5.2.1 氮气和氮氧化物 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 化工生产中重要非金属元素 第二节 氮及其化合物 课时1 氮气和氮氧化物 素养目标 宏观辨识与微观探析： 能够从宏观和微观相结合的视角分析氮及其化合物的性质，如通过氮分子的结构（N≡N）来理解氮气化学性质稳定的原因。观察实验现象（如二氧化氮溶于水实验），从宏观现象推断微观粒子的变化。 证据推理与模型认知： 能基于氮气的三键、一氧化氮及二氧化氮的结构或化合价等证据，推理它们的化学性质，强化结构决定性质认知模型。 科学探究与创新意识： 树立绿色化学理念，在解决NOX污染的问题中，体会化学学科的社会价值，增强学生环保意识，培养社会责任感。 壹 贰 2. 一氧化氮和二氧化氮 1. 氮气和氮的固定 知识导航 4 课堂导入 俗话说“雷雨发庄稼”在新疆和青海交界处有一狭长山谷，人称魔鬼谷，经常电闪雷鸣，狂风暴雨，把人畜击毙，然而谷内却是牧草茂盛，四季常青，这是为什么？ 5 位置 结构 存在 第二周期、第VA族 +7 2 5 既不容易得3个电子 也不容易失5个单子 N一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质 (1)游离态的氮——主要以氮分子的形式存在于空气中。 (2)化合态的氮——部分存在于动植物体内的蛋白质中；部分存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。 课堂导入 6 知识点1：氮气和氮的固定 N2 NO2、N2O4 NH3 NaNO3 物质类别 氢化物 单质 氧化物 酸 盐 -3 0 +2 +5 +4 化合价 +1 +3 N2O NO N2O3 N2O5 HNO3 NaNO2 HNO2 N2H4 N的价类图 研究视角 物质类别 元素价态 周期律表 7 知识点1：氮气和氮的固定 1.氮气的性质 颜色 气味 状态 密度 溶解性 熔点 沸点 无色 无味 气体 密度与空气接近 难溶于水 -210℃ -196℃ 收集氮气时用排水法不用排空气法 8 知识点1：氮气和氮的固定 两个氮原子间以共价三键结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常难以与其它物质反应。 [注意]　氮元素是一种活泼非金属，但N2稳定的原因是N2分子中氮氮三键很稳定，不易断裂，难发生化学反应。 N2 NO ＋2 0 O2 氧化剂 N －3 还原剂 金属 H2 1.氮气的性质 9 知识点1：氮气和氮的固定 ①N2的还原性： N2 + O2 2NO ②N2的氧化性： N2 + 3Mg Mg3N2 氮化镁 1.氮气的性质 10 知识点1：氮气和氮的固定 Mg在空气中燃烧时可以发生的反应有哪些？写出化学方程式。 拓展：Mg3N2和水的反应： Mg3N2 + 6H2O ==3Mg(OH)2 + 2NH3↑ 11 知识点1：氮气和氮的固定 2. 氮的固定 将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定 (1)自然固氮：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，或豆科植物根瘤菌将氮气转化为氨。 (2)人工固氮：如工业合成氨。 思考：NH3溶于水是不是氮的固定？ 12 知识点1：氮气和氮的固定 大气中N2 氮素化肥 NH3 尿素及动植物遗体 土壤中的微生物 人工固氮 雷电固氮 生物固氮 3. 氮的循环 13 知识点1：氮气和氮的固定 4. 氮的用途 常温下，N2的化学性质不活泼，可代替稀有气体作保护气体 电灯泡、食品包装 ——保护气 稀有的书卷保存 ——延缓代谢 降温手术刀 ——冷刀做手术 液氮超导 例1 下列关于氮气的性质的说法中，正确的是( ) A.点燃条件下，在氧气中燃烧生成 B.点燃时，与金属反应生成， 作还原剂 C.合成氨反应中， 发生氧化反应 D.氮气的化学性质稳定，其原因是两个氮原子之间以共价三键结合 √ 知识点1：氮气和氮的固定 14 例2 自然界中氮的循环如图所示。下列说法中不正确的是( ) A.大气中的氮气在根瘤菌作用下转化为硝酸盐等属于自然固氮 B.雷电作用下与 发生化学反应 C.在氮循环过程中不涉及氧化还原反应 D.含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化 √ 知识点1：氮气和氮的固定 15 16 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 1.一氧化氮和二氧化氮的物理性质 氧化物 颜色 气味 毒性 状态 水溶性 收集方法 NO NO2 无色 红棕色 无味 刺激性气味 有毒 有毒 气体 气体 不溶 易溶 排水法 向上排空气法 NO2熔点-11℃，沸点21℃，易液化，标况下是液体 17 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 2.一氧化氮和二氧化氮的化学性质 (1)一氧化氮的化学性质 ①一氧化氮具有还原性，常温下，很容易与空气中的O2化合，生成二氧化氮。 2NO＋O2＝2NO2 还原性 －3 0 ＋2 ＋5 N价态 ＋4 NO 氧化性 还原性 NO2 N2 18 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 2.一氧化氮和二氧化氮的化学性质 (1)一氧化氮的化学性质 ②一氧化氮具有氧化性，与CO、NH3反应，生成氮气。 汽车尾气催化转化装置，可将排放的废气（CO、NO）处理为可参与大气循环的气体，请写出方程式。 2NO＋2CO 2CO2＋2N2 催化剂 硝酸工厂排放出的有毒气体NO，在一定条件下可用NH3处理为可参与大气循环的气体，请写出反应的方程式。。 6NO＋4NH3 5N2＋6H2O 　 一定条件 19 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 2.