5.2.1 氮气与氮的 课件-2026-2027学年高一下学期化学人教版必修第二册

第二节 第一课时 -----氮气和氮的固定 第五章 化工生产中的重要非金属元素 学习目标 课标要求 核心素养 证据推理与模型认知： 能基于氮气的三键、一氧化氮及二氧化氮的结构或化合价等证据，推理它们的化学性质，强化结构决定性质认知模型。 宏观辨识与微观探析： 能够从宏观和微观相结合的视角分析氮及其化合物的性质，通过氮分子的结构（N≡N）来理解氮气化学性质稳定的原因。 了解氮元素的存在及氮的固定。 认识化学变化是有条件的，改变条件可以控制化学反应的速率。 总结物质本身性质、浓度、温度、催化剂等因素对化学反应速率的影响，并在实验中掌握“控制变量”的科学方法。 2 情景导入 薯片的包装总是鼓鼓的，里边是空气吗？ 是起什么作用呢？ 电灯泡里的气体是空气吗？ 活动单元一 位置 结构 性质 第二周期，第ⅤA族 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相互结合构成物质 氮元素 氮气 思考：氮在元素周期表中的位置如何？根据氮在周期表中的位置推测氮的性质？ 活动单元一 氮气 1、游离态：主要以氮分子的形式存在于空气中。 (78%) 氮气 氧气 (21%) 空气的成分(按体积) 2、化合态：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。 熔点：-210 ℃ 沸点：-196 ℃ 密度：1.25 g/L 1. 物理性质 氮气 颜色 状态 密度 气味 溶解度 收集氮气时用排水法！ 无色 气态 比空气略小 无味 难溶于水 活动单元一 氮气 思考：从化学键的角度分析，氮气的化学性质为什么稳定？ 活动单元一 氮气 氮分子形成过程 电子式 结构式 氮分子内两个氮原子间以__________结合，断开该化学键需要_______的能量，所以氮气的化学性质很_______。 氮氮三键 较多 稳定 视角：氮元素的原子结构和氮气分子电子式。 思考：你能否从结构、元素化合价的视角去思考氮气的化学性质为什么很稳定？ 活动单元一 氮气 2、化学性质 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。 N2 + 3Mg === Mg3N2 点燃 N2 + 3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 N2 + O2 =========2NO 高温或放电 （工业合成氨气） 离子化合物 氧化性 还原性 氧化性 -3 0 +2 0 -3 0 活动单元二 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 (2)分类： 注意：氮的固定是化学变化 氮的固定 自然固氮 高能固氮 生物固氮(如豆科植物的根瘤菌将氮气转化为氨) 人工固氮 合成氨 仿生固氮 （N2 + 3H2 2NH3） 高温、高压 催化剂 （N2 + O2 =========2NO） 高温或放电 思考：NH3→NO 能称为氮的固定吗？ 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？ 阅读P12科学史话，认识合成氨的发展历史. 活动单元三 氮的氧化物 1. NO和NO2的物理性质 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 N的氧化物的种类——它们都有毒，是大气污染物 氧化物   NO N2O3     N2O5 对应氮的化合价 ＋1 ＋2   ＋4 ＋4 ＋5 N2O NO2 N2O4 ＋3 N2O俗称笑气，具有麻醉作用 2NO2 N2O4 2. NO和NO2的化学性质 氮的氧化物 ⑴ NO的化学性质 ① NO具有还原性，常温下，很容易与空气中的O2化合，生成NO2 。 2NO＋O2＝2NO2 还原性 －3 0 ＋2 ＋5 N价态 ＋4 NO 氧化性 还原性 NO2 N2 思考：实验室如何检验无色的气体是NO？ 活动单元三 ② NO具有 ，与CO、NH3反应，生成氮气。 汽车尾气催化转化装置，可将排放的废气（CO、NO）处理为可参与大气循环的气体，请写出方程式。 2NO＋2CO 2CO2＋2N2 催化剂 硝酸工厂排放出的有毒气体NO，在一定条件下可用NH3处理为可参与大气循环的气体，请写出反应的方程式。。 6NO＋4NH3 5N2＋6H2O 　 一定条件 氮的氧化物 氧化性 思考：该反应中氧化剂与还原剂，氧化产物与还原产物分别是？ 活动单元三 氮的氧化物 (2) NO2的化学性质 P13 【实验5-5】 实验 装置 实验 操作 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 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________________ 无明显现象 无色气体变红棕色 红棕色变为无色 3NO2+H2O ==2HNO3+NO 思考：绘制二氧化氮和水反应方程式的双线桥；NO2充满试管，液面上升高度多少 2NO＋O2＝2NO2 失去 结论 NO难溶于水 在一定条件下， NO和NO2可以相互转化。 工业制取硝酸的原理 ① NO2溶于水 活动单元三 氮的氧化物 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，可以来取什么措施？上述实验对工业上生产硝酸有什么启示？ 思考：如果要将注射器中的 NO 充分转化，可以采取什么措施 ? + O2 + H2O 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 2NO + O2 = 2NO2 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 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 思考：上述实验对工业生产硝酸有什么启示 ? 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。 活动单元三 氮的氧化物 ② NO2具有较强的氧化性，可使湿润的KI淀粉试纸变蓝，还可将SO2氧化： NO2 + SO2 = SO3 + NO ③ NO2有毒，你觉得处理工业废气的NO2可选用什么方法？ 2NO2+ 2NaOH ==NaNO3+ NaNO2 +H2O 思考： NO和NO2是酸性氧化物吗？ 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。 ④自身的二聚。 2NO2 N2O4 思考：1mol的NO与足量的氧气充分反应，生成的NO2的分子数为NA吗？ N2O5 和 N2O3属于酸性氧化物 活动单元三 氮的氧化物 氮的氧化物对环境的污染 1）来源：氮氧化物主要是空气中的氮气在高温下被氧化生成的，因为空气中氮气含量接近80%，所以在气缸内高温燃烧时很容易产生氮氧化物。一般尾气氮氧化物超标主要是混合气过浓，当混合气过浓时汽油不完全燃烧产生大量碳氢化合物，它们与氮气反应时不需要太高温度就能生成很多氮氧化物。 2）危害： (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，产生了一种有毒的烟雾 (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。 (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。 活动单元三 氮的氧化物 应用氮元素的二维图设计转化方案,实现氮氧化物的无害化处理。 氧化物 盐 与碱性物质 还原性 氧化性 N的化合物 与氧化剂 +5 与还原剂 N2 N2 NO2 NH3 Cu(NO3)2 物质类别 氢化物 单质 氧化物 酸 盐 -3 0 +2 +5 +4 化合价 +1 +3 NO HNO3 H2 O2 CO NH3 O2 H2O Mg3N2 Mg CO NH3 活动单元三 活动单元四 氮的氧化物-课堂练习 3．如图是短周期主族氮元素的价类二维图。下列说法错误的是 A．g和h可能是同一种物质 B．一定条件下，a与氧气能一步反应生成d C．一定条件下，a和e可能反应生成b D．c、d、e中，只有c是酸性氧化物 2．运用思维图学习，有助于提高归纳整理能力。如图为物质X的思维图。X可能为 A. N2 B. NO2 C. NO D. SO3 1．下列气体中，既有颜色又有毒性的是 A． N2 B． SO2 C． NO2 D．NH3 C C B 活动单元五 氮的氧化物溶于水的计算 在这个过程中要通入多少的O2， NO才能完全转变成HNO3呢？ 工业生产硝酸，将尾气(NO)吸收通入足量的氧气后再溶解于水，经过多次循环氧化、溶解，可充分利用原料，并减少NO的排放，保护环境。 氮氧化物溶于水的计算方法 氮的氧化物溶于水的计算 当体积比V(NO) ：V(O2) ①NO 和O2的混合气体溶于水 NO 和O2以 的比例通入水中，试管全充满 4 ：3 3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO ① 2NO＋O2＝2NO2 ② ①×3＋②×2： 4NO2＋3O2＋2H2O＝4HNO3 ˂4:3 =4:3 >4:3 O2 过量，剩余O2 恰好完全反应 NO过量，剩余NO 现象：先出现红棕色气体，红棕色气体逐渐消失，试管内液面上升至充满整个试管。 活动单元五 氮的氧化物溶于水的计算 ②NO2和O2的混合气体溶于水 NO2和O2以 的比例通入水中，试管全充满 4 ：1 3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO ① 2NO＋O2＝2NO2 ② ①×2＋②： 4NO2＋O2＋2H2O＝4HNO3 注意：故若有气体剩余只能是 NO 或 O2 ，不可能是NO2。 当体积比V(NO) ：V(O2) ˂4:1 =4:1 >4:1 恰好完全反应 活动单元五 氮的氧化物溶于水的计算 1、将充有1.2 mol NO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中， 再通入0.6 mol O2，充分反应后，整个试管充满水。则原混合气体中NO与NO2体积比为(　 　 ) A、1∶2 B、1∶1 C、3： 7 D、无法确定 2、一定条件下，将充满NO2和O2的试管倒立于水槽中，充分反应后，剩余气体体积为原混合气体体积的六分之一，则原混合气体中NO2与O2的体积比可能为(　　 ) A、2∶1 B、1∶2 C、4∶1 D、1∶4 B A 活动单元五 氮的氧化物溶于水的计算 3、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可能为 (　　) A、1 mL B、2.4 mL C、3 mL D、4 mL 【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 活动单元五 氮的氧化物溶于水的计算 4、如图所示的试管中装有12 mLNO，然后间歇缓慢地通入8 mLO2(同温、同压下)。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试管内气体是氧气，⑥试管内气体是一氧化氮。 其中正确的是(　 　) A、②④⑥ B、①③ C、②④⑤ D、②③⑤ A 活动单元五 Lavf59.34.101 $