【課件】第1課時(shí) 氮?dú)夂偷趸?2023-2024學(xué)年高一化學(xué)人教版（2019）必修第二冊(cè)

第5章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素

第二節(jié)氮及其化合物第1課時(shí)氮?dú)夂偷趸飳?dǎo)入一“死亡谷”———青藏高原上的那棱格勒峽谷,經(jīng)常出現(xiàn)剛才還風(fēng)和日麗的晴天頃刻之間便電閃雷鳴、狂風(fēng)大作的天氣,但奇怪的是,這里的牧草茂盛、水草肥美,這是為什么呢?導(dǎo)入二在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和日常生活中,氮?dú)庥袕V泛的用途。我們可以將它充灌在電燈泡里,防止鎢絲的氧化,延長(zhǎng)燈泡的使用壽命。還可用它來(lái)代替惰性氣體作焊接金屬時(shí)的保護(hù)氣,容易腐敗的食物也可以充入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣。那么氮?dú)鉃槭裁纯梢宰鞅Ｗo(hù)氣呢?導(dǎo)入三通過(guò)上節(jié)課的學(xué)習(xí),我們認(rèn)識(shí)了自然界中硫元素的多樣性及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化,而氮元素也是地球上含量豐富的一種元素,且與我們的生態(tài)息息相關(guān)。這節(jié)課我們就來(lái)學(xué)習(xí)氮元素的有關(guān)知識(shí)。思路一一、氮?dú)馀c氮的固定展示氮元素的“位-構(gòu)-性”:氮原子一般通過(guò)共用電子對(duì)與其他原子相互結(jié)合構(gòu)成物質(zhì)。一、氮?dú)馀c氮的固定氮元素在自然界中的存在形式:游離態(tài):主要以氮分子的形式存在于空氣中?；蠎B(tài):存在于動(dòng)植物體內(nèi)的蛋白質(zhì)中,土壤、海洋里的硝酸鹽和銨鹽中。氮?dú)獾奈锢硇再|(zhì)：顏色氣味狀態(tài)密度溶解性無(wú)色無(wú)味氣體比空氣略小難溶于水一、氮?dú)馀c氮的固定根據(jù)氮原子的核外電子排布和氮?dú)夥肿拥慕Y(jié)構(gòu),推測(cè)氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)。氮分子內(nèi)兩個(gè)氮原子間以共價(jià)三鍵(N≡N)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,通常情況下難以與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。一、氮?dú)馀c氮的固定氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì):在高溫、放電等條件下,氮分子獲得了足夠的能量,使N≡N斷裂,氮?dú)饪梢耘c鎂、氫氣、氧氣等發(fā)生化合反應(yīng)。1.與金屬鎂反應(yīng):2.與非金屬反應(yīng):一、氮?dú)馀c氮的固定小試牛刀寫(xiě)出鎂條在空氣中燃燒的化學(xué)方程式。一、氮?dú)馀c氮的固定閱讀教材,了解氮的固定。一、氮?dú)馀c氮的固定閱讀教材“科學(xué)史話”欄目,了解“合成氨”的重要性。合成氨是人類(lèi)科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的一項(xiàng)重大成就,在很大程度上解決了地球上因糧食不足而導(dǎo)致的饑餓問(wèn)題,是化學(xué)和技術(shù)對(duì)社會(huì)發(fā)展與進(jìn)步的巨大貢獻(xiàn)。一、氮?dú)馀c氮的固定小試牛刀1.判斷正誤(1)N2和O2在高溫條件下反應(yīng)會(huì)生成NO。(

)(2)N2中N元素價(jià)態(tài)為0價(jià),處于中間價(jià)態(tài),因此既有氧化性,又有還原性。(

)(3)氮?dú)獬Ｓ米骱附咏饘?、填充燈泡、保存食品的保護(hù)氣。(

)(4)氮的固定中氮元素一定被氧化。(

)(5)工業(yè)上將NH3轉(zhuǎn)化為其他銨態(tài)化肥屬于人工固氮。(

)××√√√一、氮?dú)馀c氮的固定2..自然界中時(shí)刻存在著氮的轉(zhuǎn)化。實(shí)現(xiàn)氮按照一定方向的轉(zhuǎn)化一直是科學(xué)領(lǐng)域研究的重要課題,如圖為N2分子在催化劑的作用下發(fā)生的一系列轉(zhuǎn)化示意圖:下列敘述正確的是(

