【课件】第五章+第二节氮及其化合物+第一课时++氮气、氮氧化物课件高一化学人教版（2019）必修第二册.pptx

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1、第五章 化工生产中的重要非金属元素化工生产中的重要非金属元素 2019人教版必修一第二节 氮及其化合物第一课时 氮气、氮氧化物 学习目标1.通过分析氮气分子的结构，了解氮气的化学稳定性；2.实验探究一氧化氮和二氧化氮的性质,了解自然界中形成硝酸的过程。课前导入 氮及其化合物一、氮元素的“位构性”元素位置原子结构元素性质第三周期第VA族最外层有5个电子，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。主要化合价：_主要化合价：_-3、-2、0、+1、+2、+3、+4、+5-3、-2、0、+1、+2、+3、+4、+5对应物质：_NH3、N2H4、N2、N2O、NO、N

2、2O3、NO2、N2O4、N2O5NH4+HNO2、HNO3二、氮元素的存在形式氮元素游离态主要以N2分子的形式存在于空气中化合态少部分存在于动植物体内的蛋白质中，以及土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中氮元素氮元素土壤、海洋中硝酸盐和铵盐土壤、海洋中硝酸盐和铵盐空气中的氮气空气中的氮气动植物蛋白质动植物蛋白质三、自然界中氮的循环 氮气的性质写出氮气的电子式和结构式电子式结构式NN两个氮原子间以共价三键结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常难以与其它物质反应。NN四、氮气的物理性质和化学性质1、物理性质 氮气是一种无色无味的气体，难溶于水，密度与空气相近；液氮可做制冷剂。2、

3、化学性质 由于氮气由于氮气的的化学性质稳定，化学性质稳定，通常很难与其他物质发生化学反应通常很难与其他物质发生化学反应。可代替稀有气体可代替稀有气体作保作保护气体护气体。但但高温高温、高压、催化剂或者放电、高压、催化剂或者放电等条件下，可以和某些物质发生反应。等条件下，可以和某些物质发生反应。氮的固定N2 +O2=2NO放电或高温工业合成氨不管不管量和条件如何量和条件如何变化，变化，均均只能生成只能生成NONO。可逆反应可逆反应五、氮的固定1概念：把空气中游离态的氮转变为氮的化合物的过程叫做氮的固定。2分类：分类分类自然固氮自然固氮高能固氮高能固氮(如雷雨天气如雷雨天气N N2 2转化为转化为

4、NO)NO)生物固氮生物固氮(如豆科植物的根瘤菌固氮如豆科植物的根瘤菌固氮)人工固氮人工固氮合成氨(工业上合成氨)1909年，德国化学家哈伯经过反复的实验研究后发现，在500600、17.520.0MPa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。哈伯(F.Haber，1868-1934)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。人 工 固 氮 工业合成氨知识点都掌握了吗？来做几道题检

5、测下【例1】下列关于氮气的叙述，正确的是（）A氮气性质稳定，即使在高温下也很难跟其他物质发生反应 B氮气比空气轻，且不溶于水 C氮气无氧化性，也无还原性，不跟其他物质反应 D氮气可与许多物质发生化学反应，所以氮气的化学性质活泼B【例2】氮元素在海洋中的循环是整个海洋生态系统的基础和关键。海洋中无机氮的循环过程可用下图表示，下列关于海洋中氮循环的说法不正确的是（）A海洋中的氮循环属于固氮作用的是B海洋中的氮循环起始于氮的氧化C中的含氮物质转化属于氮的固定化作用D向海洋排放含NO3-的废水会影响海洋中NH4+的含量B模块二 氮氧化物 一氧化氮、二氧化氮氮的氮氧化物NOxN2O（笑气）NON2O3N

6、O2N2O4N2O5化合价酸性氧化物酸酐：酸脱水后形成的氧化物叫酸酐；酸性氧化物一定是酸酐，但酸酐不一定是酸性氧化物（如乙酸酐）；+1+2+3+4+5否否是（亚硝酸的酸酐）否否是（硝酸的酸酐）一、NO的性质1.物理性质 是一种无色、无味的有毒气体，不溶于水，密度比空气略小；2.化学性质 属于不成盐氧化物（不与酸碱反应），常温下，极容易与氧气反应。2NO+O2 2 NO2红棕色红棕色实验室如何实验室如何收集收集 NO?排排水水法法收收集集一氧化氮一氧化氮 NO二、NO2的性质1.物理性质 常温下，是一种红棕色红棕色、有刺激性气味的有毒气体，易液化，易溶于水，密度比空气大；二氧化氮二氧化氮 NO2

7、实验室如何收集实验室如何收集 NO2?向上排空气法向上排空气法注意注意 NO2在标况在标况下是液态；下是液态；二氧化氮溶于水 实验探究实验装置 实验操作在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，观察颜色 ，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【实验【实验5-55-5】二氧化氮溶于水的实验】二氧化氮溶于水的实验NO与NO2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_结论无色气体变红棕色红棕色变为无色在一定条件下，NO和NO2可以相互转化。2NO+O2=2NO2 3NO2+H

8、2O=2HNO3+NO2.化学性质（1）与水的反应（2）与碱的反应2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2ONONO22NaOH=2NaNO2H2O 3NO2+H2O=2HNO3+NO应用：工业制硝酸指出氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物应用：尾气处理补：NO属于不成盐氧化物，尾气处理的方法：收集法在装置最后接个气球。NO尾气如何处理？NO氧化性较弱：6NO+4NH35N2+6H2O、2NO+2CON2+2CO2NO2氧化性较强：NO2+SO2=NO+SO3 资料卡片NO、NO2的氧化性应用：生活中利用该反应进行汽车尾气处理，转化为无污染的清洁气体N2【总结】性 质NONO2物理性质毒 性

9、与水反应与氧气反应实验室制备收集方法其他对环境影响无色、无味的有毒气体，难溶于水 红棕色、有刺激性气味、易液化的有毒气体有毒（跟血红蛋白结合）有毒不反应(难溶于水)3NO2+H2O=2HNO3+NO2NO+O2=2NO2不反应铜与稀硝酸反应铜与浓硝酸反应 排水法常用向上排空气法2NO2 N2O4导致光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层三、氮氧化物NOx对环境的影响氮氧化物可造成什么环境污染问题？1.酸雨（硝酸型酸雨）2.光化学烟雾光化学烟雾是什么？汽车、工厂等污染源排入大气的氮氧化物与碳氢化合物（一次污染物），经紫外线照射发生光化学反应生成以臭氧为主的二次污染物，参与光化学反应过程的一次污染物和二次污

10、染物的混合物，称为光化学烟雾。光化学烟雾危害人体健康和植物生长。资料卡片光化学烟雾知识扩展知识扩展1常见的NOx尾气处理方法 碱液吸收法2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2ONO2NO2NaOH=2NaNO2H2ONO2、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)。一般适合工业尾气中NOx处理。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)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。如：2NO+2CON2+2CO22NO2+4CON2+2CO2 据说在新疆与青海两省区交界处有一狭长山谷，这里经常

11、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?思维课堂思维课堂+O2+O2+H2O+NH3N2NONO2HNO3NH4NO3N2+O2 2NO放电或高温放电或高温=2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NOHNO3+NH3=NH4NO3D【典例3】对3NO2H2O=2HNO3NO反应的下列说法正确是（）A.氧化剂与还原剂的质量比为12B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为12C.NO2是氧化剂，H2O是还原剂D.在反应中若有6molNO2参与反应时，有3mol

12、电子发生转移解析该反应中NO2既是氧化剂又是还原剂，硝酸为氧化产物，NO为还原产物。硝酸与NO的物质的量之比为21，还原剂(NO2)与氧化剂(NO2)的物质的量之比为21。若有6molNO2参与反应，则转移电子4mol。A “实验实验5-5”发生了哪些化学反应发生了哪些化学反应?如果将注射器中如果将注射器中的的 NO 充分转化充分转化，可以采取什么措施，可以采取什么措施?上述实验对上述实验对工工业生产硝酸业生产硝酸有什么启示有什么启示?思维启迪思维启迪+O2+H2O3NO2+H2O =2HNO3+NO2NO+O2 =2NO22NO+O2 =2NO23NO2+H2O =2HNO3+NO 知识 扩

13、展2氮的氧化物溶于水的计算问题计算计算原理原理计算常用的三种方法计算常用的三种方法如图所示,在一支50 mL50 mL的注射器里充入20 mL NO,20 mL NO,然后吸入5 mL5 mL水,用乳胶管和弹簧夹封住管口,振荡注射器,观察现象1 1。打开弹簧夹,快速吸入10 mL10 mL空气后夹上弹簧夹,观察现象2 2。振荡注射器,再观察现象3 3。1.在此实验过程中,观察到哪些现象?(1)1)注射器里充入注射器里充入20 mL NO,20 mL NO,然后吸入然后吸入5 mL5 mL水水,振荡后振荡后,无明显现象。说明无明显现象。说明NONO不溶于水。不溶于水。(2)(2)打开弹簧夹快速吸

