【課件】第五章+第二節(jié)氮及其化合物+第一課時(shí)++氮?dú)?、氮氧化物課件高一化學(xué)人教版（2019）必修第二冊(cè)

第五章

化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素

2019人教版必修一第二節(jié)

氮及其化合物第一課時(shí)

氮?dú)?、氮氧化?/p>

學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)分析氮?dú)夥肿拥慕Y(jié)構(gòu)，了解氮?dú)獾幕瘜W(xué)穩(wěn)定性；2.實(shí)驗(yàn)探究一氧化氮和二氧化氮的性質(zhì),了解自然界中形成硝酸的過(guò)程。課前導(dǎo)入

氮及其化合物

一、氮元素的“位——構(gòu)——性”元素位置原子結(jié)構(gòu)元素性質(zhì)第三周期第VA族最外層有5個(gè)電子，既不容易得到3個(gè)電子，也不容易失去5個(gè)電子。一般通過(guò)共用電子對(duì)與其他原子結(jié)合。主要化合價(jià)：_______________________________________主要化合價(jià)：___________________________-3、-2、0、+1、+2、+3、+4、+5-3、

-2、

0、

+1、

+2、+3、

+4、+5對(duì)應(yīng)物質(zhì)：_______________________________________NH3、

N2H4、

N2、

N2O、NO、

N2O3、

NO2、N2O4

、N2O5

NH4+HNO2、HNO3

二、氮元素的存在形式氮元素游離態(tài)主要以N2分子的形式存在于空氣中化合態(tài)少部分存在于動(dòng)植物體內(nèi)的蛋白質(zhì)中，以及土壤、海洋里的硝酸鹽和銨鹽中氮元素土壤、海洋中硝酸鹽和銨鹽空氣中的氮?dú)鈩?dòng)植物蛋白質(zhì)三、自然界中氮的循環(huán)

氮?dú)獾男再|(zhì)寫(xiě)出氮?dú)獾碾娮邮胶徒Y(jié)構(gòu)式電子式結(jié)構(gòu)式N

N

兩個(gè)氮原子間以共價(jià)三鍵結(jié)合，斷開(kāi)該化學(xué)鍵需要較多的能量，所以氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，通常難以與其它物質(zhì)反應(yīng)。NN四、氮?dú)獾奈锢硇再|(zhì)和化學(xué)性質(zhì)1、物理性質(zhì)

氮?dú)馐且环N無(wú)色無(wú)味的氣體，難溶于水，密度與空氣相近；液氮可做制冷劑。2、化學(xué)性質(zhì)

由于氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，通常很難與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)?？纱嫦∮袣怏w作保護(hù)氣體。但高溫、高壓、催化劑或者放電等條件下，可以和某些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。氮的固定N2+O2=======2NO放電或高溫工業(yè)合成氨不管量和條件如何變化，均只能生成NO?？赡娣磻?yīng)五、氮的固定1．概念：把空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)變?yōu)榈幕衔锏倪^(guò)程叫做氮的固定。2．分類：分類自然固氮高能固氮(如雷雨天氣N2轉(zhuǎn)化為NO)生物固氮(如豆科植物的根瘤菌固氮)人工固氮合成氨(工業(yè)上合成氨)1909年，德國(guó)化學(xué)家哈伯經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)，在500~600℃、17.5~20.0MPa和鋨為催化劑的條件下，反應(yīng)后氨的含量可達(dá)到6%以上，具備了工業(yè)化生產(chǎn)的可能性。哈伯(F.Haber，1868-1934)為了把哈伯合成氨的實(shí)驗(yàn)室方法轉(zhuǎn)化為規(guī)?；墓I(yè)生產(chǎn)，德國(guó)工程師博施作出了重要貢獻(xiàn)。由于合成氨工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)和相關(guān)研究對(duì)化學(xué)理論與技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)，哈伯和博施都獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。合成氨是人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的一項(xiàng)重大成就。人工固氮——工業(yè)合成氨知識(shí)點(diǎn)都掌握了嗎？來(lái)做幾道題檢測(cè)下~【例1】下列關(guān)于氮?dú)獾臄⑹觯_的是（

）A．氮?dú)庑再|(zhì)穩(wěn)定，即使在高溫下也很難跟其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)

