5.2.1 氮气 一氧化氮和二氧化氮 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 第五章 化工生产中的重要非金属元素 第1课时 氮气 一氧化氮和二氧化氮 学习目标 1．了解氮气的物理化学性质，知道氮的固定的含义。 2．认识氮的氧化物的性质。 3．学会氮的氧化物溶于水的相关计算（难点）。 据说在新疆与青海两省区交界处有一狭长山谷，每当人畜进入后，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，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 ? 问题导学 氮原子很难得失电子形成离子键， 一般与其他原子形成共用电子对。 主要化合价： -3、 0、+1、 +2、+3、 +4、 +5 位置 第二周期、第ⅤA族 结构 性质 +7 2 5 O N C Cl P S 氮元素的“位—构—性”关系 氮分子 蛋白质 硝酸盐 铵盐 一、氮元素在自然界中的存在 （大气中，体积分数约为0.78） 1. 氮气的物理性质 颜色 气味 状态 密度 水溶解 无色 无味 难溶 气体 密度比空气稍小 二、氮气及氮的固定 点拨精讲 电子式 结构式 N2 化学式 N N 共价三键、键能大，性质稳定，难与其他物质反应，可代替稀有气体作保护气。 球棍模型 氮气的主要用途 一整杯氮气啤酒里面，大约会产生 3000000 个氮气气泡，口感丝滑，氮气是惰性气体，化学性质很稳定，能更好的保存啤酒自身风味。 在超临界状态下，通过氮气物理发泡将颠覆性的弹力赋能于鞋中底，带来高回弹缓震功能，能量回归率达86.8%。 焊接保护气 充氮灯泡 冷冻治疗 液氮食品 液氮 食品保护气 2. 氮气的化学性质 N2 + 3H2 2NH3 催化剂 高温、高压 N2 + 3Mg Mg3N2 点燃 N2 + O2 2NO 放电或高温 a. N2 表现氧化性 b. N2 表现还原性 二、氮气及氮的固定 思考： 镁条在空气中燃烧的产物只有MgO吗？ 2Mg + O2 2MgO 点燃 2Mg + CO2 2MgO+ C 点燃 3. 氮的固定 氮的固定 概念：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程 分类 自然固氮 雷电固氮 生物固氮(如豆科植物的根瘤菌固氮) 人工固氮 工业合成氨 仿生固氮(某些金属有机化合物可起到根瘤菌的作用) ( N2＋O2 ==== 2NO ) 放电 N2 + 3H2 2NH3 催化剂 高温、高压 二、氮气及氮的固定 科学史话 哈伯 (F.Haber，1868-1934) 人 工 固 氮 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。 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。 氮氧化物 氮的氧化物种类很多，N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3、N2O5都具有不同程度的毒性。除NO2以外，其他氮氧化物均极不稳定。除NO外均可溶于水。 笑气——N2O，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。1799年由英国化学家汉弗莱·戴维发现。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。 信使分子——NO，具有扩张血管、促进消化和增强记忆力的特殊功能。1998年的诺贝尔生理学和医学奖的主要研究成果是发现NO在人体的血管系统内具有传送信号的功能。NO一向被视为大气污染物，却在生命过程中有如此重要的功能，这是否能给人们一些什么启示呢？ 酸性氧化物 NO是无色、无味的有毒气体，不溶于水 2NO + O2 2NO2 (红棕色） 实验室如何收集、检验NO？ 【思考】 收集：只能用排水法 检验：无色气体变为红棕色 （1)物理性质： （2)化学性质： 常温下，很容易与空气中的O2化合 1. NO 三、一氧化氮和二氧化氮 （1)物理性质： 红棕色、有刺激性气味的有毒气体 密度比空气大， 易液化（21℃）， 易溶于水并与水反应产生硝酸。 NO2气 熔点：-11 ℃ 沸点：21 ℃ 密度：2.05 g/L 2．NO2 三、一氧化氮和二氧化氮 3NO2＋H2O === 2HNO3＋NO（工业制硝酸） 收集方法：用向上排空气法 体现氧化性和还原性 （2)化学性质： 实验5-5 装置 操作 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。 ①打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹。 ②振荡注射器。 现象 ___________ ①无色气体变为_________ ②__________________________ __________________________ 无明显现象 红棕色 红棕色气体逐渐变为无色， 注射器活塞向左移动。 3. NO和NO2的化学性质 二氧化氮溶于水的实验分析 实验结论及解释： ①NO不溶于水，也不与水反应，与O2反应生成红棕色的NO2； ②NO2能与水反应生成无色的NO。 3NO2＋H2O === 2HNO3＋NO 思考讨论： ①如果要将注射器中的NO充分转化，应采取什么措施？ ②上述实验对工业上生产硝酸有什么的启示？ 继续通入过量的空气 要不断地补充空气，使NO2尽可能多地转化为硝酸。 2NO + O2==2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO ② 2NO + O2 = 2NO2 ① （1）若充入的气体是NO与O2 消去NO2, 则3×①+2×②：4NO+3O2+2H2O=4HNO3 叠加法 4．氮的氧化物溶于水的计算方法（难点） 氮氧化物与氧气和水反应，若有气体剩余，剩余的气体可能是什么？ 【思考】 NO和O2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO ① 2NO + O2 = 2NO2 ② （2）若充入的气体是NO2与O2 消去NO, 则①×2+②: 4NO2+O2+2H2O=4HNO3 叠加法 4．氮的氧化物溶于水的计算方法（难点） NO2和O2 注意：不管哪种情况，最后剩余的都不可能是NO2！！！ 将充满30 mL NO2和O2混合气体的试管倒立于水中，最终试管中剩余5 mL气体，则原试管中NO2和O2的体积比可能是(　　) A. 1∶1 B. 3∶1 C. 5∶1 D. 9∶1 D (1)碱液吸收法 工业尾气中NOx 常用碱液吸收处理，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)。 NO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O 2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O (2)氨气吸收法 8NH3＋6NO2 7N2＋12H2O 4NH3＋6NO 5N2＋6H2O (3)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)；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)。 2CO＋2NO 2CO2＋N2 5. 常见的NOx尾气处理方法 1. 酸雨(硝酸型酸雨) 2. 光化学烟雾：NOx 在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应， 产生的一种有毒的烟雾。 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. NO与血红蛋白结合使人中毒。 四、氮氧化物对环境的污染及防治 光化学烟雾 臭氧层空洞 石像被酸雨腐蚀 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 课堂小结 1. 判断正误 (1)由于NO极易与O2反应，并且其密度与空气相差不多，因此收集NO只能用 排水法(　　) (2)由于NO2极易与水反应且密度比空气大，因此收集NO2只能用向上排空气 法 (　　) (3)NO2与H2O的反应中，NO2只做氧化剂(　　) (4)NO和NO2都是有刺激性气味的有毒气体，它们都是大气污染物(　　) √ √ × × 当堂检测 2. 下列反应中，不属于氮的固定的是( ) A．N2和H2在一定条件下合成NH3 B．豆科植物把空气中的氮气转化为化合态的氮 C．雷电时，空气中的N2与O2反应生成NO D．由NH3制碳酸氢铵和尿素 D 3. 下列有关NO2的说法正确的是（ ） A.NO2能与水反应生成硝酸，故NO2为酸性氧化物 B.除去O2中混有的NO2，可将混合气体通过水，将NO2溶解 C.NO2与溴蒸气的鉴别可用NaOH溶液，溶于NaOH溶液得无色溶液的是NO2， 得橙色溶液的为溴蒸气 D.在NO2与水的反应中氧化剂与还原剂的质量比为1∶2 D 还生成NO 生成NO，又能与O2反应 两者均与之反应，生成无色溶液 4. 在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12 mL通入足量水中，充分反应后剩余2 mL气体(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积为(　　) ①1.2 mL　 ②2.4 mL　 ③3 mL　 ④4 mL A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 【解析】 混合气体通入水中，涉及的反应有: ①4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，②3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。剩余气体为NO或O2。 若剩余的气体是O2，则V(NO2)＝(4/5)×(12－2)mL＝8 mL，V(O2)＝12 mL－8 mL＝4 mL。 若剩余的气体是NO(2 mL)⇒6 mL NO2，则V(O2)＝(1/5)×(12－6)mL＝1.2 mL。 D Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $