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

新人教版 化学 必修2 第五章 化工生产中的重要非金属元素 第一节 氮及其化合物 第1课时 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮 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 2.了解一氧化氮和二氧化氮的物理性质和化学性质及二者间相互转化的反应规律 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 教学目标 新课导入 一、氮气 1.氮元素的存在形式 自然界中游离态的氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中 自然界中化合态的氮元素：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 (78%) 氮气 氧气 (21%) 空气的成分(按体积) 一、氮气 2.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 熔点：-210 ℃ 沸点：-196 ℃ 密度：1.25 g/L 如何收集氮气？ 排水法 应用：制冷剂 氮气在低温加压时可以液化形成液氮，液氮汽化会吸热使温度降低 冷冻治疗 液氮食品 一、氮气 3.化学性质 “位构性” (1)氮元素在元素周期表中的位置 第二周期第VA族 一、氮气 3.化学性质 “位构性” (2)氮原子与氮气分子的结构特点 +7 2 5 氮原子的最外层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。一般通过共用电子对与其他原子结合。 氮原子结构示意图 氮分子的电子式与结构式 N2 N N     N N 球棍模型 下表中的数据为使1 mol气态物质分裂为原子需要的能量，化学上称之为键能，其单位为 kJ·mol-1。 (1)从上述数据可以看出，四种气体中化学性质最稳定的是哪种气体？ 物质 H2 N2 O2 Cl2 键能/(kJ·mol-1) 436.0 946 497.3 242.7 氮气 思考讨论 一、氮气 3.化学性质 “位构性” (3)氮气化学性质 ①稳定性 氮分子内两个氮原子间以氮氮三键结合，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，通常情况下很难与其他物质发生化学反应。因此无法被大多数生物体直接吸收。 焊接保护气 食品保护气 充氮灯泡 一、氮气 3.化学性质 “位构性” (3)氮气化学性质 ②氧化性与还原性 氮气的化学性质稳定，但高温、高压、催化剂或者放电等条件下，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。 a. 金属镁： N2 + 3Mg Mg3N2 点燃 氧化性 N2 + 3H2 2NH3 高温 高压 催化剂 b. 氢气： 氧化性 N2 + O2 2NO 放电或高温 c. 氧气： 还原性 用途：工业合成氨、工业制硝酸 请写出镁条在空气中燃烧发生反应的化学方程式。 　2Mg+O2　　2MgO、3Mg+N2 Mg3N2、2Mg+CO2　　2MgO+C。 那么，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？ 思考讨论 一、氮气 4.自然界中氮的循环 (1)氮在自然界中主要存在形式有哪些？ 提示　大部分以氮气的形式存在，少部分以化合物的形式(如硝酸盐、铵盐、蛋白质等)存在。 【思考与交流 教材P18第8题】 (2)人体里的蛋白质中的氮元素是从哪儿来的？ 人体里蛋白质中的氮是从外界摄入的，特别是肉类、蛋类物质等。若溯本求源，则来自大气中的N2。 (3)自然界中有哪些固定氮的途径？ 自然界中固氮主要有自然固氮和人工固氮，自然固氮有高能固氮(雷电作用)、生物固氮(豆科植物)。 一、氮气 5.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) 生物固氮(如豆科植物的根瘤菌固氮) 人工固氮 合成氨(工业上合成氨) 仿生固氮(某些金属有机化合物可起到根瘤菌的作用) (2) 分类: 一、氮气 5.氮的固定 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，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨，从而实现自然固氮。 一、氮气 5.氮的固定 人类则通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物，实现人工固氮。最重要的人工固氮途径就是工业合成氨，它不仅为农作物的生长提供了必需的氮元素，而且为其他化工产品（如炸药、农药、染料等）的生产提供了重要的原料。 人 工 固 氮 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 ? 思考讨论 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 思考讨论 二、一氧化氮与二氧化氮 1.氮的氧化物种类 氮的氧化物 N2O(笑气) NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 氮元素化合价 ____ ___ ____ ___ ____ ____ ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋4 ＋5 俗称笑气，具有麻醉作用 酸酐：含氧酸失去水后的氧化物 酸酐 HNO2 酸酐 HNO3 NO2与N2O4可相互转化：2NO2（红棕色） ⇌ N2O4（无色） 二、一氧化氮与二氧化氮 2.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 二、一氧化氮与二氧化氮 3.