5.2.1 氮气及氮的氧化物课件 2025-2026学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

该高中化学课件聚焦氮及氮的氧化物，涵盖氮气性质、氮的固定、NO与NO₂的性质及计算等核心内容。通过“魔鬼谷”“雷雨发庄稼”等情境导入，衔接氮气稳定性与氮的固定，再过渡到氮氧化物转化，构建连贯知识支架。 其亮点在于结合科学史话（哈伯合成氨）与实验探究（注射器NO₂溶于水实验），通过典例精讲（电子守恒法、原子个数比法解计算）培养科学思维与探究能力。氮氧化物污染内容渗透科学态度，助力学生深化理解，教师可丰富教学手段。

第五章 化工生产中的重要非金属元素 第二节 氮及其化合物 第1课时 氮及氮的氧化物 1 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 收集氮气时用排水法！ 熔点：-210 ℃ 沸点：-196 ℃ 密度：1.25g/L ✪提醒特性：易液化 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、氮气与氮的固定 你知道液氮有什么用途吗？ 氮元素在周期表中的位置和氮原子的结构 +7 2 5 N 氮元素在元素周期表中的位置 第二周期，第 VA族 写出氮气的电子式和结构式 电子式 结构式 N N 球棍模型 N •• •• •• N •• •• N •• • • • 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。 由于断开N≡N化学键需要较多的能量，共价键很牢固，氮气化学性质很稳定。通常情况下难以与其他物质发生化学反应，无法被大多数生物体直接吸收。 一、氮气与氮的固定 一、氮气与氮的固定 2、氮气的化学性质 ①常温下，N2的化学性质很稳定，可代替稀有气体作保护气体。 氮气的用途 ①食品的保护。例如：虾条、薯片等 ②焊接金属时用氮气保护金属，使其不被氧化 ③白炽灯中充入氮气，防止钨丝的氧化 ④稀有的书卷保存——延缓代谢 ⑤液氮食品——制冷剂 ⑥医疗上可在液氮冷冻麻醉条件下做手术 请同学举例，生活中哪些方面利用了氮气的稳定性? 4 （2）还原性： （3）氧化性： 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。 一、氮气与氮的固定 2、氮气的化学性质 一、氮气与氮的固定 3.氮元素在自然界中的存在形式 ⑴游离态的氮——主要以氮分子的形式存在于空气中。 ⑵化合态的氮——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。 氮的固定 空气的成分(按体积) (78%) 氮气 (21%) 氧气 生物固氮(如豆科植物的根瘤菌固氮) 高能固氮(如雷雨天气N2转化为NO) 合成氨(工业上合成氨) 仿生固氮(仿生材料可起到根瘤菌的作用) 分类 自然固氮 人工固氮 “种豆子不上肥，连种几年地更肥” “雷雨发庄稼” (3) 氮的固定： 将大气中游离态的氮转化为含氮的化合物的过程。 一、氮气与氮的固定 NH3→NH3·H2O能称为氮的固定吗？ 含氮化合物之间的转化不能称为氮的固定，如NH3→NH4NO3。 【科学史话】 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 哈伯 博施 氮在自然界中的循环 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？ 一、氮气与氮的固定 典例精讲 1、判断正误,正确的画“√”，错误的画“×”。 (1)N2在高温条件下与O2发生反应生成NO2。(　　) (2)氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键(　　) (3)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气(　　) (4)白磷(P4)空气中自燃而氮气稳定存在，说明非金属性P比N强(　　) × × √ × (5)闪电时氮气与氧气化合生成NO，属于自然固氮。(　　) (6)将氨转化为固态铵盐的过程属于人工固氮。(　　) (7氮气化学性质很稳定，所以镁着火时，可用氮气灭火。(　　) (8)高温、高压、催化剂条件下,1molN2与3molH2混合可生成2molNH3。( 　 ) √ × × × 含氮化合物之间的转化不能称为氮的固定，如NH3→NH4NO3。 D 1．N2能大量存在于空气中，且能维持固定含量的最主要原因是 A．氮元素的非金属性弱 B．氮元素的非金属性强 C．氮气可作保护气 D．氮分子中N≡N键能大 即时训练 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．通常情况下，氮气性质很不活泼 C．在反应3Mg＋N2=Mg3N2中N2作氧化剂 D．放电条件下可与氧气反应生成二氧化氮 D 【思考讨论】 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】 雷雨发庄稼，将N2转化为硝酸盐要经过几步转化，从元素化合价角度思考。 +O2 +O2 +H2O +NH3 N2 NO NO2 HNO3 NH4NO3 N2+O2 2NO 放电或高温 ========= 2NO+O2===2NO2 NO和NO2具有哪些性质？ 【思考】 二、一氧化氮和二氧化氮 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 (1)N2O俗称笑气。