)D二、NO和NO2的性質(zhì)氮元素是多價(jià)態(tài)元素,不同價(jià)態(tài)的氮元素可形成的氧化物的化學(xué)式應(yīng)如何書(shū)寫(xiě)呢?1.氮的氧化物氮的氧化物N2O(笑氣)NON2O3NO2N2O4N2O5氮元素的化合價(jià)+1+2+3+4+4+5物質(zhì)顏色狀態(tài)氣味水溶性NONO22.歸納NO和NO2的物理性質(zhì)無(wú)色氣態(tài)無(wú)味不溶紅棕色氣態(tài)有刺激性氣味易溶二、NO和NO2的性質(zhì)探究NO、NO2的化學(xué)性質(zhì)。1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:裝置操作(1)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;(2)打開(kāi)彈簧夾,快速吸入10mL空氣后夾上彈簧夾,觀察現(xiàn)象;(3)振蕩注射器,再觀察現(xiàn)象現(xiàn)象(1)無(wú)明顯變化;(2)無(wú)色氣體變?yōu)榧t棕色;(3)氣體又變?yōu)闊o(wú)色,同時(shí)注射器的活塞向內(nèi)移動(dòng)二、NO和NO2的性質(zhì)2.實(shí)驗(yàn)結(jié)論及解釋:(1)NO不溶于水,也不與水反應(yīng)。(3)NO2能與水反應(yīng)生成無(wú)色的NO:3NO2+H2O

2HNO3+NO(2)NO與O2反應(yīng)生成紅棕色的NO2:

2NO+O2

2NO2。二、NO和NO2的性質(zhì)如果要將注射器中的NO充分轉(zhuǎn)化為硝酸,可以采取什么措施?上述實(shí)驗(yàn)對(duì)工業(yè)上生產(chǎn)硝酸有什么啟示?采取的措施是繼續(xù)通入過(guò)量的空氣。上述實(shí)驗(yàn)對(duì)工業(yè)上生產(chǎn)硝酸的啟示是:在用水吸收NO2制取硝酸的過(guò)程中,要不斷地補(bǔ)充空氣,使NO2盡可能多地轉(zhuǎn)化為硝酸二、NO和NO2的性質(zhì)NO2能溶于水并發(fā)生反應(yīng),為了使NO2盡可能地被水吸收,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)步驟,以探究NO2被水吸收的程度。步驟①:將盛滿NO2氣體的試管倒置于盛水的水槽中,如圖甲所示。觀察現(xiàn)象。步驟②:將O2緩慢通入步驟①的試管中,如圖乙所示。觀察現(xiàn)象。二、NO和NO2的性質(zhì)將充滿NO2的試管倒置于水槽中,試管中的紅棕色逐漸褪去,水槽里的水倒吸入試管中,最終試管里剩余氣體占

1/3;若同時(shí)向倒置試管中通入O2,則水槽中的液體最終充滿整個(gè)試管。二、NO和NO2的性質(zhì)小試牛刀1.判斷正誤。(1)由于NO極易與O2反應(yīng),并且其密度與空氣相差不多,因此收集NO只能用排水法。(

)(2)由于NO2極易與水反應(yīng)且密度比空氣大,因此收集NO2只能用向上排空氣法。(

)(3)NO2與H2O的反應(yīng)中,NO2只作氧化劑。(

)(4)NO和NO2都是有刺激性氣味的有毒氣體,它們都是大氣污染物。(

)√√√×二、NO和NO2的性質(zhì)2.現(xiàn)有NO2、O2的混合氣體

12

mL,通入足量水中,充分反應(yīng)后剩余氣體

2

mL

(同溫同壓下),則原混合氣體中氧氣的體積可能是__________________。2.4

mL或1.2

mL二、NO和NO2的性質(zhì)拓展延伸-氮氧化物溶于水的計(jì)算1.NO2與O2的混合氣體溶于水時(shí),由總反應(yīng)4NO2+O2+2H2O

4HNO3可知:2.NO與O2的混合氣體溶于水時(shí),由總反應(yīng)4NO+3O2+2H2O

4HNO3可知:二、NO和NO2的性質(zhì)3.4NO2+O2和4NO+3O2從組成上均相當(dāng)于2N2O5的組成,與N2O5+

H2O

2HNO3等效。當(dāng)NO、NO2、O2的混合氣體溶于水時(shí)可利用混合氣體中氮、氧原子個(gè)數(shù)比進(jìn)行分析判斷。二、NO和NO2的性質(zhì)方法歸納1.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溶于水,若有氣體剩余只能是NO或O2,不可能是NO2。2.對(duì)于連續(xù)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),可用化學(xué)方程式疊加的方法得到復(fù)合反應(yīng),解決問(wèn)題更簡(jiǎn)便。三、氮氧化物對(duì)環(huán)境的影響氮氧化物存在于自然界中,對(duì)自然界中的生物會(huì)產(chǎn)生一定的影響。展示氮氧化物對(duì)環(huán)境的污染。三、氮氧化物對(duì)環(huán)境的影響氮氧化物對(duì)環(huán)境的污染：1.NOx在紫外線作用下與碳?xì)浠衔锇l(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生光化學(xué)煙霧。2.NOx排入大氣后,與水反應(yīng)生成的HNO3和HNO2隨雨雪降到地面形成酸雨3.破壞臭氧層:NO2可使平流層中的臭氧減少,導(dǎo)致地面紫外線輻射量增加。4.NO與血紅蛋白結(jié)合使人中毒。三、氮氧化物對(duì)環(huán)境的影響拓展延伸-信使分子一氧化氮在人體的血管系統(tǒng)內(nèi)具有傳送信號(hào)的功能,因而有“信使分子”的譽(yù)稱。一氧化氮原本是一個(gè)不起眼的化合物,直到1986年,三位科學(xué)家發(fā)現(xiàn),人體動(dòng)脈內(nèi)膜細(xì)胞也在制造一氧化氮,它能擴(kuò)張血管、降低血壓、改善血流。這時(shí)一氧化氮才進(jìn)入人們的視野。核酸是細(xì)胞內(nèi)具有遺傳功能的物質(zhì),NO屬于細(xì)胞間的通訊物質(zhì),沒(méi)有NO,再多的細(xì)胞也無(wú)法協(xié)同工作,相互發(fā)揮作用,生命信息無(wú)法傳遞,只有兩者有機(jī)結(jié)合起來(lái)才能共同承擔(dān)人體新陳代謝的任務(wù)。思路二一、氮元素的“價(jià)-類(lèi)圖”利用“價(jià)-類(lèi)圖”對(duì)含氮物質(zhì)進(jìn)行研究二、進(jìn)一步認(rèn)識(shí)氮?dú)釴2為無(wú)色無(wú)味的氣體,難溶于水,密度比空氣略小,空氣中N2的體積分?jǐn)?shù)約為78%。從氮?dú)獾逆I能的角度推測(cè)氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)：鍵能是指1mol氣態(tài)分子離解成氣態(tài)原子所吸收的能量。幾種氣體的鍵能數(shù)據(jù)如下:N2:946kJ/mol

O2:493kJ/mol

Cl2:247kJ/mol氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)很不活潑(穩(wěn)定),但在獲得了足夠能量的情況下,氮?dú)膺€是能發(fā)生反應(yīng)的,因此氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)的條件往往是高溫或放電。二、進(jìn)一步認(rèn)識(shí)氮?dú)獾獨(dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì):二、進(jìn)一步認(rèn)識(shí)氮?dú)忾喿x教材,了解氮的固定、自然界氮的循環(huán)1.自然界氮的固定的三個(gè)主要途徑:生物固氮、大氣固氮和工業(yè)固氮。2.氮在自然界的循環(huán):二、進(jìn)一步認(rèn)識(shí)氮?dú)忾喿x教材,了解合成氨的發(fā)展歷程和重要性。工業(yè)合成氨為農(nóng)作物的生長(zhǎng)提供了氮元素,為其他化工產(chǎn)品,如炸藥、農(nóng)藥、染料等的生產(chǎn)提供了重要原料。由于在合成氨領(lǐng)域做出的杰出貢獻(xiàn),德國(guó)化學(xué)家哈伯和博施分別獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。近些年來(lái),我國(guó)的科研水平有了很大的提高,在很多領(lǐng)域已處于世界領(lǐng)先水平。三、認(rèn)識(shí)氮的氧化物演示實(shí)驗(yàn):NO2與水的反應(yīng)。1.實(shí)驗(yàn)步驟:在一支

50

mL

的注射器里充入

20

mL

NO,然后吸入

5

mL

水,用乳膠管和彈簧夾封住管口,振蕩注射器,觀察現(xiàn)象。打開(kāi)彈簧夾,快速吸入

10

mL

空氣后夾上彈簧夾,觀察現(xiàn)象。振蕩注射器,再觀察現(xiàn)象。2.實(shí)驗(yàn)討論：如果要將注射器中的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)上生產(chǎn)硝酸有什么啟示？三、認(rèn)識(shí)氮的氧化物1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：第一次振蕩時(shí)，無(wú)明顯現(xiàn)象；吸入空氣后,氣體變?yōu)榧t棕色;再振蕩后氣體又變?yōu)闊o(wú)色，同時(shí)注射器的活塞向內(nèi)移動(dòng)。2.實(shí)驗(yàn)分析:NO不溶于水,吸入空氣后,NO與O2反應(yīng)生成NO2,氣體變?yōu)榧t棕色;振蕩后,NO2溶于水生成硝酸和NO,氣體又變?yōu)闊o(wú)色,同時(shí)氣體的體積有所減小。2NO

+

O2

2NO3NO2

+

H2O

2HNO3

+

NO三、認(rèn)識(shí)氮的氧化物3.實(shí)驗(yàn)討論:要將注射器中的NO充分轉(zhuǎn)化,可以繼續(xù)通入過(guò)量的空氣。上述實(shí)驗(yàn)對(duì)工業(yè)上生產(chǎn)硝酸的啟示是:在用水吸收NO2制取硝酸的過(guò)程中,要不斷補(bǔ)充空氣,使NO2盡可能多地轉(zhuǎn)化為硝酸。三、認(rèn)識(shí)氮的氧化物總結(jié)NO和NO2的性質(zhì)1.一氧化氮(NO)的性質(zhì)(1)物理性質(zhì):無(wú)色的有毒氣體,難溶于水。(2)化學(xué)性質(zhì)：①與O2反應(yīng):2NO+O2

2NO2。②與O2、H2O反應(yīng):4NO+3O2+2H2O

4HNO3。三、認(rèn)識(shí)氮的氧化物2.二氧化氮(NO2)的性質(zhì)(1)物理性質(zhì):紅棕色、有刺激性氣味的有毒氣體,密度比空氣的大,易液化,易溶于水。(2)化學(xué)性質(zhì):①難被氧化,易與水反應(yīng)生成HNO3和NO:3NO2+H2O

2HNO3+NO②NO2的尾氣用NaOH溶液吸收:2NO2+2NaOH

NaNO3+NaNO2+H2O③常溫下易轉(zhuǎn)化為N2O4:2NO2

N2O4④NO2具有較強(qiáng)的氧化性,可使?jié)駶?rùn)的淀粉-KI試紙變藍(lán)。四、含氮物質(zhì)對(duì)環(huán)境的影響你還知道哪些與含氮物質(zhì)的轉(zhuǎn)化有關(guān)的事實(shí)呢?含氮物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化對(duì)人類(lèi)的生產(chǎn)和生活都有益嗎?化學(xué)反應(yīng)是把雙刃劍,在研究和看待物質(zhì)時(shí)要用辯證的觀點(diǎn)看問(wèn)題,在利用化學(xué)反應(yīng)時(shí),既要利用其有益的方面,也要控制其有害的方面,這樣才能實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展?？偨Y(jié)課堂練習(xí)1.氮、鐵元素在細(xì)菌的作用下可發(fā)生如圖所示的轉(zhuǎn)化。下列說(shuō)法正確的是(

)C課堂練習(xí)2.下列對(duì)NO、NO2的描述不正確的是(

)A.NO2是紅棕色氣體,易溶于水,不是酸性氧化物B.NO可以用排水法收集，但不能由N2和O2直接化合得到C.NO、NO2在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化,且二者都是引起光化學(xué)煙霧的大氣污染物D.NO、NO2都有毒，且NO是汽車(chē)尾氣的有害成分之一B課堂練習(xí)3.利用石灰乳和硝酸工業(yè)的尾氣(含NO、NO2)反應(yīng),既能凈化尾氣,又能獲得應(yīng)用廣泛的Ca(N