5.2.2 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

第二节 氮及其化合物 5.2.2 氮的氧化物 第五章 化工生产中的重要非金属元素 学习目标 1、熟悉氮的氧化物，重点理解NO和NO2性质及二者相互转化，会进行氮的氧化物溶于水的计算 2、熟悉氮的氧化物对环境及人类健康的影响 1、氮在自然界循环产生了很多氮的化合物，同学们能说出一些你知道的氮的化合物吗？ 思考 元素 化合价 -3 0 +1 +2 +3 +4 +5 对应 物质 NH3 N2 N2O NO N2O3 NO2 N2O5 N2O4 HNO3 NH4Cl HNO2 【注意】氮的常见化合价有 -3、 0、+1、+2、 +3、 +4、 +5 氮的价—类二维图 -3 0 +1 +2 +3 +4 +5 NH3 N2 N2O NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5 HNO3 HNO2 NaNO3 NaNO2 Mg3N2 氢化物 单质 氧化物 酸 盐 4 一硫 一、氮的氧化物 氮元素有+1、+2、+3、+4、+5价，五种正价对应六种氧化物：N2O(笑气),NO,N2O3, NO2,N2O4,N2O5，它们都有不同程度的毒性，都是大气污染物，除NO2以外，其他氮氧化物均极不稳定。除NO外均可溶于水。其中N2O3和N2O5分别是HNO2(不稳定)和HNO3的酸酐 化合价： +1 +2 +3 +4 +5 N2O(笑气) NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5 无色 红棕色、无色 白固 1、一氧化二氮(N2O) 俗称笑气，无色不可燃气体，有轻微金属味，室温下稳定，有轻微麻醉作用，常作麻醉剂。主要应用在外科和牙科等医学领域，还广泛用作增强发动机输出功率的火箭推进剂和赛车中的氧化剂。 2、一氧化氮(NO) (1)物理性质 无色、无味的有毒的气体，密度比空气略大，难溶于水 (2)实验室制法 3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 实验室采用排水法收集NO 为什么不用排空法收集？ 既有氧化性又有还原性，以还原性为主(更易失电子) (3)化学性质 ①不稳定，易被O2氧化为NO2(收集NO气体必须用排水集气法，用氧气检验NO) 2NO+O2=2NO2 ②和O2、H2O反应生成硝酸 4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 ③与酸性KMnO4反应： 5NO＋3MnO4－＋4H＋=5NO3－＋3Mn2＋＋2H2O ④与酸性K2Cr2O7反应： 2NO＋Cr2O7－＋6H＋=2NO3－＋2Cr3＋＋3H2O ⑤与NH3反应 催化剂 加热 6NO + 4NH3 = 5N2 + 6H2O (4)对人体、环境的影响 ①与血红蛋白结合，使人中毒   ②转化成NO2，形成酸雨、光化学烟雾 【注意】 ①NO有毒，使人中毒原理与CO相似;通过呼吸道被人体吸入后与血红蛋白结合生成一氧化氮血红蛋白，使其失去携带O2的能力，导致中毒。 ②NO不能与O2大量共存，收集气体只能用排水法; 3、二氧化氮(NO2) (1)物理性质 红棕色有剌激性气味的有毒气体，易溶于水且与水能发生反应 (2)实验室制法 Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 实验室采用排空气法收集NO2 为什么不用排水法收集？ 既有氧化性又有还原性，以氧化性为主(更易得电子) (3)化学性质 能氧化SO2、KI等 ①难被氧化，易与水反应生成HNO3和NO 3NO2+H2O =2HNO3+NO ③能和NaOH溶液(碱)反应 ②和O2、H2O反应生成硝酸 4NO2+O2+2H2O=4HNO3 2NO2+ 2NaOH =NaNO3+ NaNO2 +H2O ④常温下易转化为N2O4（自身二聚） 2NO2(红棕色)⇌N2O4(无色) NO2 + SO2 = SO3 + NO NO2＋2KI=2KNO2＋I2 (NO2能使湿润的淀粉KI试纸为蓝色) ⑤具有较强的氧化性,能与SO2、KI等反应 (4)对人体、环境的影响 形成酸雨、光化学烟雾 【注意】①在实验测定NO2、N2O4的相对分子质量(实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46)、比较相同条件下相同物质的量的气体体积大小，以及涉及到NO2气体的颜色深浅、压强、密度等方面时要考虑2NO2⇌N2O4反应 ②“纯净”的NO2或N2O4并不纯 ③NO2通入碱溶液：2 NO2 + 2 NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O 等量NO/NO2通入碱溶液: NO2 + NO + 2 NaOH = 2 NaNO2 + H2O (NO单独通入碱溶液，并不反应) ④NO2、NO 两者混合通入足量NaOH(aq)，只要保证n(NO) 小于等于 n(NO2)，就能完全吸收时 2、标准状况下，NO与O2各22.4L混合均匀充分反应，分子总数为1.5NA？ 