5.2.1氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮 课件-2026-2027学年高一下学期化学人教版必修第二册

第五章 化工生产中的重要非金属元素 第二节 氮及其化合物 5. 2. 1 氮气与氮的固定 一氧化氮与二氧化氮 学习目标 1、通过分析氮的原子结构，推断含氮物质可能的化学特性，理解结构与性质的关系。 2、通过实验探究，了解一氧化氮与氧气的反应、二氧化氮与水反应等性质，感受化学变化的奇妙。 自然界中氮的存在 游离态 化合态 氮 空气中的N2 动植物体内的蛋白质 硝酸盐、铵盐 一、氮气 1、物理性质 颜色 气味 状态 密度 溶解性 ___色___味___体 1.25g/L，比空气_____ ___溶于水 无 无 气 难 略小 【思考】实验室用什么方法收集N2？ 排水集气法 冷冻剂 一、氮气 1、物理性质 冷冻治疗 ——冷刀做手术 【思考与讨论】 1、画出氮的原子结构示意图？ 2、回顾氮在元素周期表中的位置，预测氮元素的价态及性质？ 氮 2 在化学反应中，氮原子既不容易得到___个电子，也不容易失去___个电子。因此，氮原子一般通过___________与其他原子相互结合构成物质。 二 VA 5 3 5 共用电子对 氮元素的“位 — 构 — 性” 化学式 电子式 结构式 球棍模型 N2 由于氮分子内两个氮原子间以共价三键结合，断开该化学键需吸收较多能量，所以氮气的化学性质很稳定，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 食品保护气 灯泡填充气 焊接金属保护气 稀有的书卷保存——延缓代谢 一、氮气 2、化学性质 2Mg + O2 = 2MgO 点燃 2Mg + CO2 = 2MgO + C 点燃 ★ 工业合成氨 ★ 即使O2充足，也无法被氧化成NO2 【思考】以上反应中，氮气表现什么性？ 氧化性 氧化性 还原性 【思考】空气中氮气占78.08%，为什么种植农作物，还要施加氮肥？ 游离态的氮 转变为 氮的化合物 闪电释放能量 N2 → 含氮化合物 工业合成氨 N2 → 氨 豆科植物的根瘤菌 N2 → 氨 人工固氮 自然固氮 二、氮的固定 1、自然界： ① 豆科植物根部的根瘤菌，把氮气转变为硝酸盐等含氮的化合物。 ② 在放电条件下，空气中氮气与氧气化合为氮的氧化物，并随降雨进入水体和土壤中。 ③ 微生物分解动植物中的蛋白质生成小分子的含氮化合物，回到水体和土壤中。 2、人类活动： ① 将空气中氮气合成氨，再进一步转化为其他含氮化合物，进入水体和土壤中。 ② 化石燃料燃烧、森林和农作物的枝叶燃烧所产生的氮氧化物通过大气进入陆地和海洋。 自然界中氮的循环 合成氨 1909年，德国化学家弗里茨 • 哈伯发明合成氨方法：在500 ℃ ~ 600 ℃、17.5 MPa ~ 20.0 MPa和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可超过6%，具备了工业化生产的可能性，获得1918年诺贝尔化学奖。 卡尔 • 博施 （1874.8.27 - 1940.4.26） 1913年，德国工程师卡尔 • 博施改进合成氨方法：从实验室方法转化为规模化的工业生产，获得1931年诺贝尔化学奖。 弗里茨 • 哈伯 （1868.12.9 - 1934.1.29） 三、一氧化氮和二氧化氮 1、物理性质 物质 颜色 气体 毒性 状态 水溶性 密度 NO _______ _______ 有毒 气体 ___溶于水 与空气______ NO2 _______ _______ 有毒 气体 ___溶于水 比空气______ 无色 无味 不 接近 NO会与血红蛋白结合 红棕色 刺激性 易 大 NO2会刺激腐蚀呼吸道黏膜 【思考】实验室用什么方法收集NO、NO2？ 用排水集气法收集NO 用向上排空气法收集NO2 三、一氧化氮和二氧化氮 2、NO的化学性质 一氧化氮与氧气反应 三、一氧化氮和二氧化氮 2、NO的化学性质 氮的氧化物 实验现象 实验原理 NO 与O2反应 与H2O反应 2NO + O2 = 2NO2 有红棕色气体生成 三、一氧化氮和二氧化氮 3、NO2的化学性质 二氧化氮溶于水 【实验5 - 5】 在一支50mL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，观察现象。打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹住弹簧夹，观察现象。振荡注射器，再观察现象。 三、一氧化氮和二氧化氮 3、NO2的化学性质 实验装置 实验操作 在一支50mL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，观察现象。 打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹住弹簧夹，观察现象。 振荡注射器，再观察现象。 实验现象 ______________ ________________ _______________ 实验原理 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 2NO + O2 = 2NO2 无明显现象 无色气体变为红棕色 NO不溶于水 红棕色气体变为无色 在一定条件下，NO与NO2可以相互转化 【思考】如何除去NO中混有的少量NO2？ 根据NO2与H2O反应能生成NO，既能除去NO2，又不引入其他杂质，故可将混合气体通入盛有水的洗气瓶，然后重新收集气体 NO（NO2） 【思考】有句谚语叫做“雷雨发庄稼”，你知道其中的科学道理吗？ N2 + O2 = 2NO 放电 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 硝酸与土壤中的矿物质作用形成可溶性硝酸盐，成为氮肥被植物吸收 ① 若NO2和O2的混合气体同时溶于水： ② 若NO与O2同时通入水中： 计算 2NO + O2 = 2NO2 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 2NO + O2 = 2NO2 ① ② 由① × 2 + ②得 ① ② 由① × 3 + ② × 2得 【思考与讨论】 实验5 - 5中发生了哪些化学反应？如果要将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？上述实验对工业上生产硝酸有什么启示？ 不断地缓慢通入O2，使生成的NO被氧化成NO2，NO2溶于水又生成HNO3和NO，经过多次循环氧化和吸收，NO2可以比较完全被水吸收，能够尽可能地转化为HNO3，并减少NO的排放，保护环境 三、一氧化氮和二氧化氮 3、NO2的化学性质 红棕色 2NO2 N2O4 无色 ② NO2和N2O4的相互转化 三、一氧化氮和二氧化氮 3、NO2的化学性质 ③ NO2具有氧化性 NO2 + SO2 = SO3 + NO 2NO2 + 2KI = 2KNO2 + I2 能氧化KI，使湿润的淀粉KI试纸变蓝 能氧化SO2 NO2 -3 0 +2 +5 N价态 +4 +3 +1 氧化性 还原性 光化学污染 元素价态 物质类别 NH3 N2 NO NO2、N2O4 NaNO3 NH3 ∙ H2O NH4Cl +5 N2O N2O3 N2O5 HNO3 HNO2 NaNO2 -3 0 +1 +2 +3 +4 氢化物 单质 氧化物 酸 碱 盐 氮元素的“价类二维图” 四、氮的氧化物 氮的氧化物 N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 氮元素化合价 ____ ____ ____ ____ ____ ____ +1 +2 +3 +4 +4 +5 ★ 都有毒，都是大气污染物 【思考】NO、NO2是不是酸性氧化物？ ② 2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O ① NO不与碱反应 ★ NO、NO2均不是酸性氧化物 ★ N2O3、N2O5是酸性氧化物 ③ NO2 + NO + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O “笑气”是一氧化二氮（N2O）的别称，为无色有甜味的气体，广泛应用于医药麻醉、食品加工等生产生活领域。人体吸入“笑气”后，会引起体内内啡肽的释放。内啡肽能让人产生短暂的欣快感，其实，笑气并不是真的让人发自内心地笑，而是通过让人脸部肌肉失控而形成的痴呆笑容。 氮氧化合物的用途 1、为火箭发射提供能量 2、制造硝酸、化肥和炸药 3、明星分子NO 1998年诺贝尔生理学奖获得者伊格纳罗发现少量的NO，在生物体内许多组织中存在，它有扩张血管、免疫、增强记忆等功能，成为当前生命科学的研究热点，NO亦称为“明星分子” 氮氧化物对环境的污染及防治 1、常见的污染类型 ① 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，生成醛、过氧酰硝酸酯等，它能刺激黏膜、眼睛，伤害中枢神经 洛杉矶光化学烟雾（20世纪40年代） NO2 → NO + O 光 2NO + O2 = 2NO2 O + O2 → O3 3O2 = 2O3 氮氧化物对环境的污染及防治 1、常见的污染类型 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 氮氧化物对环境的污染及防治 1、常见的污染类型 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 氮氧化物对环境的污染及防治 1、常见的污染类型 ④ NO与血红蛋白结合使人中毒，结合能力比CO强 氮氧化物对环境的污染及防治 2、污染来源 硝酸工厂、氮肥厂、金属冶炼厂的废气 汽车尾气 化石燃料的燃烧 氮氧化物对环境的污染及防治 3、污染防治 ③ 开发清洁能源 ② 安装尾气转化装置 ① 工业废气处理 2NO(g) + 2CO(g) = 2CO2(g) + N2(g) 催化剂 氮的氧化物 NO NO2 物理性质 无色、无味的有毒气体，不溶于水 红棕色、有刺激性气味的有毒气体 与H2O反应 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 与O2反应 2NO + O2 = 2NO2 实验室制备 铜与稀硝酸反应 铜与浓硝酸反应 收集方法 排水法 向上排空气法 其他 2NO2 N2O4 对环境影响 导致光化学烟雾、酸雨和破坏臭氧层 NO与NO2的比较 1、下列气体中只能用排液法收集的是（ ），不能用排水溶液的方法收集的是（ ） A. CO2 B. NO C. H2 D. NO2 2、某无色气体可能由O2、NO、NO2、N2、CO2中的一种或几种组成，该混合气体经放电后变成红棕色。原混合气的成分中一定含有（ ） A. N2、O2、NO B. N2、O2、CO2 C. N2、NO D. N2、O2 B D D 3、N2和O2的混合气体a L，通过高压放电，发生反应后恢复到原来温度和压强时，气体体积仍为a L，则原混合气体中，N2和O2的质量比是（ ） A. 任意比 B. 7 : 8 C. ≥ 7 : 8 D. < 7 : 8 C 4、a、b、c、d四支同容积的试管相同条件下分别充入等体积的两种气体（两气体体积比为1 : 1 ）。a管内是NO和O2，b管内是NO2和O2，c管内是NO和NO2，d管内是NO和N2。将这四支试管都倒插入有足量水的水槽中，水面上升高度应是（ ） A. a > b > c > d B. b > a > c > d C. a > c > b > d D. b > c > a > d A 5、如图所示的试管中装有12mL NO，然后间歇缓慢地通入8mL 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 （　　） A. ①③ B. ②④⑤ C. ②④⑥ D. ②③⑤ C 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支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是（　　） A. V1 > V2 > V3 B. V1 > V3 > V2 C. V2 > V3 > V1 D. V3 > V1 > V2 D 7、在容积为672mL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280mL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0.030mol/L D. 生成硝酸的物质的量浓度约为0.060mol/L B 3．自然界中氮的循环 4．氮气(N2) (1)物理性质 颜色 状态 气味 密度 溶解性 无色 气体 无味 与空气的接近 难溶于水 Lavf58.30.100 $