化学人教版（2019）必修第二册5.2.1氮气与氮的氧化物（共30张ppt）

(共30张PPT)
走进奇妙的化学世界
2023-2024
必修第二册
第五章
化工生产中的重要非金属
第二节
氮及其化合物
位置
第二周期、第VA族
结构
性质
既不容易得3个电子
也不容易失5个电子
N一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质
氮是自然界各种生物体生命体活动不可缺少的重要元素，自然界中氮元素是怎样存在的呢？
主要化合价：-3、0、+2、+4、+5
氮元素在自然界中有两种存在形态：
游离态：主要以氮分子的形式存在于空气中。
(78%) 氮气
氧气 (21%)
空气的成分(按体积)
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、海洋里的的硝酸盐和铵盐中。
其他1%
（1）物理性质：无色、无味的气体，密度与空气接近，难溶于水
氮气
熔点：-210 ℃
沸点：-196 ℃
密度：1.25 g/L
思考
对比氧气和氮气的沸点，如何从空气中获得氮气？
一、氮气与氮的固定
1. 氮气
氧气
熔点：-218.4 ℃
沸点：-183 ℃
密度：1.25 g/L
空气（气态）
低温
加压
空气（液态）
N2（气态）
O2（液态）
【思考】氮气在低温加压可以液化成液氮，液氮汽化会吸热使温度降低，
你知道液氮有什么用途么？
医疗上可在液氮冷冻
麻醉下做手术
液氮食品
低温超导
（2）分子组成与结构：
分子式：
电子式：
结构式：
空间结构：
球棍模型：
N2
直线型
氮分子内两个氮原子间以共价三键(N≡N)结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常情况下很难与其他物质发生化学反应，但在高温、放电等条件下能和一些物质发生化学反应。
（3）氮气的化学性质：
①与金属单质（Mg、Li、Ca、Sr、Ba、Al等）反应 需要加热才能发生
N2 + 3Mg Mg3N2
氧化性
Mg3N2 +6H2O=3Mg(OH)2↓+2NH3↑
②与非金属单质（O2、H2、B、Si等）反应
N2 + O2 2NO
还原性
N2 + 3H2 2NH3
氧化性
自然固氮
人工固氮：
高能固氮(如雷雨天气N2转化为NO)
生物固氮(如豆科植物的根瘤菌固氮)
合成氨(工业上合成氨)、仿生固氮(某些金属有机化合物可起到根瘤菌的作用)
将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定
离子化合物
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
自然界中的氮元素
氮是自然界各种生物体生命活动不可缺少的重要元素，自然界是怎样通过氮的循环为生物体提供氮元素的呢？
自然界中氮的循环图
（4）氮气的制备：
①工业制法：工业上由液态空气分馏来获得氮气
②实验室制法：
NH4Cl+NaNO2 NaCl+N2+2H2O
===
加热
（5）氮气的用途：
①氨气是合成氨、制硝酸的重要材料
硝酸
②氮气常用作保护气，用于焊接金属、填充灯泡、保护食品等
注意焊接金属镁时不能用氮气做保护气
③液氮可用作制冷剂，应用于医学、科技等领域
科学史话
例 1-1 (2021广东茂名期中)下列关于自然界中氮循环(如图5-2-1)的说法不正确的是（）
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、氧三种元素也参与了氮循环
A
1.(浙江嘉兴一中期中)下列过程不属于氮的固定的是 ( )
A.闪电时大气中氮的氧化物的生成
B.由NH3制备NH4Cl
C.用N2和H2合成氨
D.豆科植物的根瘤菌把大气中的氮气转化成NH
B
例 1-2 (2021 江苏宿迁期中)下列关于氮气的说法错误的是
A.氮气在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸
B.液氮可用于医学和科技领域，制造低温环境
C.利用氮气的稳定性，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气
D.在高温、高压、催化剂条件下与氢气反应时，氮气作还原剂
D
据说在新疆与青海两省区交界处有一狭长山谷，这里经常在风和日丽的晴天顷刻电闪雷鸣，下起雷雨，奇怪的是这里牧草茂盛，四季常青，被当地牧民称为“魔鬼谷”。为什么魔鬼谷牧草旺盛
有句谚语“雷雨发庄稼”，
你明白其中的化学道理吗
思维拓展
雷雨发庄稼，将N2转化为硝酸盐要经过几步转化，每一步转化分别是什么？
+O2
+O2
+H2O
+NH3
N2 NO NO2 HNO3
NH4NO3
NO和NO2具有哪些性质？
【思考】
氮的氧化物
氧化物 NO N2O3 N2O5
对应氮的化合价
N2O
NO2
N2O4
＋3
①N2O俗称笑气，具有麻醉作用
②N2O3亚硝酸的酸酐，不稳定
③N2O5硝酸的酸酐，白色固体
+1
+2
+4
+4
+5
上述氮的氧化物中属于酸性氧化物的是 。
N2O5和N2O3
物质 颜色 状态 气味 水溶性 收集方法 特性
NO 气体 ___溶于水
NO2 气体 ___溶于水
无色
无味
不
排水法
NO
NO2
红棕色
刺激性
易
向上排空气
二、一氧化氮和二氧化氮
1. NO和NO2的物理性质
易液化
注意：①NO有毒，使人中毒原理与CO相似，但是NO是人体内的“信号分子”可以舒张血管，抗氧化
②NO2在常温下为气体，但是在标况下为液体
2. NO和NO2的化学性质
