 密度与空气接近，难溶于水。 思维启迪 氮元素是活泼的非金属元素，但N2的化学性质却很稳定，这是为什么？ 用氮气做灯泡填充剂和粮食、瓜果的保护气的理论依据是什么？ 共价三键，断键所需要的能量高，故N2化学性质稳定 保护气的作用：隔绝空气、防止氧化 N  N  球棍模型 2.电子式 结构式 N N 液氮 —低温冷冻剂 用途 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 氮气的用途 化肥和化工原料 氮肥 硝酸 用途 氮气的用途 3.化学性质：N2的化学性质相对稳定，通常很难与其他物质发生化学反应。 (1)还原性 (2)氧化性 N2 + O2 2NO 高温或放电 N2 + 3H2 2NH3 催化剂 a、在点燃条件下与 Mg 反应： b、N2 与 H2 反应生成 NH3 ： N2 + 3Mg Mg3N2 点燃 1mol 3mol ? 氮的固定 1.含义: 将大气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程叫做氮的固定。 NH3→NH3·H2O能称为氮的固定吗？ 闪电释放能量 N2 → 含氮化合物 豆科植物的根瘤菌 N2 → 氨 工业合成氨 N2 → 氨 自然固氮 人工固氮 2.分类: 氮的固定 1.既然已经有自然固氮，为什么还要进行人工固氮？ 2.人类及动植物是以N元素什么形态吸收的？ 3.人工固氮的目标是什么？并在二维图中实现其目标。 氮的价类二维图 物质类别 化合价 氢化物 单质 氧化物 酸 盐 -3 0 +2 +5 +4 N2 NO +3 +1 碱 N2O（笑气） HNO2 NO2- N2O3 HNO3 NO3- N2O5 NO2 N2O4 NH3 NH4+ NH3.H2O 途径2：N2→NH3→NH4+ 途径1：N2→NO→NO2→HNO3 工业合成氨——1个反应，3个诺奖 发现了合成氨的反应机理。 2007年获奖 1908年发明了N2和H2直接合成氨的方法。 1918年获奖 改进了反应条件，实现氨的规模化工业生产。 1931年获奖 N2 + 3H2 2NH3 催化剂 思维 课堂 请同学们回顾所学内容，判断下列问题的对与错 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 氮的价类二维图 物质类别 化合价 氢化物 单质 氧化物 酸 盐 -3 0 +2 +5 +4 N2 NO +3 +1 碱 N2O（笑气） HNO2 NO2- N2O3 HNO3 NO3- N2O5 NO2 N2O4 NH3 NH4+ NH3.H2O 二、一氧化氮和二氧化氮 (1) 物理性质 物质 颜色 状态 气味 毒性 水溶性 NO _____ 气体 _____ 有毒 ___溶于水 NO2 _______ 气体 ______ 有毒 ___溶于水 无色 无味 不 红棕色 刺激性 易 NO中毒原理：与CO相似，是通过呼吸道被人体吸入后与血红蛋白结合，使其失去携带O2的能力，导致中毒。 氮的氧化物（NOX）——光化学烟雾 NOX 光化学烟雾是汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物和氮氧化物（NOx）等一次污染物在阳光（紫外光）作用下发生光化学反应生成二次污染物，后与一次污染物混合所形成的有害浅蓝色烟雾 氮氧化物的性质——氧化性 2CO+2NO = 2CO2+N2 4CO+2NO2 = 4CO2+N2 催化剂 催化剂 高效尾气处理装置 从物质类别及元素价态角度，分析如何处理尾气？ NOX N2 还原剂 氮的氧化物 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 氮肥 NOX HNO3 氧化剂 氮氧化物的性质——还原性 实验探究——NO2溶于水 实验操作 实验现象 实验结论 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 打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹 振荡注射器 无色气体变为红棕色 注射器活塞向左移动 红棕色气体变为无色 注射器活塞继续向左移动 3NO2 + H2O =2HNO3 + NO 无明显现象 NO不溶于水 NO与O2 反应生成红棕色气体 2NO+O2 = 2NO2 在一定条件下，NO与NO2可以相互转化。反应的化学方程式为 ①NO→NO2: _____________________; ②NO2→NO: __________________________ 2NO+O2 = 2NO2 3NO2+H2O = 2HNO3+NO (2) 化学性质 NO2能氧化KI，使湿润的淀粉KI试纸变蓝。 (1)实验室制取NO只能用排水法，不能排空气法。 （2）检验NO的方法 (工业制取硝酸)。 2.下列关于氮的氧化物的说法中，正确的是(　　) A.氮的氧化物都是酸性氧化物 B.