具有麻醉作用 (2)N2O3、N2O5是酸性氧化物（酸酐），可以与水反应分别生成HNO2、HNO3 (3)NO2与N2O4可相互转化：2NO2（红棕色） ⇌ N2O4（无色） N的氧化物的种类——它们都有毒，是大气污染物 【思考】NO和NO2具有哪些性质？ 酸酐：含氧酸失去水后的氧化物 二、一氧化氮和二氧化氮 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 1.一氧化氮和二氧化氮的物理性质 二、一氧化氮和二氧化氮 NO2 标准状况下 为黄褐色液体 NO2 熔点：-11 ℃ 沸点：21 ℃ 密度：2.05 g/L 易液化 思考讨论 1. NO2和溴蒸气都是红棕色、有刺激性气味的气体，怎样加以区别？ NO2和Br2在性质上有不少相似性： ①均具有氧化性；②溶于水均有酸生成；③均可与碱反应；④均为红棕色等。 能用淀粉－KI试纸、pH试纸、NaOH溶液来鉴别？ 可以用下列方法鉴别：①CCl4；②AgNO3溶液；③用水洗法。 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，红棕色消失是NO2，溴水为黄色至棕黄色 [实验]如图所示，在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，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。打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象。振荡注射器，再观察现象 2.一氧化氮和二氧化氮的化学性质 二、一氧化氮和二氧化氮 实验 装置 实验 操作 在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，观察颜色为 ，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器 现象 ___________ 结论 无色 NO难溶于水 无明显现象 2.一氧化氮和二氧化氮的化学性质 二、一氧化氮和二氧化氮 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________________ 结论 注射器内无色气体变红棕色 气体的红棕色变为无色 在一定条件下，NO和NO2可以相互转化。 二、一氧化氮和二氧化氮 2.一氧化氮和二氧化氮的化学性质 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 2NO + O2 = 2NO2 (工业制取硝酸) 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 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 2NO + O2 = 2NO2 2NO + O2 = 2NO2 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 一氧化氮、二氧化氮性质探究 化学性质 ① ② ①+②×2： ①×3+②×2： 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。 若把NO或NO2与O2的混合气体通入水中会发生什么反应？剩余气体是什么？ 关系式法 ① NO2和O2的混合气体 ② NO和O2的混合气体 V(NO2):V(O2) < 4 : 1 O2剩余 = 4 : 1 恰好完全反应 > 4 : 1 NO剩余 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 V(NO):V(O2) < 4 : 3 O2剩余 = 4 : 3 恰好完全反应 > 4 : 3 NO剩余 氮的氧化物或氮的氧化物与O2的混合气体溶于水时，剩余的气体可能是O2， 也可能是NO，但不可能是NO2，因为NO2会与水反应又生成NO。 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 3. 一定条件下，将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原总体积的 (　　) A. 1/4 B. 3/4 C. 1/8 D. 3/8 C 4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 O2 过量，余 VO2 即时训练 4 3 1 4. 四支试管中分别充满NO、SO2、NO2、Cl2中的一种，把它们分别倒置于盛有水的水槽中，放置一段时间后的现象如图所示。其中原试管充满NO2的是(　　) 【答案】B 【解析】根据化学方程式3NO2+H2O= 2HNO3+NO可知，剩余气体是反应前的1/3， 故B项正确；NO不溶于水，对应D项；SO2对应A项；Cl2对应C项。 即时训练 B 若把NOx(NO或NO2)与O2的混合气体通入水中会发生什么反应？ 剩余气体是什么？ 电子守恒法 当NOx转化为硝酸时要失去电子，如果是NOx与O2混合， 则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。即3V(NO) + V(NO2) == 4V(O2) 原子个数比法（参与反应的N、O原子） V(N):V(O) < 2 : 5 O2剩余 = 2 : 5 恰好完全反应 > 2 : 5 NO剩余 ③ 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 ④ 4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 ①+② 总的化学方程式为 NO + NO2+ O2 + H2O == 2HNO3 ⑤ 三情况中的总反应式都与N2O5+H2O == 2HNO3等效 5、将amL NO 、b mL NO2 、x mL O2混合气体通入水中，充分反应后无气体剩余，则用 a、b表示的x的代数式是 ___________。 x = (3a+b)/4 典例精讲 原子个数比法 得失电子守恒法 3V(NO) + V(NO2) == 4V(O2) N∶O＝2∶5 完全反应 N a+b 2 O a+2b+2x 5 ＝ ＝ 将混合气体通入盛有水的洗气瓶，除去NO2杂质，再通过盛 无水CaCl2的干燥管收集NO气体。 1、如何除去NO气体中混有的少量NO2气体杂质？ 【思考】 2、NO2、NO均是污染性气体，如何尾气处理？ ①碱液吸收法 2NO2＋2NaOH NaNO3＋NaNO2＋H2O NO2＋NO＋2NaOH 2NaNO2＋H2O ②催化转化法 2NOx+2X CO N2+2X CO2 催化剂 ∆ 二、一氧化氮和二氧化氮 易错辨析 NO和NO2是酸性氧化物吗？ NO和NO2都不是酸性氧化物。 NO与碱、酸都不能反应生成盐和水，属于不成盐氧化物； NO2与碱溶液发生氧化还原反应生成两种盐，也不属于酸性氧化物。2NO2＋2NaOH====NaNO2＋NaNO3＋H2O。 二、一氧化氮和二氧化氮 (1)酸雨： 正常雨水的pH=5.6，酸雨是 pH小于5.6 的雨水。 酸雨的成分：其主要成分是含有硫酸和硝酸。所以又称作硫酸型酸雨和硝酸型酸雨。 (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: NO使人中毒的原理与CO的相同，都是气体与血液中 血红蛋白结合而使其失去输送O2的功能。 三、氮氧化物对环境的污染 S SO2 SO3 H2SO4 【课堂小结】 氮和氮的 氧化物 N的存在形式 氮的氧化物 无色无味气体，难溶于水 红棕色、刺激性气味气体，易溶于水 有毒， 2NO+O2===2NO2 有毒， 3NO2+H2O===2HNO3+NO 氮 N2的化学性质 氮的固定 一氧化氮NO 二氧化氮NO2 空气，土壤、海洋，动植物 自然固氮 人工固氮 还原性 氧化性 谢谢观看与支持 PART 03 氮氧化合物溶于水的计算 问题一: 试分析气体溶于水，最后试管内无色气体约为原 体积的 的原因。 提示:气体溶于水，发生反应：， 体积与水反应生成1体积， 不溶于水。 问题二: 若与 的混合气体同时通入水中时反应原理是什么？剩余气体的 情况如何？ 提示:与 的混合气体同时通入水中，发生反应：， 又与 发生反应：，综合可得 ； 剩余气体可能是或 。 四、氮氧化合物溶于水的计算 例1、将20mLNO和NO2的混合气体的试管倒立于盛有H2O的水槽中，充分反应后，余于气体体积变为10mL，求原混合气体中NO和NO2各占多少？ 解法一：设NO体积为xmL，NO2体积为ymL x+y = 20 3NO2 +H2O = 2HNO3+ NO 3 1 y y/3 x + y/3 = 10 解得，x=5 y=15 关系式法 若混合气体是V LNO2和NO，剩余V1气体 利用差量法，在题中寻找体积差。 解法二：设NO2体积为xmL 3NO2 + H2O ==2HNO3 + NO　△V 3 1 　 2 x 20-10=10 x = 15 典例精讲 a. 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 ③ 叠加法 四、氮氧化合物溶于水的计算 典例精讲 【例】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 过量 4NO + 3O2 + 2H2O === 4HNO3 例2:将盛有8mLNO、O2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积剩余1mL，则原气体中NO的体积是( ) A．5mL或3mL B．4mL或3mL C．5mL 或2mL D．4mL或5mL D 若混合气体是NO和O2，剩余V1气体 设NO体积为xmL，O2体积为ymL，x+y = 8 ①若最终剩余的气体是NO， 4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3 4 3 x-1 y 3(x-1)= 4y x=5ml y= 3 mL ②若最终剩余的气体是O2， 4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3 4 3 x y-1 　3x= 4(y - 1) x= 4 mL y=4ml 2、一支试管中充有20mLNO气体，倒置于水槽中，现向其中通入一定量的O2，试管内最终有4mL气体，则通入O2的体积可能是多少？ 