一氧化氮和二氧化氮的化学性质 (2)二氧化氮的化学性质 －3 0 ＋2 ＋5 N价态 ＋4 NO 氧化性 还原性 NO2 N2 HNO3 20 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 2.一氧化氮和二氧化氮的化学性质 (2)二氧化氮的化学性质 ①二氧化氮溶于水的实验现象 红棕色气体消失，水位上升，最后水充满试管的2/3，无色气体充满试管的 1/3 ②二氧化氮既有氧化性又有还原性 ＋4 ＋5 ＋2 2 失去 e－ × 得到 2e－ 1 × 2NO＋O2＝2NO2 21 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 ②二氧化氮的氧化性 在催化剂存在下，可用氨治理NO2的污染，请写出反应的方程式。 6NO2＋8NH3=====7N2＋12H2O 　 催化剂 汽车尾气（含烃类、CO、NO和NO2等）治理的办法之一是在汽车排气管装上催化转化器，使NO或NO2与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，请写出NO2与CO转化的化学方程式。 ③二氧化氮的其他性质 2NO2+ 2NaOH ==NaNO3+ NaNO2 +H2O 2NO2 ⇌ N2O4 无色 2NO2＋4CO=====N2＋4CO2 　 催化剂 例3 [2024·江苏连云港调研] 下列关于和 的说法正确的是( ) A. 是红棕色气体，易溶于水，属于酸性氧化物 B.和以一定比例混合可以被水完全吸收转化成 C. 可以采用向上排空气法进行收集 D.可由和 直接化合得到 √ 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 22 22 23 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 【实验5-5】 实验操作 在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，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。 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 现象 无明显现象 无色气体变红棕色，振荡后红棕色变为无色 现象1：无色气体变红棕色 现象2：红棕色气体变无色 NO → NO2 NO2 → NO 2NO＋O2＝2NO2 3NO2 + H2O == 2HNO3 + NO 24 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 思考与讨论 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，可以来取什么措施？上述实验对工业上生产硝酸有什么启示？ (1)如果要将注射器中的 NO 充分转化，可以采取什么措施 ? + O2 + H2O 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 2NO + O2 = 2NO2 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 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 (2)上述实验对工业生产硝酸有什么启示 ? 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，NO可以完全转化为HNO3,减少环境污染。 25 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 氮氧化物与氧气和水反应，若有气体剩余， 剩余的气体可能是什么？有什么规律？ 2NO＋O2＝2NO2 3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO …… NO NO2 26 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 氮氧化物溶于水的计算方法 (1) NO与O2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 27 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 氮氧化物溶于水的计算方法 (2)NO2与O2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 28 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 1. 在一大试管中装入10 mL NO倒立于水槽中，然后向其中缓慢通入6 mL O2(气体体积均在相同条件下测定)，有关实验最终状态的描述正确的是(　　) A．试管内气体呈红棕色 B．试管内气体呈无色，是2 mL NO C．试管内气体呈无色，是2 mL O2 D．试管内液面上升 BD 2. 盛有NO和NO2混合气体的量筒倒立在盛有水的水槽中，过一段时间后，量筒内的气体体积减小为原来的一半。则原混合气体中NO和NO2的体积比是(　　) A．3∶1 B．1∶3 C．2∶1 D．1∶2 B 3. 将盛有1 mol NO和NO2混合气体的试管倒立在盛有水的水槽中，再通入0.4 mol O2，充分反应之后水充满试管。则原混合气体中NO和NO2的体积比是(　　) A．1：2 B．2：5 C．3：7 D．无法确定 29 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 ①电子守恒法 对于“NO＋NO2＋O2＋H2O”型，当反应后，无气体剩余，则N均被氧化为＋5价(存在于HNO3中)，O被还原为－2价(存在于HNO3中)，得失电子情况如下： NO2－e－→HNO3，NO－3e－→HNO3，O2＋4e－→HNO3。 