化学人教版（2019）必修第二册5.2.1氮气和氮的氧化物（共43张ppt）

(共43张PPT)
第二节 氮及其化合物
第1课时 N2和氮的氧化物
1、画出氮原子的结构示意图？
2、说出氮元素在周期表中的位置？
3、根据氮元素在周期表中的位置和结构,分析氮元素如何与其他元素组成物质的？其化合价有哪些？并各举一例相应的物质
4、氮元素在自然界的存在形式？
空气中N2、动植物体内的蛋白质、土壤海洋的硝酸盐和铵盐
阅读课本P11第一自然段，回答下列问题：
第二周期、第VA族
N2O
NO
N2O3
NO2
N2O4
N2O5
+1
+2
+3
+4
+5
-3
0
NH3
NH4+
HNO3
HNO2
N2
既不易得到3个电子，也不易失去5个电子
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
一、氮气（N2）
1、氮气的物理性质
无色、无味、无毒的气体，难溶于水，比空气稍轻，熔沸点低。
—在空气中，氮气约占体积分数的78%
（密度：1.25g/L 熔点：-210℃ 沸点：-196℃）
写出N2的电子式？ 结构式 预测N2的化学性质？
收集氮气时用排水法不用排空法，Why
:N :: N:
‥
N≡N
键能大，946KJ/mol
N2常温不活泼，很难与其它物质发生化学反应。
一、氮气（N2）
—在空气中，氮气约占体积分数的78%
2、氮气的化学性质
1)常温不活泼，很难与其它物质发生化学反应。
2)高温或放电等条件下能与Mg、H2、O2等物质发生化合反应
N2的还原性
N2的氧化性
:N :: N:
‥
N≡N
键能大，946KJ/mol
N2可作保护气
③与Mg反应：
N2+O2=== 2NO
放电
N2+3H2 2NH3
N2+3Mg === Mg3N2
①与O2反应：
②与H2反应：
高温、高压
催化剂
点燃
(或高温)
离子化合物，遇水强烈水解
氮元素是一切动植物的生长都需要的营养元素。大气中含有大量的氮气，但是不能被多数生物直接吸收，多数生物只能吸收含氮元素的化合物。
将空气中游离的氮转变为氮的化合物的方法叫做氮的固定。
[知识回顾]氮的固定
1.概念：
2.途径
将游离态的氮转变为氮的化合物。
(1)自然固氮
①雷电作用:
②生物固氮：
如豆科植物的根瘤菌固氮。
(2)人工固氮:
工业上合成氨。
N2+3H2
高温、高压
催化剂
2NH3
即：N2
氮的化合物
【俗称固氮】
氮的固定
N2+O2=== 2NO
放电
大气中N2
NH3
尿素及动植物遗体
土壤中的微生物
氮素化肥
氮的固定实验
N2+O2 === 2NO
放电
(无色气体)
2NO + O2 == 2NO2
(红棕色气体)
1909年，德国化学家哈伯经过反复的实验研究后发现，在500~600℃、17.5~20.0MPa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
合 成 氨
【科学史话】P12
在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题。
哈伯也是第一位研究出化学武器的科学家，
在一战中为纳粹增加了很大的杀伤力。
氨
合成化肥
合成硝酸
合成炸药
魔鬼
天使
化学史
哈伯
(F.Haber，1868-1934)
4. 氮的制备和用途
(1) 制备
工业上由液态空气分馏来获得纯度为99%的氮气
(2) N2 的用途:
① 工业上合成氨、制硝酸
③医学上液氮用于冷冻麻醉，高科技上用于制造低温环境
②作保护气(焊接金属、填充灯泡、保鲜食品等)
1.下列叙述中与氮的固定无关的是(　　)
A.工业合成氨
B.工业上将氨转化成硝酸和其他氮的氧化物
C.豆科植物的根瘤菌吸收空气中的氮气使之转化成植物蛋白质
D.电闪雷鸣的雨天,N2与O2会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收
B
随堂练习
2.下列属于人工固氮的化学反应是(　　)
A. N2与H2在一定条件下合成NH3
B. NO与O2反应生成NO2
C. NH3被O2氧化成NO和H2O
D. 由NH3制备化肥NH4HCO3
A
3.下列有关氮气的说法正确的是(　　)
A.氮气是由氮原子构成的双原子分子,所以化学性质不活泼
B.医学上常用液氮做冷冻剂,在冷冻麻醉条件下做手术,是利用氮气化学性质的不活泼性
C.H2与N2在一定条件下反应生成NH3,反应中N2体现氧化性
D.电闪雷鸣的雨天,雨水中会含有一定量的硝酸,其中可能发生的反应有 N2+2O2 2NO2
C
4.下列关于氮气性质的说法中,错误的是(　　)
A.通常情况下,氮气性质很不活泼
B.可在氧气中燃烧,生成一氧化氮
C.通常情况下,氮气在水中的溶解度很小
D.跟氢气在一定条件下发生反应时,氮气是氧化剂
B
5.下列有关氮气的叙述中,错误的是(　　)
A.工业上,氮气常用作焊接金属的保护气
B.在雷雨天,空气中的N2和O2可反应生成NO
C.氮气既可做氧化剂又可做还原剂
D.向某容器中充入1 mol N2可与3 mol H2完全反应生成2 mol NH3
D
一氧化氮和二氧化氮
光化学烟雾
氮有6种重要氧化物
氧化物
性 质
N2O
NO
N2O3
NO2
N2O4
N2O5
+1
+2
+3
+4
+4
+5
----
亚硝酐
硝酐
----
----
----
酸 酐
俗名笑气,
一种麻醉剂
红棕色
气体
无色气体
常温下，
白色固体
无色无味气体
它们都有毒，是大气污染物。
氮的氧化物
2
二、NO和NO2
无色、无味、不溶于水的有毒气体
NO：
毒性类似CO
红棕色、有剌激性气味的有毒气体，密度比空气大，易液化，易溶于水
NO2:
＋4
2NO + O2 == 2NO2
NO不稳定，易被O2氧化：
是光化学烟雾的罪魁祸首！
NO2易溶于水：
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
2)归纳NO和NO2的化学性质
NO:
① 2NO + O2 == 2NO2
化性:
既有氧化性又有还原性，以还原性为主
表现 性
还原
② NO与NH3发生归中反应，表现氧化性
6NO + 4NH3 = 5N2 + 6H2O
制备NO:
3Cu + 8HNO3(稀)= 3Cu(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O
+2
NO2 :
化性:
既有氧化性又有还原性，以氧化性为主
例如：
6NO2 + 8NH3 = 7N2 + 12H2O
+4
①NO2的氧化性
2NO2 + 2KI = I2 +2KNO2
+4
+3
②与水的反应
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
NO2与NH3发生归中反应，表现氧化性
NO2可使湿润的KI淀粉试纸变蓝
氧化剂 ：还原剂=
1 : 2
(自身氧化还原反应)
所以，不能用KI淀粉试纸区别NO2和Br2蒸汽
2)归纳NO和NO2的化学性质
NO2 :
+4
③通常状况下:
2NO2 N2O4
＋4
＋4
红棕色
无色
(非氧化还原反应)
讨论: 实验室制备NO、NO2时, 该用什么方法来收集？
排水法
瓶口向上排空气法
化性:
既有氧化性又有还原性，以氧化性为主
制备NO2:
Cu + 4HNO3(浓)= Cu(NO3)2 + 2NO2↑+ 2H2O
2)归纳NO和NO2的化学性质
特别提醒　
(1)氮的氧化物都是大气污染物。
(2)空气中NO2是造成光化学烟雾的主要因素。
(3)空气中NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂等。
(4)NO2：既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。NO2能使湿润的淀粉 -KI试纸变蓝。
在新疆与青海交界处有一山谷，人称魔鬼谷，经常电闪雷鸣，狂风暴雨，把人畜击毙。然而谷内却是牧草茂盛，四季常青。请解释原因。
N2 + O2 ======= 2NO
放电或高温
2NO + O2 = 2NO2
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
“雷雨发庄稼”
破解奇闻
硝酸与土壤中矿物质作用形成可溶性硝酸盐，成为氮肥被植物吸收．
3)NO和NO2的尾气处理：
NaOH溶液吸收
2NO2＋2NaOH = NaNO3＋NaNO2＋H2O
NO2＋NO＋2NaOH = 2NaNO2＋H2O
+4
+3
+2
+4
+5
+3
NO2、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)
(归中反应)
(歧化反应)
1 : 1
4) NO、NO2的检验
NO的检验方法：
将其通入水中，若看到红棕色褪去，而在瓶口又可以重新出现红棕色，则该气体为NO2。
向气体中通入少量O2或空气，气体由无色变为红棕色，则该气体为NO；
NO2的检验方法：
1. 不可用淀粉KI试纸鉴别
2.可用
水洗法
CCl4法
硝酸银溶液法
NO2
Br2
无色溶液
橙黄色溶液
难溶于CCl4
橙红色溶液
无明显现象
产生淡黄色沉淀
5) NO2和Br2的鉴别
淀粉KI试纸、pH试纸、NaOH溶液、蒸馏水、CCl4、AgNO3溶液
现提供下列试剂，哪些试剂可行？
×
×
×
√
√
√
性 质 NO NO2
物理性质
毒 性
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、有刺激性气味的有毒气体
不反应(难溶于水)
3NO2+H2O=2HNO3+NO
2NO+O2==2NO2
不反应
铜与稀硝酸反应
铜与浓硝酸反应
常用排水法
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
有毒(跟血红蛋白结合)
有毒
操作一：在一支50 mL的注射器里充入20mLNO，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。操作二：打开弹簧夹，快速吸入10mL空气，夹上弹簧夹。
操作三：振荡注射器，再观察现象。
【实验5-5】
P13
操作一：在一支50 mL的注射器里充入20mLNO，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。操作二：打开弹簧夹，快速吸入10mL空气，夹上弹簧夹。
操作三：振荡注射器，再观察现象。
操作 操作一 操作二 操作三
现象
原因
无色气体，
无明显变化
NO难溶于水
气体变为红棕色
2NO+O2 = 2NO2
红棕色消失
得到无色溶液
3NO2＋H2O=2HNO3＋NO
【实验5-5】
P13
结论：在一定条件下，NO与NO2可以相互转化。
①NO→NO2: _____________________;
②NO2→NO: __________________________。
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
(工业制取硝酸)
将尾气(NO)中通入适量的氧气后再溶解于水，经过多次循环氧化、溶解，可充分利用原料，并减少NO的排放，保护环境。
NH3
NO
NO2
HNO3+NO
O2
O2
H2O
O2
【思考与讨论】
实验5-5对工业生产硝酸有什么启示？
③
①
②
4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O
Pt
△
3NO2 +H2O = 2HNO3 +NO
2NO +O2 = 2NO2
①
②
③
理论上，原料中每1molNH3可以制得1molHNO3

3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
2NO + O2 = 2NO2
×3
×2
+）
4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3
思考：①如图,将充满NO的1L试管倒置于水槽中，不断通入O2，这个过程中要通入多少O2， NO才能完全转变成HNO3呢？
②若试管中盛的是NO2，在这个过程中又要通入多少的O2，NO2才能完全转变成HNO3呢？
∴ V(NO):V(O2) = 4:3
NO
1L
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
2NO + O2 = 2NO2
×2
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
+）
∴ V(NO2):V(O2) = 4:1
1、关于NO、O2、H2O的混合计算，
记住总反应：
归纳：
4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3
V（NO）
V（O2）
=4：3
>4:3
余NO
恰好完全反应
<4:3
余O2
2、关于NO2、O2、H2O的混合计算，
记住总反应：
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
V（NO2）
V（O2）
>4:1
NO2过量，还应考虑：
=4：1
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
余NO
恰好完全反应
<4:1
余O2
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3………②
4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3……… ①
例题1：将容积为20mL的收集满 NO 气体的试管，倒置于盛水的水槽中，再向试管中通入一定量的O2 ，充分反应后，试管中的水刚好是试管的一半，问通入的O2体积可能为多少？
关于NO、NO2、O2溶于H2O的混合计算
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO………③
4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3
1)若余10ml为NO,
则V(O2)=
3
4
4 : 3
(20-10)
×
=7.5ml
2)若余10ml为O2,
则V(O2)=
3
4
20
×
+10
=25ml
拓展：将等物质的量的NO和O2充满试管，倒置于盛水的水槽中，充分反应后，试管中液面上升，占试管容积的几分之几？
换：等物质的量的NO2和O2
呢？
换: V(NO2):V(O2)=5:1
练1：将容积为12mL的试管收集满 NO 和O2混合气体，倒置于盛水的水槽中，充分反应后，试管中余2ml气体，问通入的O2体积可能为多少？
换：NO2和O2混合气体
7
8
5
8
17
18
例题2：将标况下，一支充满HCl(g)的试管倒置于水槽中，
瓶内液面上升，假设溶质不扩散，
则最终溶质的物质的量浓度为 mol/L
改：
若试管中HCl、空气各占一半呢？
改：
改：
改：
若试管中NH3、空气各占一半呢？
若试管中充满NO2气体呢？
若试管中V(NO2):V(O2)=4：1呢？
若试管中V(NO):V(O2)=4：3呢？
改：
5
4
7
4
1
22.4
1
22.4
1
22.4
1
22.4
×
×
1
22.4
1
22.4
1.下列对氮的氧化物的叙述中,正确的是(　　)
A.氮的氧化物都是无色气体
B.氮的氧化物都难溶于水
C.氮的氧化物都是酸性氧化物
D.氮的氧化物都是大气污染物
D
随堂练习
2.运载火箭的推进剂引燃后产生的气体主要是CO2、H2O、N2、NO,这些气体均为无色,但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红色烟雾。产生红色烟雾的原因是(　　)
A. 高温下N2遇空气生成NO2
B. NO遇空气生成NO2
C. CO2遇NO反应生成CO和NO2
D. NO和H2O反应生成H2和NO2
B
3.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，试管中剩余气体的体积分别为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
4.把3mol的NO2气体，依次通过下列三个分别装有
①饱和NaHCO3溶液，②浓H2SO4，③Na2O2(所有物质均过量)的装置后，用排水法把残留气体收集到集气瓶中，该气体应是 （ ）
A．1 mol NO B．2 mol NO2和0.5 mol O2
C．2 mol O2 D．0.25 mol O2
D