5.2.1 氮气和氮的氧化物 课件 2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

第1课时　氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮 第五章　第二节　氮及其化合物 情景导学 在新疆与青海交界处有一山谷，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。谚语“雷雨发庄稼” 的科学道理是什么呢？ 思考与讨论 【问题1】结合课本12页图5-9，思考为什么雷电多发的“魔鬼谷”四季常青？ 雷雨使空气中的氮气转化成了硝酸盐，也就是产生了氮肥。 1.氮的固定 (1)概念：把大气中游离态的氮转变为氮的化合物的过程。 (2）分类： （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。 新知讲授 氮是自然界各种生物体生命活动不可缺少的重要元素，自然界是怎样通过氮的循环为生物体提供氮元素的呢？ 【问题2】自然条件下，为什么氮气需要在雷雨条件下才能转化为硝酸盐？ 4 思考与讨论 1．画出氮的原子结构示意图，指出氮在元素周期表中的位置，写出氮气的电子式和结构式。 第二周期、第A族？ N +7 2 5 2．氮元素是活泼的非金属元素，为什么氮气的性质很稳定？ 氮分子内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。 新知讲授 (2)N2的化学性质 ①金属镁： N2 + O2 2NO 放电或高温 N2 + 3H2 2NH3 高温 高压 催化剂 ③氢气： ②氧气： N2 + 3Mg Mg3N2 点燃 N2表现氧化性 N2表现氧化性 N2表现还原性 1.氮的结构和性质 氮气的化学性质稳定，通常很难与其他物质发生化学反应。 可代替稀有气体作保护气体。 但高温、高压、催化剂或者放电等条件下，可以和某些物质发生反应。 【思考】汽车的燃料中一般不含氮元素，尾气中所含的NO是如何产生的？ 空气中的N2和O2在汽车汽缸内的高温环境下反应生成的。 6 最重要的人工固氮途径——合成氨 1909年，德国化学家哈伯经过反复的实验研究后发现，在500~600℃、17.5~20.0MPa和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可达到6%以上，具备了工业化生产的可能性。 哈伯 (F.Haber，1868-1934) 为了把哈伯合成氨的实验室方法转化为规模化的工业生产，德国工程师博施作出了重要贡献。 合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题，是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献。 催化剂 高温、高压 N2 + 3H2 2NH3 氮气的化学性质稳定，其向化合物转化所需的条件比较苛刻 (1) NO的性质 新知讲授 二、认识氮的重要氧化物 氮气的化学性质稳定，其向化合物转化所需的条件比较苛刻 实验探究 【实验5-5】二氧化氮溶于水的实验 二、认识氮的重要氧化物 实验装置 实验操作 实验现象 实验结论 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 打开弹簧夹，快速吸入 10 mL空气后夹上弹簧夹 振荡注射器 (2) NO2的性质 实验探究 实验装置 实验操作 实验现象 实验结论 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 打开弹簧夹，快速吸入 10 mL空气后夹上弹簧夹 振荡注射器 无明显现象 NO无色气体， 不溶于水 气体由无色变为红棕色，气体体积减小 NO2与水发生反应生成了无色的NO 2NO+O2==2NO2 气体又从红棕色变为无色，且气体体积减小 思考与讨论 1．根据上述实验，总结NO、NO2的物理性质。 2．上述实验过程中发生了哪些化学反应？从氧化还原反应的角度分析，上述反应中NO和NO2的作用(氧化剂或还原剂)是什么？   NO NO2 物理性质 无色有毒、不溶于水的气体 红棕色有毒、有刺激性气味的气体，密度比空气的大，易液化，易溶于水 化学 性质 与水反应 不反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO (工业上利用这一原理制取HNO3) 与O2反应 2NO＋O2===2NO2 不反应 【思考】实验室如何收集NO和NO2气体？ 二、认识氮的重要氧化物 2NO + 2CO N2 + 2CO2 催化剂 新知讲授 NO有毒or有用？ 资料卡片 NO是一种血管内皮扩张因子，它可以引起血管的扩张，从而帮助降低血压，增加相应器官的供血。还可以有降低血糖、抗衰老、清除自由基、抑制血管动脉硬化等多种作用。 有机硝酸类药物如硝酸甘油用于治疗心绞痛的机理现已被证明为有NO的生成。 资料卡片 目前，汽车尾气系统中都安装了催化转化器，使NO和CO在催化剂作用下向无毒无害的N2和CO2转化。 氮气的化学性质稳定，其向化合物转化所需的条件比较苛刻 思考与讨论 3．若将注射器中的NO充分转化，应采取何种措施？ 4．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被氧化为NO2， NO2溶于水又生成硝酸和NO，经过多次的氧化和吸收，能够尽可能地转化为硝酸。 3NO2+H2O 2HNO3+NO 用注射器不断吸入空气，然后使注射器的气体与水充分反应 2NO+O2==2NO2 4NO+3O2+2H2O===4HNO3 4NO2+O2+2H2O===4HNO3 5. NO和NO2都有毒，硝酸工业尾气怎么处理？ 2NO2+2NaOH NaNO2+ NaNO3 +H2O NO2+NO+2NaOH 2NaNO2 +H2O 废气处理 NO2是不是酸性氧化物？ 氮元素形成氧化物的类型有哪些？ 氧化物   NO N2O3     N2O5 对应氮的化合价 ＋1 ＋2   ＋4 ＋4 N2O NO2 N2O4 ＋3 ＋5 N2O俗称笑气，具有麻醉作用 酸性氧化物 HNO2 HNO3 思考与讨论 二、认识氮的重要氧化物 二、认识氮的重要氧化物 【问题3】雷雨条件下，N2是如何转变成硝酸盐（NO3-）的？ N2 ? ? ? 雷雨 +5 0 NO3- 你能否将这个雷电固氮的过程用价类二维图的形式表示出来？ N2 + O2 NO 雷电 HNO3 水 NO3- NO2 结论： 新知讲授 氮气的化学性质稳定，其向化合物转化所需的条件比较苛刻 物质类别 化合价 氢化物 单质 氧化物 酸 盐 -3 0 +2 +5 +4 N2 HNO3 NO NO2 NH3 N2 + O2 2NO 放电或高温 ======== 2NO+O2 2NO2 3NO2+H2O 2HNO3+NO 自然固氮 人工固氮 硝酸盐 归纳小结 氮气的化学性质稳定，其向化合物转化所需的条件比较苛刻 Lavf58.45.100 EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 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 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $