第五章第二节　氮及其化合物第1课时　氮气和氮氧化物 课件(共73张PPT）

(共73张PPT)
第二节　氮及其化合物
第1课时　氮气和氮氧化物
第5章 化工生产中的重要非金属元素
【课程标准要求】　
1.能从分子结构的角度认识氮气的化学稳定性，熟知氮气与镁、氧气、氢气的化学反应及其条件。了解氮的固定和自然界中氮的循环。
2.能从物质类别和氮元素的化合价认识氮氧化物的性质与转化。
新知自主预习
课堂互动探究
课时训练
目
录
CONTENTS
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课堂小结·即时达标
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一、氮气及氮的固定
1.氮原子的结构及氮元素的存在
(1)氮原子的结构
氮元素位于元素周期表的第________周期、第________族。氮原子最外层有________个电子，既不容易________3个电子，也不容易________5个电子。一般通过____________与其他原子相互结合构成物质。
二
ⅤA
5
得到
失去
共用电子对
(2)氮元素在自然界中的存在
氮分子
蛋白质
硝酸盐和铵盐
2.氮气
(1)氮气的物理性质
通常情况下，氮气是________、________的气体，密度比空气的________，________于水。
无色
无味
稍小
难溶
(2)氮气的化学性质
写出氮气和下列物质反应的化学方程式。
①金属镁：_________________________________，氮气表现________性；
②氢气：___________________________________，氮气表现________性；
③氧气：___________________________________，氮气表现________性。
氧化
氧化
还原
3.氮的固定
(1)含义：将大气中________的氮转化为____________的过程。
(2)分类
游离态
氮的化合物
生物
人工
【微自测】
1.下列描述中正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气(　　)
(2)氮元素有多种化合价，其最高正价为＋5价(　　)
(3)N2中N元素价态为0价，处于中间价态，因此既有氧化性，又有还原性(　　)
(4)氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键(　　)
(5)N2和O2在放电条件下会生成NO2(　　)
√
√
√
×
×
(6)豆科植物的根瘤菌固氮属于自然固氮中的高能固氮(　　)
(7)工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮(　　)
(8)氮的固定中氮元素一定被氧化(　　)
×
×
×
二、一氧化氮和二氧化氮
1.物理性质
物质 颜色 状态 气味 毒性 水溶性
NO 气体 有毒 ________溶于水
NO2 气体 有毒 ________溶于水
无色
无味
不
红棕色
刺激性
易
2.相互转化
写出下列转化的化学方程式：
①NO―→NO2：__________________________。
②NO2―→NO：________________________________，该反应中NO2既表现________________，又表现________________。
2NO＋O2===2NO2
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
氧化性
还原性
【微自测】
2.下列描述中正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)NO和NO2都是有刺激性气味的有毒气体，它们都是大气污染物(　　)
(2)由于NO极易与O2反应，并且其密度与空气相差不多，因此收集NO只能用排水法(　　)
(3)N2与O2反应时，不论O2是否足量，其一步反应都只能得到NO，不能生成NO2(　　)
(4)由于NO2极易与水反应且密度比空气大，因此收集NO2只能用向上排空气法(　　)
(5)NO2易溶于水生成HNO3，故NO2是酸性氧化物(　　)
×
√
√
√
×
二、氮的氧化物与氧气、水反应的相关计算
一、NO和NO2的性质探究
一、NO和NO2的性质探究
一氧化氮、二氧化氮的性质探究
实验装置：
———————【活动探究】———————
操作一：
在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器。观察现象。
操作二：
打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气，夹上弹簧夹。观察现象。
操作三：
振荡注射器，再观察现象。
1.NO能否溶于水？是否与水反应？
提示：NO不溶于水；不能与水反应。
2.吸入氧气后观察到什么现象？为什么？
提示：颜色逐渐变红，气体体积变小；NO与O2反应生成红棕色的NO2。
3.振荡注射器观察到什么现象？为什么？注射器会有什么气体剩余？
提示：颜色逐渐变浅或消失，气体体积变小；NO2与水反应生成硝酸和NO；剩余气体中除含有氮气外，还含有NO。
4.上述实验中发生了哪些化学反应？
提示：实验中发生的反应为2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
NO和NO2的性质对比
———————【核心归纳】———————
物质 NO NO2
色、态、 味、毒性 无色、无臭、有毒气体，密度比空气略大 红棕色、有刺激性气味、有毒气体，密度比空气大，易液化
水溶性 不溶于水 易溶于水
与氧气反应 2NO＋O2===2NO2(还原性) 不反应
1.最新的病毒学研究证实，一氧化氮对SARS、新型冠状病毒都有直接抑制作用。下列关于一氧化氮的叙述正确的是(　　)
A.一氧化氮是一种红棕色气体
B.常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合
C.一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到
D.一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集
解析　NO是一种无色难溶于水的气体，可以用排水法收集；常温常压下，NO容易与氧气直接化合生成NO2。
———————【实践应用】———————
C
2.下列关于氮的氧化物的说法中，正确的是(　　)
A.氮的氧化物都是酸性氧化物
B.氮的氧化物都既有氧化性，又有还原性
C.NO2与H2O反应生成HNO3，所以NO2是酸性氧化物
D.NO和NO2均有毒
解析　NO、NO2等都不是酸性氧化物，A项错误；N2O5 中氮元素为最高价，只有氧化性，B项错误；尽管NO2与H2O反应生成HNO3，但N的价态发生了变化，故NO2不是酸性氧化物，C项错误。
D
二、氮的氧化物与氧气、水反应的相关计算
实验操作：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。
实验装置：
———————【活动探究】———————
1.图1、图2试管中观察到的实验现象分别是什么？
提示：图1中红棕色气体逐渐变为无色，试管内液面上升，持续通入适量O2，试管内可充满水。图2中无色气体先变成红棕色，后逐渐变为无色，试管内液面上升，持续通入适量O2，试管内可充满水。
2.NO2与O2、NO与O2的体积满足怎样的比例，才能使混合气体完全转化成HNO3
提示：当V(NO2)∶V(O2)＝4∶1时，NO2完全转化成HNO3。当V(NO)∶V(O2)＝4∶3时，NO完全转化成HNO3。
3.“工业上利用二氧化氮溶于水生产硝酸”工业生产硝酸的尾气中含有氮氧化物NOx(NO和NO2的混合物)，对生态环境和人类健康带来较大的威胁，已知2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O。根据学过的氮氧化合物的知识，如何解决这一问题？
提示：将混合气体充入足量氧气后，再通过氢氧化钠溶液。
1.氮的氧化物与氧气、水反应的相关反应原理
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO①
2NO＋O2===2NO2②
由方程式①×2＋②得：
4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3③
由方程式①×2＋②×3得：
4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3④
———————【核心归纳】———————
2.氮的氧化物溶于水的三种题型分析
(1)NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应①，剩余气体为NO。
(2)NO2和O2的混合气体：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
(3)NO和O2的混合气体：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
提醒　NO、O2难溶于水，但NO2易溶于水且与水反应，所以氮氧化物溶于水的各种情况中，剩余气体可为NO或O2，但不可能是NO2或NO与O2同时剩余。
3.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________。
(2)如水不能充满试管，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。
答案　(1)C　(2)无色气体变为红棕色，液面逐渐上升　3
———————【实践应用】———————
4.将一支充满NO2红棕色气体的试管倒立在烧杯中(水中已预先加入数滴石蕊试液)。
(1)试描述可能出现的实验现象________________________；
__________________________________________________等。
(2)已知带火星的木条可以在NO2中复燃，NO2的复燃能力与氧气相当，试问下列各组气体按体积比4∶1(前者∶后者)的比例混合，能使带火星的木条复燃的有________(填序号)。
A.NO2、O2 B.CO2、NO2 C.O2、NO2 D.N2、NO2
核心体系建构
1.氮气能大量存在于空气中的根本原因是(　　)
C
A.氮气性质稳定，即使在高温下也不与其他物质发生反应
B.氮气比空气轻且不溶于水
C.氮气分子中两个氮原子结合很牢固，分子结构稳定
D.氮气既无氧化性，也无还原性，不与其他物质反应
解析　N2性质稳定，但高温下可与O2等物质发生反应，在反应中表现出氧化性或还原性；氮气比空气轻且不溶于水并不是N2能大量存在于空气中的根本原因；N2能大量存在于空气中的根本原因是氮气分子中两个氮原子结合很牢固，分子结构稳定。
B
2.关于二氧化硫和二氧化氮叙述正确的是(　　)
A.两种气体都是无色有毒的气体，且都可用水吸收以消除对空气的污染
B.二氧化硫与过量的二氧化氮混合后通入水中能得到两种常用的强酸
C.两种气体都具有强氧化性，因此都能够使品红溶液褪色
D.两种气体溶于水都可以与水反应，且只生成相应的酸
解析　二氧化氮为红棕色气体，跟水反应生成硝酸和一氧化氮，二氧化硫溶于水生成亚硫酸，硝酸氧化亚硫酸生成硫酸。二氧化硫的漂白原理不是利用强氧化性，二氧化硫也不具有强氧化性。
A
3.下列反应中属于氮的固定的是(　　)
解析　固氮过程是把N2转化为含氮化合物的过程，只有A项符合。
C
4.(2021·瑶海区月考)在一大试管中装入10 mL NO，倒立于水槽中，然后慢慢地通入10 mL O2，下面有关实验最终状态的描述中，正确的是(　　)
A.试管内气体呈红棕色 B.试管内气体无色，是NO
C.试管内气体无色，是O2 D.试管内液面下降
5.NO与NO2中氮元素的价态均处于中间价态，则NO与NO2均既有氧化性又有还原性。
(1)NO极易与氧气反应表现________性，化学方程式为___________________
_________________________；在一定条件下与氨气发生归中反应生成N2，其化学方程式为_______________________________________________。
(2)NO2可发生自身歧化反应，NO2与H2O的化学方程式为_________________
________________________________________，氧化剂和还原剂的物质的量之比为________，NO2与NaOH溶液反应可生成两种盐，其中一种是NaNO3，化学方程式为______________________________。
一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1.下列有关氮气的说法正确的是(　　)
C
2.氮是动植物生长不可缺少的元素，含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如图所示的氮元素的循环过程，下列说法不正确的是(　　)
D
3.下列关于自然界中氮循环的说法不正确的是(　　)
A
A.氮元素均被氧化
B.工业合成氨属于人工固氮
C.含氮无机物和含氮有机物可相互转化
D.碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环
解析　A项，人工固氮合成氨反应中，氮元素的化合价降低被还原，错误；B项，工业合成氨属于人工固氮，正确；硝酸盐转化为蛋白质及经动物消化使蛋白质转化为氨气和铵盐，实现了含氮无机物和含氮有机物的相互转化；并且碳、氢、氧三种元素也参加了氮的循环，C、D正确。
4.为除去混入NO中的少量NO2，应将气体通过(　　)
C
A.Na2CO3溶液 B.NaHCO3溶液
C.H2O D.浓硫酸
解析　通过A、B两项都会生成CO2，导致引入新的杂质；浓H2SO4不与NO2反应，故不能除去NO中的NO2；由反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO知，水洗可除去NO中的NO2。
5.把少量NO2气体通入过量小苏打溶液中，再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管，最后收集到的气体是(　　)
C
A.氧气 B.二氧化氮
C.二氧化氮和氧气 D.二氧化氮和一氧化氮
解析　少量NO2气体通入过量小苏打溶液中，逸出的气体是NO、CO2，二者物质的量比为1∶2，同时还有少量水蒸气逸出，再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管，CO2与过氧化钠反应生成的O2与NO反应生成NO2，O2有剩余，同时逸出的少量水蒸气与过氧化钠反应生成O2，所以最后收集到的气体是NO2和O2。
6.对3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应的下列说法正确的是(　　)
A
A.氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2
C.NO2是氧化剂，H2O是还原剂
D.在反应中若有6 mol NO2参与反应时，有3 mol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2∶1，还原剂(NO2)与氧化剂(NO2)的物质的量之比为2∶1。若有6 mol NO2参与反应，则转移电子4 mol。
7.如图所示，试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物)，当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内液面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中液面继续上升，经过多次重复后，试管内完全充满液体，原来试管中盛装的气体是(　　)
C
A.可能是N2和NO2的混合气体
B.一定是NO2气体
C.可能是NO与NO2的混合气体
D.只可能是NO2一种气体
解析　试管内气体为红棕色，故一定含有NO2，也可能含有NO，因为2NO＋O2===2NO2，生成的NO2又可与水反应，使液面上升，NO2、O2与水反应的总反应化学方程式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，故当试管内气体为NO2或NO2与NO的混合物时，通入适量O2，最终试管内可完全充满液体。由于N2不溶于水，故不可能含有N2。由此可知答案为C。
8.宇宙飞船的运载火箭的推进器引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体，从火箭尾部喷出。引燃后的高温气体成分有CO2、H2O、N2、NO等，这些气体均无色，但在卫星发射现场看到火箭喷射出大量的红烟，产生红烟的原因是(　　)
B
A.高温下N2遇空气生成NO2 B.NO遇空气反应生成NO2
C.CO2遇NO反应生成NO2 D.NO遇H2O反应生成NO2
解析　根据原高温气体均为无色，但在卫星发射现场却能看到红烟可推知，是因为发生反应：2NO＋O2===2NO2。
9.下列反应必须加入氧化剂且一步反应就能完成的是(　　)
C
①N2→NO2　②NO2→NO　③NO2→HNO3　④N2→NO　⑤N2→NH3
A.① B.②⑤ C.④ D.③④
解析　①N2→NO2不能一步完成，②③NO2与H2O反应即可，但H2O不是氧化剂，④N2→NO中N2被氧化，需要加入氧化剂，⑤N2与H2反应生成NH3，加入的H2是还原剂。
10.(2021·北京东城区校级检测)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)，则原混合气体中氧气的体积是(　　)
D
A.1.3 mL B.2.4 mL
C.3 mL D.4 mL或1.2 mL
11.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①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2。现将3支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是(　　)
D
A.V1＞V2＞V3 B.V1＞V3＞V2
C.V2＞V3＞V1 D.V3＞V1＞V2
12.(2021·山东淄博月考，双选)科学的假设与猜想是科学探究的先导和价值所在。在下列假设或猜想引导下的探究肯定没有意义的是(　　)
B
A.探究SO2和Na2O2反应可能有Na2SO4生成
B.探究NO和N2O可能化合生成NO2
C.探究NO2可能被NaOH溶液完全吸收生成NaNO2和NaNO3
D.探究向滴有酚酞溶液的NaOH溶液中通入Cl2，酚酞红色褪去的原因是溶液的酸碱性改变还是HClO的漂白作用
解析　NO和N2O反应不可能生成NO2，因为氮元素的化合价均升高，没有元素化合价的降低。
二、非选择题(本题共3小题)
13.为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如下实验：按图组装好实验装置，并检查装置气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。
(1)打开止水夹，推动针筒活塞，使O2进入烧瓶。关上止水夹，首先观察到烧瓶中的现象是_____________________________________________________。
产生此现象的化学方程式为_________________________________________。
(2)轻轻摇动烧瓶，观察到烧瓶中的现象为___________________________，_____________________________________________________。
产生此现象的化学方程式为______________________________________。
答案　(1)烧瓶中气体由无色变为红棕色　2NO＋O2===2NO2
(2)烧瓶中红棕色气体又变为无色　烧杯中的水倒吸到烧瓶中(或烧瓶中液面上升)　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
解析　(1)无色的NO能与O2反应产生红棕色的NO2；(2)轻轻摇动烧瓶，使得NO2与水发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，所以烧瓶中红棕色气体又变为无色，因为烧瓶内气体减少，引起烧瓶内气体压强降低，所以烧杯内的水会倒吸入烧瓶中，使烧瓶中液面上升。
14.(1)某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应，进行如下实验(如图所示)。
①图甲两集气瓶中________(填“上”或“下”)瓶颜色深。
②图乙中反应的现象是_________________________________________。
③图丙中“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有________，说明NO2在该反应中表现________性。
15.利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，其部分工艺流程如下：
(1)一定条件下，NO与NO2可以生成一种新的氧化物，试写出该反应的化学方程式：________________________________________________________
___________________________________________________________。
(2)上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底部进入，石灰乳从吸收塔顶部喷淋)，其目的是__________________________________________
___________________________________________________________；
滤渣可循环使用，滤渣的主要成分是________(填化学式)。
(3)该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1。
若n(NO)∶n(NO2)＞1∶1，则会导致_______________________________；
若n(NO)∶n(NO2)＜1∶1，则会导致________________________________。
(4)生产中溶液需保持弱碱性，在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解，产物之一是NO，其反应的离子方程式为__________________________________。
Thanks！
本课时内容结束