化学性质 【实验5-5】 实验 装置 实验 操作 现象 ___________ _________________, 振荡后________________ 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 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 NO难溶于水 在一定条件下， NO和NO2可以相互转化。 二、一氧化氮与二氧化氮 3.化学性质 实验现象分析 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 1.如果将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？ 2.上述实验对工业生产硝酸有什么启示？ 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 用水吸收NO2制取硝酸的反应过程中，要不断地补充空气，使NO2尽可能多地转化为硝酸。 3.若将充满O2和NO的试管倒置在装满水的水槽里，可能会发生哪些反应？当V(NO):V(O2)=？，试管内会充满水，如果换成O2和NO2呢？ 思考讨论 二、一氧化氮与二氧化氮 4.混合气体溶于水的计算 Q1：当NO和O2同时通入水中，若最终没有气体剩余，书写化学方程式 Q2：当NO和O2同时通入水中，若最终剩余O2，V(NO):V(O2) 4:3 Q3：当NO和O2同时通入水中，若最终剩余NO，V(NO):V(O2) 4:3 Q4：当NO2和O2同时通入水中，若最终没有气体剩余，书写化学方程式 Q5：当NO2和O2同时通入水中，若最终剩余O2，V(NO2):V(O2) 4:1 Q6：当NO2和O2同时通入水中，若最终剩余NO，V(NO2):V(O2) 4:1 ＜ ＞ ＜ ＞ 4NO+3O2+2H2O = 4HNO3 4NO2+O2+2H2O = 4HNO3 (1)无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体 溶于水，若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。 (2)对于连续发生的化学反应，可用化学方程式叠加的方法而得到复合反应， 解决问题更简便。 【思考讨论】 3.常见的NOx尾气处理方法有哪些？ 1.如何鉴别NO2与溴蒸气？ 2.如何除去NO中的NO2？ ①硝酸银溶液 ②水溶法（NO2水溶液淡黄色） ③四氯化碳 通入水中 归纳总结 ①碱液吸收法 2NO2＋2NaOH = NaNO3＋NaNO2＋H2O（歧化反应） NO2＋NO＋2NaOH = 2NaNO2＋H2O（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)。一般适合工业尾气中NOx处理。 ②催化转化法 在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或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。 归纳总结 一氧化氮与二氧化氮 NO NO2 色、态、味 密度 溶解性 毒性 物质类别 N的价态 与氧气反应 与水反应 对环境的影响 红棕色有刺激性气味气体 无色无味气体 比空气大 比空气略小 易溶于水，易液化 难溶于水 有毒，大气污染物之一 特殊氧化物 不成盐氧化物 +4 +2 不反应 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 不反应 NO与血红蛋白结合使人中毒；NO、NO2导致光化学烟雾，形成酸雨及破坏臭氧层；NOx都有毒 归纳总结 氮气 氮氧化物 氮气 氮的固定 氮的氧化物 （NO NO2） 自然界中氮的循环 氮气的性质 自然固氮 人工固氮 物理性质 化学性质 氮的氧化物溶于水的计算 课堂总结 1.下列氮气的用途中，利用了氮气的稳定性的是　　　　　(填序号)。 ①博物馆将一些贵重画页、书卷保存在充满氮气的圆筒里。 ②医生利用液氮“冷刀”做手术，可以减少出血或不出血。 ③工业上利用氮气制取氨气、硝酸、化肥和炸药等。 ④用氮气填充汽车轮胎可以延长汽车轮胎的使用寿命。 ⑤焊接金属时用氮气保护金属使其不被氧化。 ⑥在灯泡中填充氮气以防钨丝被氧化或挥发。 ①④⑤⑥ 课堂练习 2、关于氮气的性质的说法中，错误的是 A．氮在自然界中既以游离态存在，又以化合态存在 B．通常条件下，氮气性质很不活泼 C．氮气可在氧气中燃烧生成一氧化氮 D．大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环 C 课堂练习 A 3、下列关于物质使用及其解释不对应的是 选项 N2物质使用 解释 A 液氨可用作制冷剂 氨气分解时吸收热量 B 常用作保护气 氮气的化学性质不活泼 C 漂粉精作游泳池消毒剂 遇空气易生成强氧化性物质 D 氮化硅可用于制作耐高温轴承 氮化硅熔点高，硬度大 课堂练习 B 4、下列反应属于氮的固定的是（　　） ①工业合成氨 ②NO2和H2O反应生成HNO3和NO ③NO被空气氧化为NO2 ④豆科植物的根瘤菌将氮气转变成硝酸盐等 ⑤Mg在N2中燃烧生成Mg3N2 ⑥植物从土壤中吸收含氮肥料 A．①②③⑤　  B．①④⑤    C．①③⑥    D．①④⑤⑥ 课堂练习 5. 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 D 6. 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 课堂练习 7. 在容积为672 mL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(　　 ) B 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 新人教版 化学 必修2 第五章 化工生产中的重要非金属元素 谢谢观看 Lavf58.28.100 Lavf58.46.101 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 $