B．氮?dú)獗瓤諝廨p，且不溶于水C．氮?dú)鉄o(wú)氧化性，也無(wú)還原性，不跟其他物質(zhì)反應(yīng)

D．氮?dú)饪膳c許多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)活潑B【例2】氮元素在海洋中的循環(huán)是整個(gè)海洋生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。海洋中無(wú)機(jī)氮的循環(huán)過(guò)程可用下圖表示，下列關(guān)于海洋中氮循環(huán)的說(shuō)法不正確的是（

）A．海洋中的氮循環(huán)屬于固氮作用的是②B．海洋中的氮循環(huán)起始于氮的氧化C．②中的含氮物質(zhì)轉(zhuǎn)化屬于氮的固定化作用D．向海洋排放含NO3-的廢水會(huì)影響海洋中NH4+的含量B模塊二氮氧化物

——一氧化氮、二氧化氮氮的氮氧化物——NOx

N2O（笑氣）NON2O3NO2N2O4N2O5化合價(jià)酸性氧化物酸酐：酸脫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（亞硝酸的酸酐）否否是（硝酸的酸酐）一、NO的性質(zhì)1.物理性質(zhì)

是一種無(wú)色、無(wú)味的有毒氣體，不溶于水，密度比空氣略??；2.化學(xué)性質(zhì)

屬于不成鹽氧化物（不與酸堿反應(yīng)），常溫下，極容易與氧氣反應(yīng)。2NO+O22NO2紅棕色實(shí)驗(yàn)室如何收集NO?排水法收集一氧化氮NO二、NO2的性質(zhì)1.物理性質(zhì)

常溫下，是一種紅棕色、有刺激性氣味的有毒氣體，易液化，易溶于水，密度比空氣大；二氧化氮NO2實(shí)驗(yàn)室如何收集NO2?向上排空氣法注意NO2在標(biāo)況下是液態(tài)；二氧化氮溶于水

實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)操作在一支50mL的注射器里充入20mLNO，觀察顏色

，然后吸入5mL水，用乳膠管和彈簧夾封住管口，振蕩注射器現(xiàn)象_____________________結(jié)論無(wú)色NO難溶于水無(wú)明顯現(xiàn)象【實(shí)驗(yàn)5-5】二氧化氮溶于水的實(shí)驗(yàn)NO與NO2實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)操作打開(kāi)彈簧夾快速吸入10mL空氣后夾上彈簧夾，觀察現(xiàn)象，然后再振蕩注射器現(xiàn)象_____________________,振蕩后________________結(jié)論無(wú)色氣體變紅棕色紅棕色變?yōu)闊o(wú)色在一定條件下，NO和NO2可以相互轉(zhuǎn)化。2NO+O2

===2NO23NO2+H2O===2HNO3+NO2.化學(xué)性質(zhì)（1）與水的反應(yīng)（2）與堿的反應(yīng)

2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O

NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O3NO2+H2O===2HNO3+NO應(yīng)用：工業(yè)制硝酸指出氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物應(yīng)用：尾氣處理補(bǔ)：NO屬于不成鹽氧化物，尾氣處理的方法：收集法——在裝置最后接個(gè)氣球。NO尾氣如何處理？NO氧化性較弱：6NO+4NH35N2+6H2O、2NO+2CO

N2+2CO2NO2氧化性較強(qiáng)：NO2+SO2

===NO+SO3

資料卡片——NO、NO2的氧化性應(yīng)用：生活中利用該反應(yīng)進(jìn)行汽車尾氣處理，轉(zhuǎn)化為無(wú)污染的清潔氣體N2【總結(jié)】性質(zhì)NONO2物理性質(zhì)毒性與水反應(yīng)與氧氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)室制備收集方法其他對(duì)環(huán)境影響無(wú)色、無(wú)味的有毒氣體，難溶于水紅棕色、有刺激性氣味、易液化的有毒氣體有毒（跟血紅蛋白結(jié)合）有毒不反應(yīng)(難溶于水)3NO2+H2O==2HNO3+NO2NO+O2==2NO2不反應(yīng)銅與稀硝酸反應(yīng)銅與濃硝酸反應(yīng)