氮的氧化物都既有氧化性，又有还原性 C.NO2与H2O反应生成HNO3，所以NO2是酸性氧化物 D.NO和NO2均有毒 D 解析　NO、NO2等都不是酸性氧化物，A项错误； N2O5 中氮元素为最高价，只有氧化性，B项错误； 尽管NO2与H2O反应生成HNO3，但N的价态发生了变化，故NO2不是酸性氧化物，C项错误。 (1) NO和NO2分别采用什么方法收集？ (2)NO2转化为NO的变化中，NO2只能作氧化剂吗? 常温下NO能与O2反应，只能用排水法收集； NO2能与水反应生成NO，故只能用排空气法收集。 NO2与水反应转化为NO的同时生成HNO3， NO2既作氧化剂又作还原剂。 【思考与讨论】 如果将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？上述实验对工业生产硝酸有什么启示？ 措施： 可以用注射器不断吸入空气，然后使注射器里的气体充分与水反应 启示： 硝酸工业常在吸收反应进行过程中，补充一些空气，使生成的NO被氧化成NO2，NO2溶于水又生成HNO3和NO，经过多次氧化和吸收，NO2可以比较完全被水吸收，能够尽可能地转化为HNO3 一、NO与O2混合气体同时通入水中 2NO+O2===2NO2 ① 3NO2+H2O===2HNO3+NO ② ①×3+②×2 总的化学方程式为 4NO+3O2+2H2O===4HNO3 工业生产硝酸的启示 二、NO2和O2混合气体同时通入水中 3NO2+H2O===2HNO3+NO ① 2NO+O2===2NO2 ② ①×2+② 总的化学方程式为 4NO2+O2+2H2O===4HNO3 工业生成硝酸的启示 深度思考 雷雨发庄稼，将N2转化为硝酸盐要经过几步转化，每一步转化所需要的分别什么？理由是什么？ 元素守恒和化合价变化 +O2 +O2 +H2O +NH3 N2 NO NO2 HNO3 NH4NO3 2NO+O2===2NO2 3NO2+H2O===2HNO3+NO HNO3+NH3===NH4NO3 【例1】向盛有15mL NO气体，倒立于水槽的试管A中通入O2，充分反应后，试管中还剩余气体3mL，则通入的O2体积可能是多少？ 4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 ①剩余气体3mL为NO ②剩余气体3mL为O2 4 3 12ml 9ml 4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 4 3 15ml 11.25ml V(O2)=11.25+3=14.25ml V(O2)=9ml 【例2】向盛有15mL NO2气体，倒立于水槽的试管A中通入O2，充分反应后，试管中还剩余气体3mL，则通入的O2体积可能是多少？ ①剩余气体3mL为NO2 ②剩余气体3mL为O2 4NO2 + O2+2H2O = 4HNO3 4NO2 + O2+2H2O = 4HNO3 4 1 12ml 3ml V(O2)=3ml 4 1 15ml 3.75ml V(O2)=3.75+3=6.75ml 【例3】如图所示的试管中装有12 mL NO，然后间歇缓慢地通入8 mLO2。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O2， ⑥试管内气体是NO 。其中正确的是(　　) C A. ①③ B. ②④⑤ C. ②④⑥ D. ②③⑤ 【例4】工业上常用原理：NOx＋NH3→N2＋H2O，使其转化为无毒的N2，现有NO、NO2的混合气体3.0 L，可与3.5 L相同状况的NH3恰好完全反应，全部转化为N2，则在原混合气体中NO和NO2的物质的量之比是（ ） A．1:1 B．2:1 C．3:1 D．1:3 D 总结 1.氮的循环在自然界元素的循环中具有重要的意义，有些氮的转化是从氮气转化为含氮的化合物，有的转化发生在含氮的化合物之间。下列过程中，以游离态的氮为原料，最终产生含氮的化合物的是( ) A.汽车尾气中的氮氧化物形成酸雨 B.硝化细菌的硝化过程 C.动物尸体腐烂 D.豆科植物的根瘤菌固氮 D 2．下列反应属于氮的固定的是( ) A．2NO + O2 = 2NO2 B．3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO C．NH3 + HCl = NH4Cl D．N2 + 3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 D 3．海洋生物参与氮循环过程如图所示(其它含氮物质不参与反应)。下列说法错误的是( ) A．以上六种含氮微粒，共呈现了氮的五种价态 B．反应③和⑤若生成等质量的N2，反应③转移的电子数多 C．反应③中若N2H4与O2反应，则N2H4作还原剂 D．反应①~⑤中只有1个非氧化还原反应 B 4．下列转化属于工业固氮的是( ) A． B． C． D． A Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 $$