14、入打开弹簧夹快速吸入10 mL10 mL空气后空气后,夹紧弹簧夹夹紧弹簧夹,观察到注射器气体由无色逐渐变为观察到注射器气体由无色逐渐变为红棕色红棕色;振荡后振荡后,红棕色消失红棕色消失,气体的体积逐渐减小气体的体积逐渐减小,液面不断上升。液面不断上升。氮的的氧化物溶于氧化物溶于水水的计算规律的计算规律实验探究2.在上述实验中发生了哪些化学反应?2NO+O2=2NO2 、3NO2+H2O=2HNO3+NO。3.将充满NO2、NO的试管分别倒置于水槽中,并通过导管通入少量的氧气。(1)图1试管中观察到的实验现象是什么?图2试管中观察到的实验现象是什么?图图1 1中红棕色气体逐渐中红棕色气体逐渐变为

15、无色变为无色,试管内试管内液面上升液面上升,持续通入适量持续通入适量O O2 2,试管内试管内可充满水可充满水。图图2 2中无色气体中无色气体先变成红棕色先变成红棕色,后逐渐变后逐渐变为无色为无色,试试管内管内液面上升液面上升,持续通入适量持续通入适量O O2 2,试管内试管内可充满水可充满水。(2)图1中NO2与O2的体积满足怎样的比例,才能使NO2完全转化成HNO3?3NO2+H2O=2HNO3+NO和2NO+O2=2NO2这两个反应是循环发生的,采用方程式加和的方法,加和后方程式右边不剩余任何气体,左边只剩H2O、NO2和O2。整理以下反应整理以下反应3NO2+H2O=2HNO3+NO

16、2NO+O2=2NO2由方程式由方程式2+2+得得:4NO2+O2+2H2O=4HNO3,即即当当NO2和和O2的体积比的体积比为为4 1时可完全溶于水生成硝酸。时可完全溶于水生成硝酸。(3)图图2中中NO与与O2的体积满足怎样的比例的体积满足怎样的比例,才能使才能使NO完全转化成完全转化成HNO3?NONO和和O O2 2同时通入水中时同时通入水中时,其反应为其反应为2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO由方程式由方程式3+23+2得得:4NO+3O2+2H2O=4HNO3,即即当当NO和和O2的体积比的体积比为为4 3 时可完全溶于水生成硝酸。时可完全溶于水生成硝酸。无论

17、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，不能是NO2。特别提醒提炼归纳提炼归纳氮的氧化物溶于水的计算原理与方法氮的氧化物溶于水的计算原理与方法1计算反应原理计算反应原理3NO2H2O=2HNO3NO 2NO+O2=2NO2 反应反应2 4NO2O22H2O=4HNO3 反应反应23 4NO3O22H2O=4HNO3 提炼归纳提炼归纳氮的氧化物溶于水的计算氮的氧化物溶于水的计算2计算方法计算方法NO2(或NO2与NO的混合气体)气体溶于水，利用气体体积差法进行计算

18、。（1）关系式法（根据化学方程式）3NO2H2O=2HNO3NO，反应后的气体体积是原来的三之一例例1：将将15mL NO2通过水吸收后，得通过水吸收后，得到一定量的到一定量的无色气体无色气体A，请问请问(1)A气体是气体是_，(2)A气体的体积是气体的体积是_。例例2：将将20 mL NO2和和NO的混合气通过水吸收后，得的混合气通过水吸收后，得到到14 mL无色气体无色气体A，请问请问(1)A气体是气体是_，(2)原原NO2和和NO气体的体积分别是气体的体积分别是_。NO NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应:4NO2+O2+2H2O=4HNO3,其计算如下表:例例3：将将16mL NO

19、2和和5mL O2混合气体通入水中后，最终得混合气体通入水中后，最终得a mL无色气体无色气体A，试回答：，试回答：(1)A气体是气体是_(2)A气体的体积是气体的体积是_。例例4：将将20mL NO2和和4mL O2混合气体通入水中后，最终得混合气体通入水中后，最终得a mL无色气体无色气体A，试回答：，试回答：(1)A气体是气体是_(2)A气体的体积是气体的体积是_。NO和和O2的混合气体溶于水时涉及反应的混合气体溶于水时涉及反应:4NO+3O2+2H2O=4HNO3,其其计算如下计算如下表表:例例5：将将16mL NO和和10mL O2混合气体通入水中后，最终得混合气体通入水中后，最终得

20、a mL无色气体无色气体A，试回答：，试回答：(1)A气体是气体是_(2)A气体的体积是气体的体积是_。例例6：将将9mL NO和和6mL O2混合气体通入水中后，最终得混合气体通入水中后，最终得a mL无色气体无色气体A，试回答：试回答：(1)A气体是气体是_(2)A气体的体积是气体的体积是_。例例7：将将NO和和NO2的混合气通过水吸收后，得得的混合气通过水吸收后，得得a mL无色气体无色气体A，将此无色，将此无色气体气体A与等体积与等体积O2混合，再通过水充分吸收后，收集到混合，再通过水充分吸收后，收集到5 mL无色气体无色气体B。试。试回答：回答：(1)A气体是气体是_，B气体是气体是