排水法常用向上排空氣法2NO2N2O4導(dǎo)致光化學(xué)煙霧和酸雨，破壞臭氧層三、氮氧化物NOx

對(duì)環(huán)境的影響氮氧化物可造成什么環(huán)境污染問(wèn)題？1.酸雨（硝酸型酸雨）2.光化學(xué)煙霧光化學(xué)煙霧是什么？汽車、工廠等污染源排入大氣的氮氧化物與碳?xì)浠衔铮ㄒ淮挝廴疚铮?jīng)紫外線照射發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成以臭氧為主的二次污染物，參與光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的一次污染物和二次污染物的混合物，稱為光化學(xué)煙霧。光化學(xué)煙霧危害人體健康和植物生長(zhǎng)。

資料卡片——光化學(xué)煙霧知識(shí)擴(kuò)展1——常見(jiàn)的NOx尾氣處理方法

①堿液吸收法2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2ONO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2ONO2、NO的混合氣體能被足量燒堿溶液完全吸收的條件是n(NO2)≥n(NO)。一般適合工業(yè)尾氣中NOx處理。②催化轉(zhuǎn)化法在催化劑、加熱條件下，氨可將氮氧化物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒氣體(N2)或NOx與CO在一定溫度下催化轉(zhuǎn)化為無(wú)毒氣體(N2和CO2)。一般適用于汽車尾氣的處理。如：2NO+2CO

N2+2CO22NO2+4CO

N2+2CO2

據(jù)說(shuō)在新疆與青海兩省區(qū)交界處有一狹長(zhǎng)山谷，這里經(jīng)常在風(fēng)和日麗的晴天頃刻電閃雷鳴，下起雷雨，奇怪的是這里牧草茂盛，四季常青，被當(dāng)?shù)啬撩穹Q為“魔鬼谷”。為什么魔鬼谷牧草旺盛?有句諺語(yǔ)“雷雨發(fā)莊稼”，你明白其中的化學(xué)道理嗎?思維課堂+O2+O2+H2O+NH3N2NONO2HNO3

NH4NO3N2+O2

2NO放電或高溫=========2NO+O2===2NO23NO2+H2O===2HNO3+NOHNO3+NH3===NH4NO3D【典例3】

對(duì)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反應(yīng)的下列說(shuō)法正確是（

）A.氧化劑與還原劑的質(zhì)量比為1∶2B.氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2C.NO2是氧化劑，H2O是還原劑D.在反應(yīng)中若有6molNO2參與反應(yīng)時(shí)，有3mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移解析該反應(yīng)中NO2既是氧化劑又是還原劑，硝酸為氧化產(chǎn)物，NO為還原產(chǎn)物。硝酸與NO的物質(zhì)的量之比為2∶1，還原劑(NO2)與氧化劑(NO2)的物質(zhì)的量之比為2∶1。若有6molNO2參與反應(yīng)，則轉(zhuǎn)移電子4mol?！藺

“實(shí)驗(yàn)5-5”發(fā)生了哪些化學(xué)反應(yīng)?如果將注射器中的NO充分轉(zhuǎn)化，可以采取什么措施?上述實(shí)驗(yàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)硝酸有什么啟示?思維啟迪+O2+H2O3NO2+H2O=

2HNO3+NO2NO+O2=2NO22NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO

知識(shí)擴(kuò)展2氮的氧化物溶于水的計(jì)算問(wèn)題計(jì)算原理計(jì)算常用的三種方法如圖所示,在一支50mL的注射器里充入20mLNO,然后吸入5mL水,用乳膠管和彈簧夾封住管口,振蕩注射器,觀察現(xiàn)象1。打開(kāi)彈簧夾,快速吸入10mL空氣后夾上彈簧夾,觀察現(xiàn)象2。振蕩注射器,再觀察現(xiàn)象3。1.在此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,觀察到哪些現(xiàn)象?(1)注射器里充入20mLNO,然后吸入5mL水,振蕩后,無(wú)明顯現(xiàn)象。說(shuō)明NO不溶于水。(2)打開(kāi)彈簧夾快速吸入10mL空氣后,夾緊彈簧夾,觀察到注射器氣體由無(wú)色逐漸變?yōu)榧t棕色;振蕩后,紅棕色消失,氣體的體積逐漸減小,液面不斷上升。氮的氧化物溶于水的計(jì)算規(guī)律[實(shí)驗(yàn)探究]2.在上述實(shí)驗(yàn)中發(fā)生了哪些化學(xué)反應(yīng)?2NO+O2==2NO2

、

3NO2+H2O==2HNO3+NO。3.將充滿NO2、NO的試管分別倒置于水槽中,并通過(guò)導(dǎo)管通入少量的氧氣。(1)圖1試管中觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是什么?