根据得失电子守恒，n(NO2)＋3n(NO)＝4n(O2)或V(NO2)＋3V(NO)＝4V(O2) 氮氧化物溶于水的计算方法 (3). NO、NO2与O2同时通入水中 30 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 氮氧化物溶于水的计算方法 (3). NO、NO2与O2同时通入水中 ②原子守恒法 方程式：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3和4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3中的“4NO2＋O2”和“4NO＋3O2”从组成上均相当于“N2O5”的组成，N、O的原子个数比符合2∶5时，氮的氧化物和氧气均无剩余，这两种情况均可利用混合气体中N、O的原子个数比来分析： ＞2∶5，剩余NO ＝2∶5，恰好完全反应 ＜2∶5，剩余O2 N(N)∶N(O) 31 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 3. 将盛有1 mol NO和NO2混合气体的试管倒立在盛有水的水槽中，再通入0.4 mol O2，充分反应之后水充满试管。则原混合气体中NO和NO2的体积比是(　　) A．1：2 B．2：5 C．3：7 D．无法确定 设有x mol NO，则有NO2 (1-x) mol ①原子守恒法： 充满试管即无气体剩余， 则N(N)：N(O)=2：5 N(N)=1；N(O)=2.8-x 所以1：(2.8-x)=2:5 x=0.3，(1-x)=0.7 C ②电子守恒法： 充满试管即无气体剩余， 则3n(NO)+n(NO2)=4n(O2) 所以1+2x=1.6 x=0.3，(1-x)=0.7 例4 [2024·四川自贡期末] 同温同压下，向三支容积相同的试管中分 别充入等体积的两种气体，它们是和，和， 和 ，并将三支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气 体体积分别为、、 ，下列关系正确的是( ) A. B. C. D. √ 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 32 32 33 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 有一充有20 mL NO和NO2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)(　　) A．2∶3       B．3∶2       C．1∶4      D．4∶1 答案：A 将充有m mL NO和n mL NO2的量筒倒立于水槽中，然后通入m mL O2，若m<n，则充分反应后，量筒内剩余的气体体积为(　　) A．3(m－n) mL     B．(m＋n) mL    C．(m－n) mL    D. (n－m) mL 答案：D 34 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 3.氮有多种价态的氧化物 氧化物的化学式 N2O NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5 氮元素的价态 +1 +2 +3 +4 +5 氮的氧化物的种类——它们都有毒，是大气污染物。 N2O（笑气）：无色有甜味的气体,在室温下稳定,有轻微麻醉作用,并能致人发笑，已被列入《危险化学品目录》 N2O5 和 N2O3属于酸性氧化物 35 知识点2：一氧化氮和二氧化氮 36 课堂小结 1.[2024·湖北黄冈中学期中]氮是各种生物体生命活动不可缺少的重 要元素，下列过程不属于氮的固定的是( ) A.在一定条件下由氨气和二氧化碳合成尿素 B.雷雨闪电时，大气中产生了一氧化氮 C.豆科农作物的根瘤菌使空气中的氮转化为氨 D.工业利用和 合成氨 √ 课堂作业 37 37 2.下列对和 的描述正确的是( ) A.与水的反应中， 既是氧化剂又是还原剂 B. 是红棕色气体，可用排空气法收集 C. 难溶于水，可用排水法收集 D.从元素化合价角度看， 只有还原性 √ 课堂作业 38 38 3.[2024·安徽蚌埠期末]下图是自然界中的氮 循环过程，下列有关叙述错误的是( ) A.反应①②及工业合成氨均属于氮的固定 B.反应③的化学方程式为 C.反应④中，生成 ，至少需要提供 D.过程中参与循环的元素有氮元素，还有氢元素和氧元素 √ 课堂作业 39 39 4.[2024·山东菏泽期末]燃油汽车行驶中会产生、 等多种污染物。 汽车发动机及催化转化器中发生的部分化学反应如图所示。以下判 断错误的是( ) A.甲是空气中体积分数最大的成分 B.乙是引起温室效应的气体之一 C.反应①在常温下容易发生 D.反应②中 是氧化剂 √ 课堂作业 40 40 5.如图所示，在注射器里吸入 ，然后吸入水。若再吸 入空气（按体积占 计算），夹住弹簧夹，观察现象（不考 虑摩擦力，所有操作都在常温常压下进行）已知常温常压下，气体 尔体积为 ，下列说法错误的是( ) A.最终剩余气体中体积为 B.可观察到注射器的活塞向左移动，最终活塞最左端停在约 刻度处 C.可观察到注射器内气体由无色变成红棕色，最后变成无色 D.若反应前后液体体积不变，所得硝酸溶液的浓度约为 √ 课堂作业 41 41 谢谢观看 THANKS Lavf59.34.101 提示：2Mg＋O2eq \o(=====,\s\up17(点燃))2MgO，3Mg＋N2eq \o(=====,\s\up17(点燃))Mg3N2， 2Mg＋CO2eq \o(=====,\s\up17(点燃))2MgO＋C。 Lavf59.34.101 Lavf59.34.101 Lavf59.34.101 Lavf59.34.101 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 $$