5.2.1 氮气与氮的固定 课件-2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

第五章 化工生产中的非金属元素 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮 第二节 氮及其化合物 第1课时 人教版 必修第二册 游离态 化合态 -3 0 +1 +2 +3 +4 +5 学习目标与核心素养 核心素养 1. 通过学习氮及氮的氧化物的知识培养学生论据推理与模型认知的化学核心素养; 2. 通过氮的氧化物溶于水的实验进一步训练学生的操作技能，培养学生科学探究与实验创新的化学核心素养. 学习目标 1. 了解氮元素的存在和结构，了解氮气的物理性质和化学性质; 3. 通过自然界中的氮循环，了解氮循环的基本过程，认识化学对社会和工农业生产的重要作用 2. 了解一氧化氮和二氧化氮的物理性质和化学性质; 新课导入 丰收的田野与 快乐的农民 美丽的闪电除了给我们带来的视觉和听觉上的冲击，还带来了什么？ 有句谚语“雷雨发庄稼”， 你明白其中的化学道理吗 ? 氮的存在 1、（游离氮）在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中。 2、（化合氮）少部分存在于生物的蛋白质中、土壤、海洋中的硝酸盐和铵盐。 N 存在形式： 氮气及氮的固定 氮气 (1) 氮气的物理性质 颜色 状态 气味 密度 溶解性 _____ 气体 _____ 密度与空气接近 ___溶于水 无色 无味 难 氮气 熔点：-210 ℃ 沸点：-196 ℃ 密度：1.25 g/L 排水法收集 氮气及氮的固定 氮气 氮气的结构 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 球棍模型 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。 氮气及氮的固定 思维启迪 食品包装袋中抽空充入氮气 N2 的化学性质非常不活泼，可用作保护气体,例如防止食物变质、焊接金属的保护气。 氮气及氮的固定 氮气 (2) 氮气的化学性质 在高温、放电等条件下，氮分子获得了足够的能量，使氮氮三键断裂，氮气能够与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应。 ①金属镁： N2 + 3Mg Mg3N2 点燃 氧化性 N2 + O2 2NO 放电或高温 N2 + 3H2 2NH3 高温 高压 催化剂 ②氢气： ③氧气： 还原性 N2不能一步转化为NO2 Mg3N2会与水剧烈反应Mg3N2+6H2O═3Mg(OH)2+2NH3↑ 思考：镁在空气中燃烧的产物？ 2Mg+CO2===2MgO+C（黑白固体） 点燃 黄绿色粉末 氮气及氮的固定 氮的固定 (1) 含义: 将大气中__ _____的氮转化为__________ _的过程叫做氮的固定。 游离态 含氮化合物 自然固氮 高能固氮(如雷雨天气N2转化为NO) 根瘤固氮(如豆科植物的根瘤菌固氮) （生物） 人工固氮 合成氨(工业上合成氨) N2+ 3H2 2 NH3 高温、高压 催化剂 (2) 分类: 氮的固定 NH3→NH3·H2O能称为氮的固定吗？ 放电或高温 N2 + O2 2NO 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。由于合成氨工业生产的实现和相关研究对化学理论与技术发展的推动，哈伯和博施都获得了诺贝尔化学奖。 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。 人 工 固 氮 合 成 氨 氮的固定 氮气及氮的固定 “从空气中变出面包的人” 氮气及氮的固定 自然界中氮的循环 氮气及氮的固定 课堂练习 1．下列用途中应用了氮气的稳定性的是：（ ） A．以氮气为原料之一制造硝酸 B．合成氨气后，制氮肥 C．金属焊接时的保护气 D．镁可以和氮气反应 C 2．不属于氮的固定的过程是（ ） A．放电条件下氮气与氧气化合 B．在一定条件下用NH3与CO2合成尿素 C．豆科植物根瘤菌把空气中的氮气变成含氮化合物 D．工业合成氨 B 一氧化氮与二氧化氮 雷电发庄稼 雷雨发庄稼，将N2转化为硝酸盐要经过几步转化，每一步转化分别是什么？ N2 NO NO2 HNO3 NH4NO3 NO和NO2具有哪些性质？ 【思考】 N2+O2 2NO 放电或高温 ========= 2NO+O2===2NO2 3NO2+H2O===2HNO3+NO HNO3+NH3===NH4NO3（氮肥） O2 闪电 O2 H2O NH3 一氧化氮与二氧化氮 氮的氧化物有很多 氧化物 化合价 N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 +1 +2 +3 +4 +4 +5 N2O5是HNO3的酸酐，N2O3是HNO2的酸酐 其中只有N2O5、N2O3是酸性氧化物 N2O5+H2O=2HNO3 N2O3+H2O=2HNO2 （与碱反应生成盐和水的氧化物） 3NO2+H2O==2HNO3+NO （不是酸性氧化物） 笑气 酸酐 NO与NO2属于不成盐氧化物。 