思考 不是，小于1.5NA 3、NO2 和Br2 都是红棕色气体，如何鉴别？能不能用湿润的淀粉碘化钾试纸或者氢氧化钠溶液(提示：鉴别就是找性质上的不同) 都能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，溴蒸气和NO2通入NaOH溶液均形成无色溶液。故不能用淀粉碘化钾试纸或NaOH溶液来区别NO2气体和溴蒸气 物理方法：用CCl4溶解,溶解的是Br2，不溶解的是NO2 化学方法： ①用AgNO3溶液,产生黄色沉淀的是Br2，无沉淀生成的是NO2 ②用水，红棕色不消失的是Br2，红棕色消失是NO2 氮氧化物 NO NO2 色、味、态 无色无味气体 红棕色、有刺激性气味气体 毒性 有毒 有毒 溶解性 不溶于水 易溶于水且与水反应 氧化物类别 非酸性氧化物(不成盐氧化物) 非酸性氧化物(不成盐氧化物) 与O2反应 2NO+O2 =2NO2 不反应 与H2O反应 不反应 3NO2+H2O=2HNO3+NO 4、NO和NO2性质比较 与O2、H2O 共同反应 4NO+3O2+2H2O=4HNO3 4NO2+O2+2H2O=4HNO3 氧化性或 还原性 具有氧化性、还原性，主要表现强还原性 具有氧化性、还原性，主要表现强氧化性，能氧化SO2、KI等物质； NO2+SO2=SO 3+NO，NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝 相互转化 思考 4、俗话说“雷雨发庄稼”，试说出其中的原理，写出反应的化学方程式。 N2与O2 NO O2 NO2 HNO3 硝酸盐 矿物质 闪电 ① ② ③ H2O 雷电发生时，N2和O2化合生成NO，NO迅速被氧化为NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3跟土壤作用生成硝酸盐，NO3-可被植物吸收。 N2＋O2 = 2NO 2NO＋O2=2NO2 3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。 放电 1.下列关于氮的氧化物的叙述正确的是( ) A.氮的氧化物只有NO、NO2 B.氮的氧化物均为红棕色气体 C.氮的氧化物均有毒 D.氮的氧化物在空气中能稳定存在 2.对3NO2＋H2O=2HNO3＋NO反应的下列说法正确的是（ ） A.氧化剂与还原剂物质的量比为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 C 【练一练】 A 3、氮氧化物会严重污染大气，所以实验室必须对含有氮氧化物的废气进行处理。用NaOH溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应方程式如下： ①NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O ②2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2O (1) 在反应①中，参加反应的氧化剂和还原剂的质量之比为___________。 (2) 在反应②中，氧化产物是________，还原产物是________(填化学式)。 (3) 在反应①②中，参加反应的NaOH均为2 mol时，两个反应转移电子数的关系是①________②(填“＞”“＝”或“＜”)。 23∶15 NaNO3 NaNO2 ＝ 【练一练】 【实验5-5】如图5-10所示，在一支50mL的注射器里充入20mLNO，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。打开弹簧央，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹，观察现象。振荡注射器，再观察现象。 无明显现象 实验操作 实验现象 实验结论 如图所示，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 结论 NO不溶于水 注射器中气体由无色变为红棕色，注射器塞子向左移动 NO与空气中的O2发生反应生成红棕色的NO2：2NO＋O2=2NO2 注射器中气体由红棕色变为无色，注射器塞子继续向左移动 NO2与水发生反应生成了无色的NO：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO 在一定条件下，NO 与 NO2 可以相互转化。 思考 5、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？ 继续通入O2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 2NO + O2 = 2NO2 2NO + O2 = 2NO2 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 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。 解答氮的氧化物溶于水的计算问题首先明确原理，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，反应的实质是3NO2+H2O=2HNO3+NO，2NO+O2=2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。 二、氮的氧化物与氧气、水的反应与计算 1、原理 类型1、NO2(或NO2与N2的混合气体)溶于水 计算依据 3NO2＋H2O=2HNO3＋NO 【例1】将20ml充满NO和NO2的混合气体的试管倒立于盛水的水槽中，充分反应后，剩余气体的体积变为10ml，求原混合气体中NO和NO2 各占多少毫升？ 类型2、NO2和O2的混合气体溶于水 由总反应③可知 计算依据 3NO2+H2O=2HNO3+NO ① 2NO+O2=2NO2 ② ①×2+② 总的化学方程式为 4NO2+O2+2H2O=4HNO3 【例2】将充满NO2和O2的混合气体的量筒倒置于水中，充分反应后，保持气体压强不变，水进入至量筒体积的一半处停止了，则原混合气体中NO2和O2的体积比是多少？ 计算依据 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 类型3、NO和O2的混合气体溶于水 由总反应③可知 【例3】一定条件下，将等体积的NO和O2混合于一试管中，然后将试管倒立于盛有水的水槽中，充分反应后剩余气体的体积与原混合气体的体积之比是多少？ a．可先将NO和O2转化为NO2，再按上述各种情况分别处理。 b．也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO+3O2+2H2O =4HNO3情况处理。 类型4、NO2、NO、O2三种混合气体通入水中 4、一定温度和压强下，将装有N2和NO2混合气体的试管倒立在水中，经足够时间后，试管内气体体积缩小为原体积的3/5，则混合气体中N2和NO2的体积比为( ) A．2∶3 B．3∶2 C．3∶5 D．5∶3 5、将40 mL NO2和NO的混合气体通入倒立于水槽中盛满水的试管里,充分反应后试管中剩余20 mL气体,则原混合气体中NO2和NO的体积比为 (　　) A.2∶1 B.1∶3 C.3∶1 D.1∶1 A 3NO2+H2O=2HNO3+NO 【练一练】 C 3NO2+H2O=2HNO3+NO 5、按图进行实验。试管中装有12 mL NO，然后间歇而又缓慢地通入8 mL O2，下列是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（ ） A.①③ B.②④⑤ C.②④⑥ D.②③⑤ C 【练一练】 30 三、氮氧化物对环境的污染 (1)气态的氮氧化物几乎都是剧毒性物质，都是大气污染物，在太阳辐射下还会与碳氢化物反应形成光化学烟雾 (2)空气中氮氧化物的来源：空气中的NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂的废气等 ①光化学烟雾：氮氧化物(NxOy)和碳氢化合物(CxHy)在大气环境中受到强烈的太阳紫外线照射后，发生复杂的化学反应，主要生成光化学氧化剂(主在是O3)及其他多种复杂的化合物，这是一种新的二次污染物，统称为光化学烟雾。光化学烟雾刺激呼吸器官，使人生病甚至死亡。光化学烟雾主要发生在阳光强烈的夏、秋季节 ②酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面，就有可能形成酸雨 ③破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加 ④水体污染：水体富营养化 (3)常见的污染类型 ①碱液吸收法： 2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O NO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O