5.2 氮及其化合物 第2课时 课件 -2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

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 （第二课时） 蓝天之责——从“肥料”到“污染”的氮之困 如果我们大量使用氮肥，会不会带来环境问题？ 大量施用氮肥不仅不会让增产效果持续，反而会引发一系列突出的环境问题。过量氮肥会造成水体富营养化、土壤酸化板结，还会通过挥发、转化形成氮氧化物污染大气，甚至影响生态平衡。那氮元素究竟是如何在土壤、水体、大气中转化，又为何会引发这些问题？今天我们就从氮及其化合物的性质出发，解开这一现实难题。 硝酸的制备与氮氧化物的转化 01 硝酸 1.物理性质 保存浓硝酸需要用棕色细口试剂瓶(避光)、玻璃塞(橡胶塞易被氧化)，放于冷暗处(温度低)。 发烟硝酸：质量分数在98%以上的硝酸。发烟硝酸的“发烟”原因是挥发出的硝酸和空气中的水蒸气形成硝酸小液滴，所发出的“烟”实际上是“雾” 颜色 状态 气味 挥发性 水溶性 密度 无色 液体 刺激性 易挥发性 与水任意比例互溶 比水大 硝酸 2.化学性质 （1）酸的通性 ① 与酸碱指示剂反应：稀硝酸使紫色石蕊溶液变红色，浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红（H+的作用）后褪色（强氧化性）。 ② 与碱反应：如 Fe(OH)3+3HNO3=Fe(NO3)3+3H2O ③ 与碱性氧化物反应，如 CaO+2HNO3=Ca(NO3)2+H2O ④ 与弱酸盐反应，如 Na2CO3+2HNO3=2NaNO3+H2O+CO2↑ 硝酸 （2）不稳定性：浓硝酸见光或受热会分解。HNO3越浓，越易分解。 反应的化学方程式为： 4HNO3 ==== 2H2O + 4NO2 ↑ + O2 ↑ △ 或光照 （3）强氧化性：硝酸具有强氧化性，主要是指HNO3中的+5价氮元素有很强的得电子能力，所以浓HNO3、稀HNO3都具有强氧化性。一般，硝酸的浓度越大，其氧化性越强。 硝酸 【实验5-8】 如图所示，在橡胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝。向具支试管中加入2 mL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，终止反应。 将上述实验中的浓硝酸换成稀硝酸，重复此实验。 硝酸 硝酸 硝酸 浓硝酸 实验现象：反应较快，有大量红棕色气体生成，铜丝逐渐变细，试管中的溶液呈绿色。 实验结论：反应生成NO2。 稀硝酸 实验现象：反应较慢，有气泡产生，在接近具支试管口处观察到浅红棕色气体，铜丝逐渐变细，试管中的溶液呈蓝色。 实验结论：反应生成NO。 Cu+4HNO3(浓) === Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O Cu＋4H＋＋2NO3-=Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O 3Cu+8HNO3(稀) === 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 3Cu＋8H＋＋2NO3-=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O 硝酸 1.硝酸是氧化性酸，具有很强的氧化性，除Pt、Au以外的大多数金属都能被硝酸氧化，但不生成H2。 2.浓硝酸的氧化性比稀硝酸的强，一般情况下，浓硝酸的还原产物是NO2，稀硝酸的还原产物是NO。在浓硝酸与金属反应的过程中，随着反应的进行，硝酸浓度变小，还原产物由NO2变为NO，因此过量的Cu与浓硝酸反应时，生成NO2与NO的混合气体。 3.浓硝酸和浓盐酸（体积比为1:3）的混合物叫做王水，它能溶解一些不溶于硝酸的金属，如Pt、Au等。 硝酸 常温下铁、铝与浓硝酸产生钝化现象 常温下铁、铝的表面被浓硝酸氧化，生成一层致密的薄膜，这层薄膜阻止了酸与内层金属的进一步反应。加热时，铁、铝会与浓硝酸持续发生反应。 与非金属反应 浓硝酸与非金属单质C、S、P等在加热条件下反应，非金属单质被氧化，转化为最高价含氧酸或酸性氧化物。 C+4HNO3（浓）=== CO2↑ +4NO2↑+ 2H2O △ 与还原性化合物反应：SO2、Fe2+、FeO、Br-、I-、S2-、SO32-等均能被HNO3氧化。 工业制硝酸 1.原理 对应的化学方程式： ① ② ③ ④ ③ 2NO+O2===2NO2 ④ 3NO2+H2O===2HNO3+NO 工业制硝酸 2.流程示意图 为避免制硝酸产生的尾气中的氮氧化物污染环境，人们开发了溶液吸收、催化还原等尾气处理方法。前者使用具有碱性的Na2CO3溶液等吸收尾气，后者使用NH3或其他物质将氮氧化物还原为N2。 3.尾气处理 合成塔 氨分离器 氧化炉 吸收塔 尾气处理装置 硝酸 水 N2、H2 空气 氮氧化物的环境效应 02 一氧化氮和二氧化氮 1.一氧化氮 （1）物理性质：无色气体，有毒，密度比空气大，不溶于水。 （2）化学性质：具有还原性，易被氧化为二氧化氮；与氧气反应生成红棕色的二氧化氮。 