一氧化氮与二氧化氮 (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。 NO只能用排水法收集，不能用排空气法收集 一氧化氮与二氧化氮 (2) 化学性质 【实验5-5】 NO2溶于水的实验 一氧化氮与二氧化氮 实验 装置 实验 操作 打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象，然后再振荡注射器 现象 _________________, 振荡后________________，注射器中气体体积变小 结论 无明显现象 无色气体变红棕色 红棕色变为无色 在一支50 mL的注射器里充入20mL NO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器 (2) 化学性质 NO不溶于水，也不与水反应 在一定条件下，NO和NO2可以相互转化。 一氧化氮与二氧化氮 (2) 化学性质 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO (工业制取硝酸) 结论：在一定条件下，NO 与 NO2 可以相互转化。 现象一：无色气体变红棕色 NO → NO2 现象二：红棕色变为无色 NO2 → NO NO2能氧化KI，使湿润的淀粉KI试纸变蓝。 NO2+ SO2= NO + SO3 补充： (检验NO) 歧化反应 红棕色褪去 一氧化氮与二氧化氮 (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?，氧化剂与还原剂的物质的量之比是多少? 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】 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。 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 氧化剂与还原剂的物质的量之比是1:2 1、下列关于NO和NO2的说法正确的是( ) A．NO2是红棕色气体，易溶于水，属于酸性氧化物 B．NO2可由N2和O2直接化合得到 C．NO和NO2均既可以用排空气法收集又可以用排水法收集 D．NO和NO2在一定条件下可以相互转化 课堂练习 D 课堂练习 2. 对3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应的下列说法正确是（ ） A.氧化剂与还原剂的质量比为1∶2 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.在反应中若有6 mol NO2参与反应时，有3 mol电子发生转移 A 一氧化氮与二氧化氮 思考讨论：“实验5-5”发生了哪些化学反应 ? 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 ? + O2 NO NO2 HNO3 + NO O2 H2O 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。 一氧化氮与二氧化氮 NO、NO2、O2、H2O的反应 (2) 化学性质 思考：设混合气体中NO的体积为V1，NO2的体积为V2，则剩余气体的体积为多少？ （1）NO 与NO2 同时通入水中 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 一氧化氮与二氧化氮 （2）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 V(NO):V(O2) <4:3 剩余O2 =4:3 恰好完全反应 >4:3 剩余NO (2) 化学性质 NO、NO2、O2、H2O的反应 一氧化氮与二氧化氮 （3）NO2和O2混合气体溶于水的计算 3NO2+H2O===2HNO3+NO ① 2NO+O2===2NO2 ② ①×2+② 总的化学方程式为 4NO2+O2+2H2O===4HNO3 V(NO2):V(O2) <4:1 O2过量，剩余气体为O2 =4:1 恰好完全反应 >4:1 NO2过量，剩余气体为NO (2) 化学性质 NO、NO2、O2、H2O的反应 一氧化氮与二氧化氮 （4）NOx和O2混合气体溶于水，从组成上看相当于 n(N) : n(O) = 2:5 恰好完全反应 ＜2:5 剩余O2 >2:5 剩余NO (2) 化学性质 NO、NO2、O2、H2O的反应 原子守恒法 4NO+3O2+2H2O===4HNO3 4NO2+O2+2H2O===4HNO3 N2O5+H2O===2HNO3 课堂练习 1. 