（1）NO
2NO+O2=2NO2 （红棕色）
NO
【思考】实验室如何收集，检验NO的存在？
收集：排水法
检验：向无色气体中通入氧气或空气，若气体变为红棕色则无色气体为NO
（2）NO2
3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO
NO2
+4 +5 +2
（工业上利用这一原理生产硝酸，NO2既是氧化剂又是还原剂）
【实验5-5】NO2溶于水实验
实验装置 实验操作 在一支50 mL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。 打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象，然后振荡注射器，再观察现象。
现象 振荡前：
振荡后：
化学方程式
无明显现象
无色气体变红棕色
红棕色变为无色
NO
NO2
2NO+O2=2NO2
3NO2+H2O=2HNO3+NO
结论：在一定条件下，NO与NO2可以相互转化
如果要将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？
提示　可以用注射器不断吸入空气，然后使注射器里的气体充分与水反应
【思考讨论】
①2NO+O2=2NO2
②3NO2+H2O=2HNO3+NO
【想一想】上述实验对工业上生产硝酸有什么启示？
硝酸工业在吸收反应进行过程中，需要补充一些空气，使生成的NO被氧化成NO2，NO2溶于水又生成硝酸和NO，经过多次氧化和吸收，NO可以完全转化为硝酸，减少环境污染。
①X3+②X2：
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
①+②X2：
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
3. NO、NO2溶于水的计算
（1）反应原理
3NO2＋H2O=2HNO3＋NO ①
2NO+O2=2NO2 ②
反应①×2＋② 4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3 ③
反应①×2＋②×3 4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3 ④
②NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应:
4NO2+O2+2H2O== 4HNO3,其计算如下表:
【例1】向盛有15mlNO2气体，倒立于水槽的试管A中通入O2，充分反应，试管中还剩余气体3ml，则通入O2体积可能是多少
剩余气体只能是NO或O2，不可能是NO2
①NO2过量→剩余气体为NO
3NO2+H2O=2HNO3+NO
3ml
9ml
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
6ml
1.5ml
则通入氧气体积可能为1.5ml
②剩余气体为O2
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
15ml
3.75ml
3.75ml+3ml=6.75ml
则通入氧气体积可能为6.75ml
③NO和O2的混合气体溶于水时涉及反应:
4NO+3O2+2H2O===4HNO3,其计算如下表:
【例2】向盛有15mlNO气体，倒立于水槽的试管A中通入O2，充分反应，试管中还剩余气体3ml，则通入O2体积可能是多少
剩余气体只能是NO或O2，不可能是NO2
①剩余气体为NO
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
4 3
15ml-3ml
9ml
则通入氧气体积可能为9ml
②剩余气体为O2
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
4 3
15ml
11.25ml
11.25ml+3ml=14.25ml
则通入氧气体积可能为14.25ml
NO NO2
颜色 无色 红棕色
毒性 有毒 有毒
溶解性 难溶于水 易溶于水
与O2或与H2O反应 2NO＋O2=2NO2 3NO2＋H2O=2HNO3＋NO
实验室制备 铜与稀硝酸反应 铜与浓硝酸反应
收集方法 排水法 向上排空气法
与人体、 环境的关系 ①与血红蛋白结合，使人中毒；②形成酸雨、光化学烟雾 形成酸雨、光化学烟雾
NO和NO2性质比较
将混合气体通入盛有水的洗气瓶，然后重新收集气体。
如何除去NO气体中混有的少量NO2气体杂质？
【思考】
NO2、NO均是污染性气体，如何尾气处理？
①碱液吸收法
2NO2＋2NaOH NaNO3＋NaNO2＋H2O
NO2＋NO＋2NaOH 2NaNO2＋H2O
②催化转化法
2NOx+2XCO N2+2XCO2
催化剂

4.氮氧化物对环境的污染
（1）NOX的来源
石油产品和煤燃烧的产物
汽车尾气
制硝酸的工厂
（2）危害
①光化学烟雾：在紫外线作用下，NOx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硝酸型酸雨：3NO2+H2O=2HNO3+NO
硫酸/硝酸型酸雨的形成过程相互交织
NO2+SO2=NO+SO3
③破坏臭氧层：NOx 可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加
g.mol-1
M=m/n
Na
6.02X1023mol-1
n=N/M
摩尔（mol）
n
M