化学人教版（2019）必修第二册5.2氮及其化合物（共64张ppt）

(共64张PPT)
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
第二周期、第V A族
自然界中的氮元素
氮元素
动植物蛋白质
土壤、海洋中硝酸盐和铵盐
空气中的氮气（主）
一、氮气
1、物理性质
无色无味、低沸点（-195.8℃），难溶于水（1体积水溶解0.02体积N2），密度比空气略小，占空气体积78%。
2、化学性质
①键能比较
N
N
O
O
Cl
Cl
946KJ/mol
247KJ/mol
493KJ/mol
由键能数据可以推测：氮气的化学性质______________
很不活泼（稳定）
但在获得了足够能量情况下，氮气还是能发生反应的。因此氮气发生反应的条件往往是____或____
高温 放电
O
O
Cl
Cl
②化学性质
——既有氧化性又有还原性
3、氮的固定：
（1）生物固氮：N2 NH3（铵态氮肥）
N2+ 3H2
2 NH3
高温、高压催化剂
N2+O2 2NO；
放电
固氮酶
（工业合成氨）
阅读科学史话，认识合成氨的发展历史
（2）大气固氮：
（3）工业固氮：
自然界氮的固定三个主要途径、原理：
氮的固定----将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程。
4、自然界中氮的循环
N的氧化物的种类——它们都有毒，是大气污染物。N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5六种。
二、氮的氧化物
在机动车发动机中，燃料燃烧产生的高温环境会使空气中的氮气与氧气反应，生成氮氧化物。汽车排放的尾气中因含有氮的氧化物而污染大气。
1、一氧化氮(NO)
2NO + O2 = 2NO2（红棕色）
二氧化氮
一氧化氮
一氧化氮是无色的有毒气体，不溶于水，在常温下很容易与氧气化合，生成二氧化氮。
二氧化氮是红棕色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气的大，易液化，易溶于水。
2、二氧化氮(NO2)
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
——工业制硝酸
1、如图5-10所示，在一支50mL的注射器里充入20mLNO，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。
2、打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹，观察现象。振荡注射器，再观察现象。
【实验5-5】
图5-10 二氧化氮溶于水的实验
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？
思考与讨论：
3、氮的氧化物溶于水
【实验5-5】有关化学反应方程式
①2NO＋O2===2NO2
②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
①+2×②得 4NO2＋O2＋2H2O＝4HNO3
如果要将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？
3×① +2×②得 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
也就是按此比例的气体可以和水完全反应生成硝酸。
(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。
4、氮氧化物对环境的污染
(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。
三、氨气
电子式：
结构式：
1、氨分子的电子式和结构式：
氨分子的空间结构：
分子形状：三角锥形
2、物理性质
无色、有刺激性气味；
密度比空气小，标准状况下密度0.771g/L；
易液化(液氨汽化时要吸收大量的热，使周围温度急剧降低,故可作制冷剂）极易溶于水（1体积水溶解约700体积的氨气1：700）。
【启发并实验】
氨极易溶解于水，用什么实验可以证明这一性质呢？
3、【实验5-6】
如图5-11所示，在干燥的圆底烧瓶里充满NH3，用带有玻璃管和胶头滴管（预先吸入水）的橡胶塞塞紧瓶口，倒置烧瓶，使玻璃管插入盛有水的烧杯中（预先在水里滴入少量酚酞溶液），打开弹簧夹，挤压胶头滴管，使水进入烧瓶，观察并描述现象，分析出现这些现象的可能原因。
（2）溶液为什么变为红色？
（3）实验成败的关键是什么？
（1）氨为什么会形成喷泉（该实验的原理）？
想想看：
a.烧瓶干燥；
b.装置的气密性好；
c.收集的气体纯度尽可能高。
氨气溶于水溶液显碱性。
氨极易溶于水，使烧瓶内外形成较大的压差；
打开弹簧夹，挤出胶头滴管中的水。
打开止水夹,用热毛巾将烧瓶捂热，氨气受热膨胀，排走导管中的空气并溶于水，使烧瓶内气压减少，产生喷泉。
【喷泉实验】
如何引发喷泉？
（1）氨气溶于水时 （氨气的水溶液叫氨水），大部分的NH3分子与 H2O分子结合成NH3·H2O（一水合氨）。NH3·H2O是弱碱，为弱电解质，可以部分电离。故氨水显弱碱性，能使酚酞溶液变红或者使红色的石蕊试纸变蓝 。
4、氨水
用此来检验氨气的存在
NH3+H2O NH3.H2O NH4++OH-
（2）氨水的化学性质：
问题：氨水中含有哪几种微粒？
说明：一水合氨很不稳定，受热易分解。
很重要！
分子：NH3、H2O、NH3·H2O
离子：NH4+、OH-、H+
NH3·H2O NH3↑+ H2O
5、氨与酸的反应
NH3+HCl = NH4Cl
2NH3+H2SO4 = (NH4)2SO4
NH3+HNO3 = NH4NO3
现象：产生白烟
可用来检验氨气或氯化氢是否泄漏。
为什么没有白烟？
因为硫酸是非挥发性酸
氨气是一种碱性气体，氨可以与酸反应生成铵盐。
6、氨与氧气的反应（氨的催化氧化）
氨中N为-3价，具有还原性。氨的催化氧化是工业制硝酸的基础。
4NH3＋5O2 ====4NO＋6H2O
催化剂
2NH3 + 3Cl2 == N2 + 6HCl（少量NH3）
8NH3 + 3Cl2 == N2 + 6NH4Cl(过量NH3)
（氨气和氯气不能共存）
加热
2NH3 + 3CuO == N2 + 3Cu +3H2O
NH3
硝酸
铵盐
纯碱
有机合成工业原料
用稀氨水治疗
蚊虫叮咬
消除
二氧化氮
的污染
吸收硫酸
生产中的
二氧化硫
制冷剂
NH3+H2O+SO2=NH4HSO3
7、氨的用途和保存：
1、铵盐是NH4+和酸根离子组成的化合物。
铵盐都是晶体，易溶于水。受热易分解，与碱反应放出氨气。
2、常见铵盐：
硫酸铵【（NH4）2SO4 ，俗称硫铵，又称肥粉】；
氯化铵【NH4Cl，俗称氯铵】；
硝酸铵【NH4NO3，俗称硝铵、炸药】；
碳酸氢铵【NH4HCO3，俗称碳铵】
铵盐属于铵态氮肥。
四、铵盐
常用氮肥有铵态氮肥和尿素【 CO（NH2）2 】 。
NH4HCO3 NH3 ↑ + CO2↑ + H2O↑
△
(NH4)2CO3 2NH3 ↑ + CO2↑ + H2O↑
△
注意：并不是所有铵盐分解都产生氨气
3、铵盐的性质:
① 受热易分解
NH4Cl NH3 ↑ + HCl↑
△
思考
NH4Cl中有少量的NaCl,如何提纯
NH4Cl加热分解，收集气体然后又生成NH4Cl 。
NH4NO3在400 ℃以上分解生成N2、NO2和H2O
分解放出大量的热
②铵盐与碱的反应：
应用：用来制取氨气；NH4+的检验
2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O
实质：NH4+ + OH- NH3↑+ H2O
【实验5-7】
向盛有向盛有少量氯NH4Cl溶液、(NH4)2SO4溶液,NH4NO3溶液的三支试管中,分别加入氢氧化钠溶液并加热（注意通风），用镊子夹住一片湿润的红色石蕊试纸放在试管口，观察现象，分析现象产生的原因，写出反应的离子方程式。
实验现象：三支试管中均产生气泡，
湿润的红色石蕊试纸变蓝。
NH4 + + OH － NH3 ↑ + H2O
△
NH4Cl+NaOH====NaCl+NH3↑+H2O
加热
（NH4)2SO4+2NaOH====Na2SO4+2NH3↑+2H2O
加热
NH4NO3+NaOH====NaNO3+NH3↑+H2O
加热
NH4+的检验：
（1）检验某白色固体是否为铵盐的方法
①少许样品和碱混合于试管中加热，将湿润的紫色石蕊试纸靠近试
管口，若试纸变蓝色，则证明样品中含铵盐(NH4＋)。
②取少许样品和碱混合于试管中共热，用蘸有浓盐酸的玻璃棒检验
产生的气体，若有白烟产生，则证明样品中含铵盐(NH4＋)。
将待检物取出少量置于试管中，加入NaOH溶液后，加热，用湿润的红色石蕊试纸在管口检验，若试纸变蓝色，则证明待检物中含铵盐(NH4＋)。
（2）检验无色溶液中是否存在NH4＋的方法：
4、氨气的实验室制法
【思考与讨论】
图5-13为实验室制取氨的简易装置示意图。请仔细观察实验装置，思考如何试管中已收集满氨，如何吸收处理实验中多余的氨。
②药品：氯化铵晶体、熟石灰固体
③装置：固+固，加热型 (与O2的发生装置相同)
④干燥:用碱石灰（CaO 与NaOH固体混合物）
⑤收集：向下排空气法，并在试管口塞上棉花，防止NH3和空气对流，保证NH3的纯度。
思考：干燥时，能否用浓硫酸、无水CaCl2或者P2O5来代替碱石灰？
①原理：2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O
氨气显碱性，不能用呈酸性的浓硫酸和五氧化二磷进行干燥；氨气能与氯化钙发生反应生成络合物（CaCl2·8NH3 ），因此也不能使用无水氯化钙来干燥氨气。
实验原理及制取装置
⑥验满：（1）用湿润的红色石蕊试纸（变蓝）
（2）蘸有浓盐酸(浓硝酸)的玻璃棒接近试管口（产生白烟）。
⑦尾气吸收：氨气不能直接排放到空气中，可以用将多余的氨气通入水中进行吸收(要注意放倒吸)
易溶于水的要用防倒吸装置
氨气的实验室制法〖注意〗
① 制氨气所用的铵盐不能用NH4NO3、NH4HCO3、(NH4)2CO3等代替，NH4NO3加热时爆炸，而NH4HCO3、(NH4)2CO3极易分解产生CO2气体使制得的NH3不纯。
② 消石灰不能用NaOH、KOH等强碱代替，因为NaOH、KOH具有吸湿性，易潮解结块，不利于生成的氨气逸出，而且NaOH、KOH对玻璃有强烈的腐蚀作用。
③ NH3极易溶于水，制取和收集的容器必须干燥。
实验室中还可以用哪些方法制氨气
①加热浓氨水法原理：
NH3·H2O NH3↑＋H2O
加热浓氨水法
②浓氨水加碱石灰法
NaOH溶于水放热,促使氨水分解
CaO与水反应放热促进NH3的放出
浓氨水加
碱石灰法
NH3·H2O+CaO = NH3↑＋Ca(OH)2
氨的工业制备：
工业： N2+3H2
高温、高压
催化剂
2NH3
合成氨
一、氨的结构
和性质
结构
物理性质
化学性质
氨的用途
喷泉实验
还原性
化肥、有机合成、制冷剂等
三角锥型、极性分子
刺激性气味、极易溶于水、易液化
溶于水得氨水
与H+反应
课堂小结
易溶于水
二、铵盐的性质
受热易分解
与碱共热生成氨气
检验铵根离子
三、氨气的
实验室制法
加热固态铵盐和碱的混合物
加热浓氨水
浓氨水中加固态碱性物质
四、氨气的工业制法： N2+3H2
高温、高压
催化剂
2NH3
1.如图1为喷泉实验装置。在烧瓶中充满干燥气体，胶头滴管及烧杯中分别盛有液体。下列组合中不可能形成喷泉的是（ ）
A、HCl和H2O B、O2和H2O
C、NH3和H2O D、CO2和NaOH
课后练习
B
解析：形成喷泉，使烧瓶内外形成较大的压差，要么
是气体溶解度比较大、要么是气体可以和烧杯中溶液
发生反应。氧气在水中溶液度较小，不能形成喷泉。
①制取并收集NH3 ②吸收NH3 ③检查气密性 ④排空气法收集CO2
A.①③ B.②③ C.①④ D.②④
2.下列装置能达到实验目的的是（ ）
B
课后练习
解析：①氨气密度比空气小，可以采用向下排空气法，但是试管口需要放置棉花；②分液法可以用来吸收氨气；③可以利用压强差检测气密性；④氯气密度比空气大，可以采用向上排空气法，要长进短出。
3.下列不属于铵盐的共同性质是( )
A、加热时一定有氨气生成
B、与碱共热时都产生氨气
C、都是晶体
D、易溶于水
A
课后练习
解析：NH4NO3在400 ℃以上分解生成N2、NO2和H2O
4.只用一种试剂，就可区别NH4Cl 、 (NH4)2SO4 、 KCl Na2SO4 、 AlCl3 五种 无色溶液，这种试剂是( )
A、NaOH溶液 B、AgNO3溶液
C、BaCl2溶液 D、Ba(OH)2溶液
D
课后练习
A．NaOH溶液溶液和NH4Cl 、 (NH4)2SO4 反应都产生氨气，无法鉴别；和KCl Na2SO4 、不反应，无法鉴别；
B．AgNO3溶液和NH4Cl 、 (NH4)2SO4 、 KCl、 Na2SO4 、 AlCl3 均有白色沉淀，无法鉴别；
C．BaCl2溶液和（NH4）2SO4、Na2SO4反应都生成白色沉淀；和NH4Cl 、 KCl 、 AlCl3 不反应，不可鉴别；
D．Ba（OH) 2溶液和NH4Cl有氨气产生;和（NH4）2SO4有气体和沉淀;和KCl无现象;和Na2SO4有沉淀、和AlCl3四先产生沉淀，沉淀再溶液，现象不同，可以鉴别；
5、下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂，其中错误的是( )
A.只有① B.只有③ C.①③ D.②③
C
课后练习
【解析】实验室制备NH3的方法不只一种，除课本介绍的由NH4Cl与碱石灰反应制取之外，其他的只要合理亦可。①装置中NH4Cl加热分解产生的NH3、HCl很容易在管口重新化合成NH4Cl，而无法收集到NH3。③装置在加热时，管口应略向下倾斜，以防止冷凝水倒流使试管底部破裂。
五、硝酸
①纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。
②能以任意比溶于水；
③密度比水大（1.5027g/cm3）；
④沸点低：83℃；
⑤常用浓硝酸的浓度为69％，98％的浓硝酸叫作“发烟硝酸”。
1、硝酸的物理性质
2、化学性质
问题一：久置的浓硝酸为何呈黄色？
问题二：如何保存硝酸？
盛放在棕色试剂瓶里，并贮放在黑暗且温度低的地方
硝酸分解生成的NO2溶于硝酸中
4HNO3 ==== 4NO2 ↑ +O2 ↑ +2H2O
或光照
浓硝酸 久置浓硝酸
硝酸具有强氧化性,对皮肤、衣物等有腐蚀作用，使用时应注意安全。
（1）不稳定性
a、几乎可以使所有金属（金、铂 除外）氧化而生成硝酸盐。
注意： 常温下，浓硝酸使铁、铝等金属钝化（加热时也会发生反应）
注意：①硝酸与金属反应不放出氢气。
氧化性：浓硝酸>稀硝酸（均比浓硫酸强）
②一般反应规律为：
金属 + HNO3(浓) → 硝酸盐 + NO2↑ + H2O
金属 + HNO3(稀) → 硝酸盐 + NO↑ + H2O
较活泼的金属
(如Mg、Zn等) + HNO3(极稀) → 硝酸盐 + H2O + N2O↑(或NH3或铵盐等)
b、当HNO3与金属反应时，HNO3被还原的程度（即氮元素化合价降低的程度）取决于硝酸的浓度和金属单质还原性的强弱。
（2）与金属单质反应—强氧化性
【实验5-8】
如图5-14所示，在橡胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝，向两支试管中分别加入2mL浓硝酸和稀硝酸，用橡胶塞塞住试管口，使铜丝与硝酸接触，观察并比较实验现象，向上拉铜丝，停止反应。
实验现象:浓硝酸与铜能剧烈反应，放出红棕色的气体，铜不断溶解，溶液变成绿色。
化学方程式:Cu+4HNO3(浓) ＝Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
①Cu与浓硝酸的反应
实验现象:铜与稀硝酸反应较缓慢，生成无色的气体，遇空气变为红棕色，溶液变成蓝色(Cu2+)。
化学方程式:3Cu+8HNO3（稀）= 3Cu(NO3)2+ 2NO↑+4H2O
②Cu与稀硝酸的反应
思考
①在上述的两个反应中硝酸都表现出哪些性质
②上述两反应中，若有1molCu消耗，则被还原的硝酸的物质的量分别是多少？
③足量的铜放入浓硝酸中会发生什么反应？
2mol和2/3mol
④足量铜放入稀硝酸中，反应结束后，再加入稀硫酸，会发生反应吗？
⑤少量铁、足量铁分别放入稀硝酸中，会发生什么反应？
（3）与非金属单质反应
将一块红热的木炭投入浓硝酸中
反应方程式：C+4HNO3(浓)===CO2↑+4NO2↑+2H2O
现象：剧烈反应，产生红棕色气体
硝酸是一元酸、强酸、氧化性酸、低沸点酸、不稳定性酸、易溶性酸。
王水：浓HNO3与浓盐酸按体积比1∶3配制而成的混合液叫王水。
王水溶解金属的能力更强，能溶解金属Pt、Au。
记忆方法 ：“三言（盐）一笑（硝）”
（1）工业上制硝酸的原理：
3、硝酸的制备
NaNO3 + H2SO4(浓) === NaHSO4 + HNO3↑
△
思考1：温度如何控制？
温度不能太高，否则硝酸会分解。
思考2：能否采用制氯化氢的装置制硝酸？
如图，不能，因硝酸蒸汽腐蚀橡胶塞和胶管。
高沸点酸
制
低沸点酸
（2）HNO3实验室制法
HCl制取装置
煤、石油和金属矿物以及机动车在使用过程中，会生成SO2和氮氧化物。他们会引起呼吸道疾病，危害人体健康，甚至致人死亡。
SO2以及氮氧化物在大气中会形成酸雨，正常雨水由于溶解了CO2，pH约为5.6，酸雨的pH小于5.6。
六、酸雨及防治
S
SO2
SO3
H2SO4
硫酸型酸雨：
硝酸型酸雨：
NO2
HNO3
酸雨危害很大，能直接损伤农作物，破坏森林和草原，使土壤、湖泊算话，加速建筑物、桥梁、手工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。
SO2和NO2都是有用的化工原料，但当他们分散在大气中时，就形成了难以处理的污染物。因此，工业废气排放到大气中之前，必须进行适当处理，防治有害物质污染大气，并充分利用原料。
研究目的：酸雨对环境危害巨大，人们已经采取多种措施来防治酸雨。通过以下活动了解测定雨水pH的方法，认识酸雨的危害，激发保护环境的紧迫感。
研究任务：收集资料并测定雨水的pH.
【结果与讨论】
（1）通过测定数据判断降雨是否为酸雨。若是酸雨，分析形成原因，并提出减轻酸雨危害的建议。
（2)本次实践活动及结果对你有什么启发？撰写研究报告，并与同学讨论。
七、测定雨水PH值
1.下列关于N2的叙述错误的是（ ）
A.N2既可作氧化剂又可作还原剂
B.在雷雨天，空气中的N2和O2可反映生成NO
C.氮的固定是将N2转化成含氮的化合物
D.1molN2可与3molH2完全反应生成2molNH3
解析：N2和H2生成氨气的反应时可逆反应，不能完全转化
D
练习与应用
2.在NO2与水的反应中（ ）
A.氮元素的化合价不发生变化
B.NO2只是氧化剂
C.NO2只是还原剂
D.NO2既是氧化剂，有事还原剂
解析：3NO2+H2O=2HNO3+NO，反应中NO2的化合价由+4价变为+5和+2价既是氧化剂又是还原剂。
练习与应用
D
3.只用一种试剂可将NH4Cl、（NH4)2SO4、NaCl、Na2SO4四种溶液区别开来的是（　　）
A. NaOH溶液 B. AgNO3溶液
C. BaCl2溶液 D. Ba（OH）2溶液
D
练习与应用
A．氯化铵、硫酸铵均与NaOH反应生成氨气，氯化钠、硫酸钠均与NaOH不反应，不能鉴别；
B．均与硝酸银反应生成白色沉淀，不能鉴别；
C．硫酸铵、硫酸钠均与氯化钡反应生成白色沉淀，氯化铵、氯化钠均与氯化钡不反应，不能鉴别；
D．氯化铵、硫酸铵、氯化钠、硫酸钠四种溶液分别与Ba（OH）2溶液反应的现象为：刺激性气体、白色沉淀和刺激性气体、无现象、白色沉淀，现象不同，可鉴别；
4.根据图5-11“氨溶于水的喷泉实验装置”，下列叙述不正确的是（ ）
A．该实验说明氨气极易溶于水
B．烧瓶充满氯气，交投滴管和烧瓶中充满浓碱也可能形成喷泉
C．红色喷泉说明氨水有碱性
D．烧杯中换成其他液体无法形成喷泉
解析：喷泉反应的原理是可以快速溶解或者反应形成压强差，所以换成其他液体也可以。
D
练习与应用
5.工业上用废铜屑作原料制备硝酸铜，下列四种方法中，适宜采用的是哪一种，请从节约原料和污染保护的角度说明原因。
A．Cu + HNO3(浓) → Cu(NO3)2
B．Cu +HNO3(稀) → Cu(NO3)2
C．Cu → CuO → Cu(NO3)2
D．Cu → CuSO4 → Cu(NO3)2
空气
△
HNO3
浓H2SO4
△
Ba(NO3)2
练习与应用
解析：根据反应的方程式可知，选项ABD中都能产生大气污染物NO2、NO、SO2，C中没有污染物产生，且原料利用率高，所以正确的答案选C
6.利用图5-14进行铜与硝酸反应的实验
（1）硝酸一般成放在棕色试剂瓶中，请用化学方程式说明其原因______。
（2）使用稀硝酸进行实验：反应开始后，铜丝逐渐变细，有气泡产生，溶液变蓝。
①铜与稀硝酸反应的离子方程式为__________________。
②实验中观察到试管中的气体略有红棕色，其原因是________（用化学方程式表示）
答案：（1）4HNO3 == 4NO2 ↑ +O2 ↑ +2H2O
或光照
（2）①3Cu+8H++2NO3-= 3Cu2++ 2NO↑+4H2O
②2NO + O2 = 2NO2
练习与应用
（3）使用浓硝酸进行实验：反应剧烈进行，铜丝逐渐变细，溶液标
绿，试管上方出现红棕色气体。
①铜与浓硝酸反应的化学方程式为_____________________.
②某同学推测反应后溶液呈绿色的原因是NO2在溶液中达到饱和，NO2的
饱和溶液呈黄色，硝酸铜溶液呈蓝色，两者混合后呈绿色。他取少量该
绿色溶液，向其中加入适量水后溶液为蓝色，可能原因是
______________________（用化学方程式表示）。
（3）①Cu+4HNO3(浓) ＝Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
②3NO2+H2O=2HNO3+NO
练习与应用
7.汽车尾气中含有CO、NO等多种污染物，已成为城市空气的主
要污染源。汽油和柴油中基本不喊氮元素，那么汽车尾气中的
NO是如何产生的？请褪色可能的原因，并写出有关反应的化学
方程式。
解答：N2+O2→ 2NO；
放电
练习与应用