21、_；(2)A气体的体积是气体的体积是_。【解析】【解析】(1)NO2溶于水生成溶于水生成NO，故，故A为为NO，NO与与O2通入水中发通入水中发生反应生反应4NO3O22H2O=4HNO3，二者等体积时，二者等体积时，O2过量，故过量，故B为为O2；(2)4NO 3O22H2O=4HNO3 a mL 3a/4mL 依题意：依题意：a3a/45，a20NO O2 20 mL难度升级(2)(2)原子守恒法原子守恒法4NO2+O2和和4NO+3O2从组成上均相当于从组成上均相当于2N2O5的组成的组成,都与都与N2O5+H2O=2HNO3等效。当等效。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气

22、体中的混合气体溶于水时利用混合气体中氮、氧原子个氮、氧原子个数比进行分析判断。数比进行分析判断。n(Nn(N)n(O)n(O)(3)(3)电子守恒法电子守恒法NO与与O2的混合气体通入水中发生反应的混合气体通入水中发生反应:2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO,在这当中在这当中,存在着存在着NO向向NO2转化、转化、NO2向向HNO3转化的同时转化的同时又又生成生成NO的循环反应。但总体来讲的循环反应。但总体来讲,NOHNO3,N的化合价升高是由于被的化合价升高是由于被O2氧化氧化,因此可写出因此可写出在氧化还原反应中得失电子数必然相等。在氧化还原反应中得失电子数必然相等

23、。例2：在一定条件下，将在一定条件下，将m体积体积NO与与n体积体积O2先后通入倒立在水中且盛满先后通入倒立在水中且盛满水的容器中，充分反应后，容器内残留体积的气体，该气体与空气接触后水的容器中，充分反应后，容器内残留体积的气体，该气体与空气接触后变为红棕色，则变为红棕色，则m与与n的比值为的比值为_有关氮氧化物溶于水计算的两种方法无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2H2O=2HNO3NO，2NOO2=2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。(1)关系式法：若NO和O2通入水中，总关系式为4NO3O22H2O=4HNO

24、3。若NO2和O2通入水中，总关系式为4NO2O22H2O=4HNO3。(2)原子守恒法 (3)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。【规律总结】在一支容积为在一支容积为30mL的试管内充满的试管内充满NO2和和O2的混合气体，把试管倒置于的混合气体，把试管倒置于水中，充分反应后余水中，充分反应后余5mL，则原混合气体中，则原混合气体中NO2和和O2的体积各是多少？的体积各是多少？4NO2+O2+2H2O=4HNO3 解：若O2过量，剩余气体为O2V(NO2)=254/5=20mLV(O2)=251/5+5=10mL

25、若NO2过量，剩余气体为NO3NO2+H2O=2HNO3+NO 15 5V(NO2)=154/5+15=27mLV(O2)=151/5=3mL1.将一支充有12 mL NO2气体的试管倒置于水槽中，充分反应。(1)下列图示正确的是_(填字母)。C(2)若水不能充满试管，需再向试管中缓缓充入O2，现象为_，最终充入_ mL氧气，才能使水全部充满。无色气体变为红棕色，液面逐渐上升32.下列反应必须加入氧化剂且一步反应就能完成的是N2NO2NO2NONO2HNO3N2NON2NH3A.B.C.D.3.现有NO2、O2的混合气体12 mL，通入足量水中，充分反应后剩余气体2 mL(同温同压下)，则原混

26、合气体中氧气的体积是A.1.3 mL B.2.4 mLC.3 mL D.4 mL或1.2 mL【课堂练习】1.如图所示的试管中装有12mLNO，然后间歇缓慢地通入8mLO2。有关最终状态的描述：试管内气体呈红棕色，试管内气体呈无色，试管内液面不变，试管内液面上升，试管内气体是O2，试管内气体是NO。其中正确的是()CABCD【课堂练习】2.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NO和NO2，NO2和O2，NO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()DAV1V2V3BV1V3V2CV2V3V

27、1DV3V1V2【课堂练习】3.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()BA总反应为NONO2O2H2O=2HNO3B总反应为4NO8NO25O26H2O=12HNO3C生成硝酸的物质的量浓度均为0.030molL1D生成硝酸的物质的量浓度约为0.060molL1【课堂练习】4.用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下：NO2NO2NaOH=2NaNO2H2O2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O现有V L某NaOH溶液能完全吸收n molNO2和m molNO组成的大气污染物。32m+nV