同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的两种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2。现将3支试管倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，下列关系正确的是( ) A．V1＞V2＞V3 B．V1＞V3＞V2 C．V2＞V3＞V1 D．V3＞V1＞V2 D 3NO2+H2O===2HNO3+NO 4NO2+O2+2H2O===4HNO3 课堂练习 2. 如图所示的试管中装有12mL NO，然后间歇缓慢地通入8 mL O2。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 4NO+3O2+2H2O=4HNO3 说明NO过量 ①实验室碱液吸收法 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O 一氧化氮与二氧化氮 NO、NO2有毒气体，实验过程中如何进行尾气处理？ 【思考与交流】 NO、NO2不是酸性氧化物 NO2： NO： 歧化反应 归中反应 NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是：n(NO2)：n(NO)＞1:1。 课堂练习 1. 工业制HNO3的过程中排放的NO2和NO常用NaOH溶液吸收，反应的化学方程式为NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O、2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O，NO不能被NaOH溶液吸收。若同温同压下NO2与NO的体积之比如下，其中不能被NaOH溶液完全吸收的是（ ） A.1∶1 B.1∶3 C.2∶1 D.3∶1 B 一氧化氮与二氧化氮 酸雨 【危害】 NO NO2 HNO3 O2 H2O 光化学烟雾 破坏臭氧层 NO2使平流层中的臭氧减少 NOx在紫外线作用下，与碳氢混合物发生一系列光化学反应，主要来自汽车尾气排放 一氧化氮与二氧化氮 ②催化转化法 在催化剂、加热条件下，NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。 用尾气处理装置处理无害气体： 2CO+2NO 2CO2+N2 4CO+2NO2 4CO2+N2 2xCO+2NOx 2xCO2+N2（无害物质） 催化剂 ====== 加热 催化剂 ====== 加热 催化剂 ====== 加热 性 质 NO NO2 物理性质 毒 性 与水反应 与氧气反应 实验室制备 收集方法 其他 对环境影响 无色、无味、有毒，难溶于水 红棕色、有刺激性气味、有毒 不反应(难溶于水) 3NO2+H2O==2HNO3+NO 2NO+O2==2NO2 不反应 铜与稀硝酸反应 铜与浓硝酸反应 常用排水法 常用向上排空气法 2NO2（红棕色） N2O4 （无色） 导致光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层 有毒（跟血红蛋白结合） 有毒 课堂练习 1. 氮在自然界中的循环如图所示： (1)过程①称为__________，写出合成氨反应的化学方程式： _______________________________， 该反应中氮气表现______性。 (2)过程②中能通过_________________的作用将空气中的氮气固定下来，写出 ③中固氮反应的化学方程式：_______________，该反应中氮气表现_____性。 人工固氮 氧化 豆科植物根瘤菌 还原 N2 + 3H2 2NH3 高温 高压 催化剂 N2 + O2 2NO 放电或高温 课堂练习 B 1. 在容积为672 mL(0.03mol)的烧瓶中充满NO和NO2的混合气体，将其倒立在水槽里，去塞后再通入280 mL(0.0125mol)氧气，恰好完全反应，且液体充满烧瓶(气体体积都已折合为标准状况下的体积)，下列有关叙述正确的是(　　 ) A． 总反应为NO＋NO2＋O2＋H2O === 2HNO3 B． 总反应为4NO＋8NO2＋5O2＋6H2O === 12HNO3 C． 生成硝酸的物质的量浓度均为0.030 mol·L－1 D． 生成硝酸的物质的量浓度约为0.060 mol·L－1 课堂练习 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 设原混合气体中O2的体积为V(O2)，剩余气体可能是O2，也可能是NO。 2. 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_______________。 4 mL或1.2 mL 课堂总结 谢谢观看 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 $