解：①若最终剩余的气体是NO，则与水反应的NO为20 - 4＝16mL　 4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3 4 3 16 X X=12 mL ②若最终剩余的气体是O2，则20 mLNO均与水反应　 4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3 4 3 20 X 　　X=15mL 此时，通入O2的体积为 15+4＝19mL　 ∴通入O2的体积可能是12 mL 或19 mL 典例精讲 关系式法 2NO + O2=== 2NO2 ① 3NO2+H2O=== 2HNO3 + NO ② ①+②×2 总的化学方程式为 4NO2+O2+2H2O===4HNO3 ④ b. NO2和O2混合气体溶于水的计算 ①+② 总的化学方程式为 NO + NO2+ O2 + H2O == 2HNO3 ⑤ 四、氮氧化合物溶于水的计算 39 例3、在一支容积为30mL的试管内充满NO2 和O2的混合气体，把试管倒置于水中，充分反应后余5mL，则原混合气体中NO2 和O2的体积各是多少？ 解：设原混合气体中NO2的体积为x mL ，O2的体积为y mL 则x + y = 30 ①若O2过量，则余下5mL气体为O2 ，则所有的NO2全部参加反应， 而参加反应的O2的体积为(y–5)mL 4NO2 + O2 + 2H2O == 4HNO3 4 1 x y-5 x = 4(y-5) 解得，x = 20 mL y = 10 mL 典例精讲 若混合气体是NO2和O2，剩余V1气体 关系式法 例3、在一支容积为30mL的试管内充满NO2 和O2的混合气体，把试管倒置于水中，充分反应后余5mL，则原混合气体中NO2 和O2的体积各是多少？ ②若NO2过量，则O2全部参加反应，而过量的NO2还会和H2O继续反应，余下的5 mL气体为NO， 4 NO2 + O2 +2H2O == 4HNO3 4 1 4y y 则过量的NO2体积为 (x-4y) mL 3NO2 + H2O ==2HNO3 + NO 3 1 (x - 4y) 5 则 x - 4y == 15 解之得，x = 27 mL y = 3 mL ∴NO2和O2的体积是20 mL和10 mL 或27 mL和3 mL 解：设原混合气体中NO2的体积为x mL ，O2的体积为y mL ，则x + y = 30 3、将盛有12 mL NO2和O2混合气体的量筒倒立于盛满水的水槽中，充分反应后，量筒内还剩余2mL无色气体，则原混合气中O2的体积为( ) A.1.2 mL B.2.4 mL C.3.6 mL D.4 mL AD 典例精讲 解：设原混合气体中NO2的体积为x mL ，O2的体积为y mL 则x + y = 12 ①若O2过量，则剩余2mL气体为O2 ，则所有的NO2全部参加反应， 而参加反应的O2的体积为(y–2)mL 4NO2 + O2 + 2H2O == 4HNO3 4 1 x y-2 x = 4(y-2) 解得，x = 8 mL y = 4 mL ②若NO2过量，则O2全部参加反应，而过量的NO2还会和H2O继续反应，余下的5 mL气体为NO， 4 NO2 + O2 +2H2O == 4HNO3 4 1 4y y 则过量的NO2体积为 (x-4y) mL 3NO2 + H2O ==2HNO3 + NO 3 1 (x - 4y) 2 则 x - 4y == 6 解之得，x = 10.8 mL y = 1.2 mL （3）若将NO2、NO、O2的三种混合气体通入水中 得失电子守恒法 NO2、NO、O2的混合气体溶于水发生反应NO + NO2+ O2 + H2O = 2HNO3 ⑤ 当混合气体无剩余时，则V(NO) ： V(NO2) ：4V(O2) = 1：1：1 则反应中NOx失去的电子数与O2得到的电子数相等。 3V(NO) + V(NO2) == 4V(O2) 课堂探究 例4:将m mL NO2、n mL NO和n mL O2(m>n)混合气体通入过量水中，剩余气体体积为 (　　) A. mL B. mL C. mL D. mL 典例精讲 B　 　　 NO + NO2+ O2 + H2O = 2HNO3 n n n 剩余NO2：(m-n)mol 3NO2 + H2O ==2HNO3 + NO 3 1 (m - n) x x = mL 方法一： 例4:将m mL NO2、n mL NO和n mL O2(m>n)混合气体通入过量水中，剩余气体体积为 (　　) A. mL B. mL C. mL D. mL 典例精讲 B　 　　 4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 剩余NO：(n + )ml - ml= mL 3NO2 + H2O ==2HNO3 + NO 3 1 m x x = mL 4 3 y n y = mL > nml , 所以NO有剩余 方法二： 值得注意的是：4NO2+O2、4NO+3O2和NO + NO2+ O2 从组成上均相当于2N2O5 的组成。即三情况中的总反应式都与N2O5+H2O == 2HNO3等效。 即利用混合气体中的N、O 原子个数比进行分析： N∶O＜2∶5　O2剩余 N∶O＝2∶5　完全反应 N∶O＞2∶5　NO剩余 课堂探究 原子个数比法 例5、将amL NO 、b mL NO2 、x mL O2混合气体通入水中，充分反应后无气体剩余，则用 a、b表示的x的代数式是 ___________。 x = (3a+b)/4 典例精讲 原子个数比法 得失电子守恒法 3V(NO) + V(NO2) == 4V(O2) N∶O＝2∶5 完全反应 N a+b 2 O a+2b+2x 5 ＝ ＝ Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf59.34.101 Lavf59.34.101 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 汽车尾气―→NONO2HNO3 $