NO2、NO的混合气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的处理②催化转化：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 2NOx+2xCO=N2+2xCO2 (4)常见的NOx尾气处理方法 四、酸雨的危害及防治 1、SO2、NOx 的主要来源、危害和防治 (1)来源 ①SO2：主要来源于煤、石油和某些含硫的金属矿物的燃烧或冶炼 ②NOx：主要来源于机动车产生的尾气 (2)SO2、NOx对人体的危害 ①SO2与NOx会引起呼吸道疾病，危害人体健康，严重时会使人死亡 ②溶于水形成酸雨 (3)防治 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，减少二氧化硫和氮氧化物的排放 ③加强工厂废气的回收处理 ④改进汽车尾气的处理技术，控制尾气排放 (1)概念 pH小于5.6的雨水；正常雨水pH＝5.6，是因为溶解了CO2。 (2)成因 主要是大气中SO2和NO2的溶于雨水形成的 2、酸雨 (3)分类 硫酸型酸雨(煤、石油等化石燃料的燃烧和某些含硫的金属矿物的冶炼） 硝酸型酸雨(汽车尾气以及硝酸工业废气等） 写出图中标号所示的化学方程式： ① ； ② ； ③ ； ④ (酸雨酸性增强的原因)。 SO3＋H2O=H2SO4 2H2SO3＋O2=2H2SO4 ①硫酸型酸雨的形成过程 2SO2＋O2 = 2SO3 粉尘等催化剂 2NO＋O2=2NO2 3NO2＋H2O=2HNO3＋NO ②硝酸型酸雨的形成过程 (4)危害 ①直接损伤农作物，破坏森林和草原，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等。 (5)酸雨防治 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的排放； ③加强工业废气的回收处理； ④改进汽车尾气的处理技术，提高汽车尾气排放标准。 常见的环境污染 环境污染 形成原因 主要危害 温室效应 大气中CO2含量不断增加 全球变暖，冰川融化 酸雨 SO2和氮氧化物的排放 土壤酸化，腐蚀建筑物 光化学烟雾 氮氧化物和碳氢化合物的排放 危害人体健康和植物生长 臭氧空洞 氮氧化物和氟氯代烃的排放 地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧 赤潮和水华 含磷洗衣粉的大量使用及废水的任意排放 使藻类过度繁殖，水质恶化，发生在海水中为赤潮，淡水中为水华 白色污染 聚乙烯塑料的大量使用、任意丢弃 破坏土壤结构和生态环境 【几点强调】 赤潮和水华 含磷洗衣粉的大量使用及废水的任意排放 使藻类过度繁殖，水质恶化，发生在海水中为赤潮，淡水中为水华 白色污染 聚乙烯塑料的大量使用、任意丢弃 破坏土壤结构和生态环境 6、下列措施中，可减少酸雨产生的途径的是（ ） ①少用煤作燃料　②把工厂烟囱造高　③燃料脱硫 ④在已酸化的土壤中加石灰　⑤开发新能源 A.①②③ B.②③④⑤ C.①③⑤ D.①③④⑤ C 【练一练】 7、回答下列问题 (1)我国城市环境中常见的大气污染物主要有哪些？ SO2、NO2、CO、烟尘等。 (2)根据所学知识，你知道采取什么办法能解决下列问题吗？ ①治理已酸化的湖泊和土壤。 　对于已酸化的湖泊和土壤，可以加入生石灰进行改良。 ②保护暴露在大气中的建筑。 对于暴露在大气中的建筑可以通过粉刷油漆进行保护。 (3)某有色金属冶炼厂排放的废气中含SO2，先用石灰浆吸收SO2，然后利用空气中的氧气将产物继续氧化成石膏(CaSO4·2H2O)。写出有关反应的两个化学方程式。 SO2＋Ca(OH)2=CaSO3＋H2O，2CaSO3＋O2＋4H2O=2CaSO4·2H2O 【练一练】 8、现有雨水样品1份，每隔一段时间测定该雨水样品的pH，所得数据如下： 测试时间/h 0 1 2 3 4 雨水的pH 4.73 4.63 4.56 4.55 4.55 (1)分析数据，回答下列问题： ①雨水样品的pH变化的原因是________________________________________ (用化学方程式表示)。 2H2SO3＋O2=2H2SO4 ②如果将刚取样的上述雨水和自来水相混合，pH将变___，原因是 ___________________________________________________________________ (用化学方程式表示)。 小 Cl2＋2H2O＋SO2=H2SO4＋2HCl或H2SO3＋HClO=H2SO4＋HCl 【练一练】 NONO2 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 SO2＋H2O=H2SO3 汽车尾气―→NONO2HNO3  SO2＋H2O ⇋H2SO3， $