危害： 一氧化氮是有毒气体，吸入后能与血红蛋白结合，使血红蛋白失去携带氧的能力，导致中毒；高浓度一氧化氮能引起中枢神经系统损害。 一氧化氮和二氧化氮 2.氮气的性质 （1）物理性质：红棕色有刺激性气味的气体，有毒、密度比空气大，易液化，易溶于水。 （2）化学性质：具有强氧化性，能与多种物质反应；与水反应生成硝酸和一氧化氮。 危害：二氧化氮是剧毒气体，对呼吸器官有强烈刺激作用，引起急性肺水肿和支气管炎；高浓度二氧化氮能引起中枢神经系统损害，甚至导致死亡。 一氧化氮和二氧化氮 【实验5-5】二氧化氮溶于水 一氧化氮和二氧化氮 实验装置： 实验现象： （1）在充入 20 mL NO 的注射器中吸入 5 mL 水，振荡后无明显变化； （2）再快速吸入10 mL O2 后，气体变为红棕色，振荡注射器后，红棕色消失，刻度显示小于 20 mL。 实验结论：NO不能与水反应；NO与氧气反应生成NO2，NO2溶于水生成硝酸和NO。 一氧化氮和二氧化氮 思考讨论 1. 如果要将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施? 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。 2. 上述实验对工业上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。 一氧化氮和二氧化氮 思考讨论 3. 实验室能否用排空气法收集NO气体?能否用排水法收集NO2? NO易与空气中的O2反应，故不能用排空气法收集，一般用排水法收集NO；NO2易与H2O发生反应,故不能用排水法收集，一般用向上排空气法收集NO2。 4. 如何除去NO气体中混有的少量NO2气体杂质? 根据NO2与H2O反应能生成NO，可将混合气体通入盛有水的洗气瓶，除去NO2杂质，再通过盛无水CaCl2的干燥管收集NO气体。 酸雨及防治 1.SO2和氮氧化物(NOx)的主要来源和危害 （1）来源： ① SO2：主要来源于煤、石油和某些含硫的金属矿物的燃烧或冶炼。 ① NOx：主要来自汽车尾气。 （2）危害： ① 引起大气污染，直接危害人体健康。 ② 溶于水形成酸雨。 酸雨及防治 2.酸雨及危害 （1）概念：pH＜5.6的降水（正常雨水的pH≈5.6） （2）成因：主要是大气中的SO2、NO2以及它们在大气中发生反应后的生成物溶于雨水形成的。 （3）危害： ① 直接损伤农作物，破坏森林、草原，使土壤、湖泊酸化。② 加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及电缆的腐蚀。 酸雨及防治 3.酸雨的主要类型 （1）硫酸型 （2）硝酸型 由氮氧化物（NOx）引起，如 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 酸雨及防治 4.酸雨的防治措施 （1）调整能源结构，发展清洁能源。 （2）研究煤的脱硫技术，改进燃烧技术，减少SO2和氮氧化物的排放。 （3）加强工厂废气的回收处理。 （4）改进汽车尾气的处理技术，严格规定污染物排放标准等。 化学的智慧：绿色化工与可持续发展 03 化学，是钥匙，更是罗盘 纵观氮的旅程，我们从空气中“固定”了它，也曾让它“失控”污染了天空。化学，始终是那个关键的角色。 1.化学是钥匙，它打开了从惰性氮气（N2）到生命基石（蛋白质）的大门，解决了“面包”的问题。 2.化学也曾是迷雾，它在带来福祉的同时，也因失控的排放导致了“蓝天”的问题。 3.但化学的本质，更应是罗盘。绿色化工的智慧告诉我们，真正的解决方案不是放弃化学，而是用更智慧的化学来导航。 何为“更智慧的化学”？ 1.从“被动治理”到“主动设计”：我们不再满足于在烟囱末端“ cleanup ”（清理），而是从反应源头就设计出更高效、更清洁的工艺。 2.从“线性消耗”到“循环利用”：我们追求原子经济性，让原料“吃干榨净”，让副产物成为新资源，构建循环。 3.从“单一效益”到“多重平衡”：我们追求经济效益、社会效益与环境效益的统一。清洁的生产，本身就是竞争力。 氮及其化合物的学习，给予我们的终极启示是： 科学赋予我们改变世界的能力，而正确的价值观与系统思维，决定我们改变世界的方向。 随堂测试 1. 硝酸被称为“国防工业之母”是因为它是制取炸药的重要原料。下列实验事实与硝酸性质不相对应的一组是（ ） A．浓硝酸使紫色石蕊试液先变红后褪色——酸性和强氧化性 B．不能用稀硝酸与锌反应制氢气——强氧化性 C．要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性 D．能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去——强氧化性 D 随堂测试 3. 酸雨被称为“天堂的眼泪”，会造成水土酸性化、建筑物加速腐蚀等危害，下列有关说法正确的是( ) A. 酸雨是指pH<7的雨水，酸雨长时间放置，酸性变强 B. NO2与SO2的过度排放是形成酸雨的主要原因 C. 使用新型能源不会对酸雨的防治产生效果 D. 酸雨不会对动物的健康产生任何影响 B THE END 谢谢 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $