5.2.1 氮气和氮氧化物 课件（共26张PPT）

(共26张PPT)
第二节　氮及其化合物
第1课时　氮气和氮氧化物
第五章 化工生产中的重要非金属元素
1.了解氮元素的存在及氮的固定。
2.掌握NO、NO2的性质。
3.了解NO、NO2、O2溶于水的简单计算（对生成硝酸的启示）。
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，熟知工业制硝酸的反应原理，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。
学习目标
核心素养
情境引入
氮元素在元素周期表中的位置
氮元素位于元素周期表的第二周期，VA族。
N
原子结构
+7
2
5
氮原子的最外层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。一般通过共用电子对与其他原子结合。在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
1.氮气
(1) 氮气的物理性质
颜色 状态 气味 密度 溶解性
_____ 气体 _____ 密度与空气接近 ___溶于水
无色
无味
难
稳定
N2+O2========= 2NO
放电或高温
催化剂
高温、高压
N2 + 3H2 2NH3
N2 + 3Mg Mg2N3
点燃
(2) 氮气的化学性质
氮气的化学性质_____，通常很难与其他物质发生化学反应。
① 还原性：_____________________________。
② 氧化性
I. N2与H2反应生成NH3，化学方程式为 。
II.在点燃条件下与Mg反应，方程式为 。
N N
:N::N:
..
(1)自然界中氮元素的存在
(2)自然界中的氮循环（结合教材）
①游离态：主要以氮分子的形式存在于空气中。
②化合态：部分存在于动植物体内的蛋白质中；部分存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
思考：
什么叫氮的固定？
2.氮的固定
将大气中_______的氮转化为___________的过程叫做氮的固定。
游离态
含氮化合物
(3) 含义:
(4) 分类:
2007 年10月诺贝尔化学奖授予了德国化学家格哈德·埃特尔，理由是他发现了哈伯－博施法合成氨的作用机理。
1909年，德国化学家弗里茨·哈伯发明合成氨方法：500~600℃、17.5~20.0MPa和锇作催化剂，获得1918 年诺贝尔化学奖。
1913年，卡尔·博施改进合成氨方法：从实验室方法转化为规模化的工业生产，获得1931 年诺贝尔化学奖。
合成氨的辉煌化学史
N2+3H2 2NH3
高温高压
催化剂
【思考】合成氨对社会的发展与进步有何贡献？
合成氨的创始人哈伯
3.氮气的用途
(1)化合物制造：化肥、氨、硝酸等化合物的制造；
(2)惰性保护：惰性保护介质，速冻食品；
(3)制冷剂：低温粉碎等的制冷剂、冷却剂；
(4)电子工业：电子工业中的外延、扩散、化学气相淀积、离子注入、等离子干刻、光刻等；
(5)标准物：用作标准气、校正气、零点气、平衡气等。
(1)氮元素有多种化合价，其最高正价为＋5价(　　)
(2)氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键(　　)
(3)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气(　　)
(4)白磷(P4)在空气中能自燃而氮气能稳定存在，说明磷元素非金属性比氮元素强(　　)
(5)硝酸盐在某些细菌作用下转化成氮气为自然固氮(　　)
(6)在高温、高压、催化剂条件下，1 mol N2与3 mol H2混合可生成2 mol NH3
(　　)
针对训练
√
×
√
×
×
×
“笑气”是一氧化二氮（N2O）的别称，为无色有甜味的气体，广泛应用于医药麻醉、食品加工等生产生活领域。人体吸入“笑气”后，会引起体内内啡肽的释放。内啡肽能让人产生短暂的欣快感。其实，笑气并不是真的让人发自内心地笑，而是通过让人脸部肌肉失控而形成痴呆笑容。
氮的氧化物 N2O(笑气) NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5
氮元素化合价 ____ ___ ____ ___ ____ ____
＋1
＋2
＋3
＋4
＋4
＋5
上述氮的氧化物中属于酸性氧化物的是 。
N2O5和N2O3
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
都是非酸性氧化物(不成盐氧化物)
(1) NO和NO2分别采用什么方法收集？
(2)NO2转化为NO的变化中，NO2只能作氧化剂吗
常温下NO能与O2反应，只能用排水法收集；
NO2能与水反应生成NO，故只能用排空气法收集。
NO2与水反应转化为NO的同时生成HNO3， NO2既作氧化剂又作还原剂。
思考
(1)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(　　)
(2)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
(　　)
(3)NO2能与碱反应生成硝酸盐、亚硝酸盐和水，NO2是酸性氧化物(　　)
(4)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(　　)
(5)可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别溴蒸气和二氧化氮两种红棕色气体(　　)
(6)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(　　)
√
√
×
√
×
×
针对训练
2.化学性质【实验5-5】
(1)在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，观察颜色： ，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器。现象： ，
结论： 。
(2)打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，现象： ；振荡注射器。现象： 。
无色
注射器内无明显变化
NO难溶于水
注射器内气体变
为红棕色
气体的红棕色消失
结论：在一定条件下，NO与NO2可以相互转化。
反应的化学方程式为
①NO→NO2: _____________________;
②NO2→NO: __________________________ (工业制取硝酸)。
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
实验5-5发生了哪些化学反应？如果将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？上述实验对工业生产硝酸有什么启示？
启示1
(1) 原理： 解答氮的氧化物溶于水的计算问题首先明确原理，无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2+H2O===2HNO3+NO，2NO+O2===2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不能是NO2。
思考与讨论
① NO与O2同时通入水中
2NO+O2===2NO2 ①
3NO2+H2O===2HNO3+NO ②
①×3+②×2 总的化学方程式为 4NO+3O2+2H2O===4HNO3
启示2
② NO2和O2混合气体溶于水的计算
3NO2+H2O===2HNO3+NO ①
2NO+O2===2NO2 ②
①×2+② 总的化学方程式为 4NO2+O2+2H2O===4HNO3
启示3
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
归纳总结
课堂小结
情境：在新疆与青海两省区交界处有一狭长山谷，每当牧民和牲畜进入后，风和日丽的晴天顷刻电闪雷鸣，狂风大作，人畜常遭雷击而倒毙。奇怪的是这里牧草茂盛，四季常青，被当地牧民称为“魔鬼谷”。
考察队测定后发现，这里的磁场强度非常高。这里的地层，除了分布着大面积的三叠纪火山喷发的强磁性玄武岩外，还有大大小小30多个磁铁矿脉及石英闪长岩体。正是这些岩体和磁铁矿产生了强大的地磁异常带。夏季，它使因昆仑山的阻挡而沿山谷东西分布的雷、雨、云中的电荷常常在此汇集，形成超强磁场。一旦遇到异物，便会发生尖端放电即产生雷击现象，使人和畜瞬间死亡。巨大的磁力还导致了指南针失灵，仪器不准。
思考：为什么如此诡异的魔鬼谷却牧草茂盛，四季常青？
提示　雷电发生时，N2和O2化合生成NO，NO迅速被氧化为NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3跟土壤作用生成硝酸盐，NO可被植物吸收。N2＋O2===2NO，2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
放电
1. 如图所示的试管中装有12 mL NO，然后间歇缓慢地通入8 mLO2。有关最终状态的描述：①试管内气体呈红棕色，②试管内气体呈无色，③试管内液面不变，④试管内液面上升，⑤试管内气体是O2，⑥试管内气体是NO 。其中正确的是(　　)
C
A． ①③ B． ②④⑤
C． ②④⑥ D． ②③⑤
过关检测
2. 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
过关检测
3. 在容积为672 mL的烧瓶中充满NO和NO2的混合气体，将其倒立在水槽里，去塞后再通入280 mL氧气，恰好完全反应，且液体充满烧瓶(气体体积都已折合为标准状况下的体积)，下列有关叙述正确的是(　　)
B
A． 总反应为NO＋NO2＋O2＋H2O === 2HNO3
B． 总反应为4NO＋8NO2＋5O2＋6H2O === 12HNO3
C． 生成硝酸的物质的量浓度均为0.030 mol·L－1
D． 生成硝酸的物质的量浓度约为0.060 mol·L－1
过关检测
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