圖2試管中觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是什么?圖1中紅棕色氣體逐漸變?yōu)闊o(wú)色,試管內(nèi)液面上升,持續(xù)通入適量O2,試管內(nèi)可充滿水。圖2中無(wú)色氣體先變成紅棕色,后逐漸變?yōu)闊o(wú)色,試管內(nèi)液面上升,持續(xù)通入適量O2,試管內(nèi)可充滿水。(2)圖1中NO2與O2的體積滿足怎樣的比例,才能使NO2完全轉(zhuǎn)化成HNO3?3NO2+H2O==2HNO3+NO和2NO+O2==2NO2這兩個(gè)反應(yīng)是循環(huán)發(fā)生的,采用方程式加和的方法,加和后方程式右邊不剩余任何氣體,左邊只剩H2O、NO2和O2。整理以下反應(yīng)3NO2+H2O==2HNO3+NO

①2NO+O2==2NO2 ②由方程式①×2+②得:

4NO2+O2+2H2O==4HNO3,即當(dāng)NO2和O2的體積比為4∶1時(shí)可完全溶于水生成硝酸。(3)圖2中NO與O2的體積滿足怎樣的比例,才能使NO完全轉(zhuǎn)化成HNO3?NO和O2同時(shí)通入水中時(shí),其反應(yīng)為2NO+O2==2NO2 ①3NO2+H2O===2HNO3+NO ②由方程式①×3+②×2得:4NO+3O2+2H2O==4HNO3,即當(dāng)NO和O2的體積比為4∶3時(shí)可完全溶于水生成硝酸。無(wú)論是單一氣體(NO2)，還是NO、NO2、O2中的兩者或三者的混合氣體，反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是3NO2+H2O===2HNO3+NO，2NO+O2===2NO2，故若有氣體剩余只能是NO或O2，不能是NO2。特別提醒提煉歸納氮的氧化物溶于水的計(jì)算原理與方法1．計(jì)算反應(yīng)原理3NO2＋H2O=2HNO3＋NO

①2NO+O2=2NO2②

反應(yīng)①×2＋②?

4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3

③反應(yīng)①×2＋②×3?4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3

④提煉歸納氮的氧化物溶于水的計(jì)算2．計(jì)算方法①NO2(或NO2與NO的混合氣體)氣體溶于水，利用氣體體積差法進(jìn)行計(jì)算。（1）關(guān)系式法（根據(jù)化學(xué)方程式）3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，反應(yīng)后的氣體體積是原來(lái)的三之一例1：將15mLNO2通過(guò)水吸收后，得到一定量的無(wú)色氣體A，請(qǐng)問(wèn)(1)A氣體是_____，(2)A氣體的體積是____________。例2：將20mLNO2和NO的混合氣通過(guò)水吸收后，得到14mL無(wú)色氣體A，請(qǐng)問(wèn)(1)A氣體是_____，(2)原NO2和NO氣體的體積分別是____________。

NO

②NO2和O2的混合氣體溶于水時(shí)涉及反應(yīng):4NO2+O2+2H2O==4HNO3,其計(jì)算如下表:例3：將16mLNO2和5mLO2混合氣體通入水中后，最終得amL無(wú)色氣體A，試回答：(1)A氣體是_____(2)A氣體的體積是____。例4：將20mLNO2和4mLO2混合氣體通入水中后，最終得amL無(wú)色氣體A，試回答：(1)A氣體是_____(2)A氣體的體積是____。③NO和O2的混合氣體溶于水時(shí)涉及反應(yīng):4NO+3O2+2H2O===4HNO3,其計(jì)算如下表:例5：將16mLNO和10mLO2混合氣體通入水中后，最終得amL無(wú)色氣體A，試回答：(1)A氣體是_____(2)A氣體的體積是____。例6：將9mLNO和6mLO2混合氣體通入水中后，最終得amL無(wú)色氣體A，試回答：(1)A氣體是_____(2)A氣體的體積是____。例7：將NO和NO2的混合氣通過(guò)水吸收后，得得amL無(wú)色氣體A，將此無(wú)色氣體A與等體積O2混合，再通過(guò)水充分吸收后，收集到5mL無(wú)色氣體B。試回答：(1)A氣體是_____，B氣體是_____；(2)A氣體的體積是____?！窘馕觥?1)NO2溶于水生成NO，故A為NO，NO與O2通入水中發(fā)生反應(yīng)4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3，二者等體積時(shí)，O2過(guò)量，故B為O2；(2)4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3

a

mL3a/4mL依題意：a－3a/4＝5，a＝20

NO

O2

20mL難度升級(jí)(2)原子守恒法4NO2+O2和4NO+3O2從組成上均相當(dāng)于2N2O5的組成,都與N2O5+H2O===2HNO3等效。當(dāng)NO、NO2、O2的混合氣體溶于水時(shí)利用混合氣體中氮、氧原子個(gè)數(shù)比進(jìn)行分析判斷。

n(N)∶n(O)(3)電子守恒法NO與O2的混合氣體通入水中發(fā)生反應(yīng):2NO+O2==2NO2、3NO2+H2O

==2HNO3+NO,在這當(dāng)中,存在著NO向NO2轉(zhuǎn)化、NO2向HNO3轉(zhuǎn)化的同時(shí)又生成NO的循環(huán)反應(yīng)。但總體來(lái)講,NO→HNO3,N的化合價(jià)升高是由于被O2氧化,因此可寫(xiě)出在氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)必然相等。例2：在一定條件下，將m體積NO與n體積O2先后通入倒立在水中且盛滿水的容器中，充分反應(yīng)后，容器內(nèi)殘留體積的氣體，該氣體與空氣接觸后變?yōu)榧t棕色，則m與n的比值為_(kāi)_____有關(guān)氮氧化物溶于水計(jì)算的兩種方法無(wú)論是單一氣體(NO2)，還是NO、NO2、O2中的兩者或三者的混合氣體，反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是3NO2＋H2O==2HNO3＋NO，2NO＋O2==2NO2，故若有氣體剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。(1)關(guān)系式法：①若NO和O2通入水中，總關(guān)系式為4NO＋3O2＋2H2O==4HNO3。②若NO2和O2通入水中，總關(guān)系式為4NO2＋O2＋2H2O==4HNO3。(2)原子守恒法

(3)電子守恒法當(dāng)NOx轉(zhuǎn)化為硝酸時(shí)要失去電子，如果是NOx與O2混合，則反應(yīng)中O2得到的電子數(shù)與NOx失去的電子數(shù)相等?！疽?guī)律總結(jié)】在一支容積為30mL的試管內(nèi)充滿NO2和O2的混合氣體，把試管倒置于水中，充分反應(yīng)后余5mL，則原混合氣體中NO2和O2的體積各是多少？4NO2+O2+2H2O=4HNO3

解：若O2過(guò)量，剩余氣體為O2V(NO2)=25×4/5=20mLV(O2)=25×1/5+5=10mL若NO2過(guò)量，剩余氣體為NO3NO2+H2O=2HNO3+NO155V(NO2)=15×4/5+15=27mLV(O2)=15×1/5=3mL1.將一支充有12mLNO2氣體的試管倒置于水槽中，充分反應(yīng)。(1)下列圖示正確的是_____(填字母)。C(2)若水不能充滿試管，需再向試管中緩緩充入O2，現(xiàn)象為_(kāi)________________________________，最終充入__mL氧氣，才能使水全部充滿。無(wú)色氣體變?yōu)榧t棕色，液面逐漸上升32.下列反應(yīng)必須加入氧化劑且一步反應(yīng)就能完成的是①N2→NO2

②NO2→NO

③NO2→HNO3

④N2→NO

⑤N2→NH3A.① B.②⑤

C.④ D.③④√3.現(xiàn)有NO2、O2的混合氣體12mL，通入足量水中，充分反應(yīng)后剩余氣體2mL(同溫同壓下)，則原混合氣體中氧氣的體積是A.1.3mL B.2.4mLC.3mL