5.2.1 氮气及其化合物（教学课件）- 高中化学人教版（2019）必修第二册(共68张PPT)

(共68张PPT)
人教版 ·高中化学 ·必修2
第五章化学生产中的重要非金属元素
第二节氮及其化合物
氮元素位于元素周期表中第二周期第 V入族，原子结
构示意图为 25 ,最外层有 个电子，在化学
反应中能获得3个电子而表现出-3价。
常见化合价：-3、0、+1、+2、+3、+4、+5;
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
主要以氮分子的形式存在于空气中
存 在 自然界中
形式 的氮元素
游离态
化合态
自然界中的氮元素
土壤海洋中硝酸盐和
空气中的氮气
氮元素
1、氮分子的结构
化学式 N
结构式
N 三 N
电子式
·N::N
2、氮分子的物理性质
氮气：双原子分子
无色无味无毒气体、熔点为-210℃、沸 点 为-196℃、
密度为1.25g.L-1 ( 比空气略小，占空气体积78%),难 溶 于水 (1体积水溶解0.02体积N )
质发生化学反应，画出氮气的电子式并分析
由于氮分子内两个氮原子间以共价三键 ( N三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 下难以与其他物质发生化学反应，无法被大 多数生物体直接吸收。
思考与交流：
为什么氮气的化学性质很稳定，通常情况下难以与其他物
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 高温 或 放电
○ 0
:N· N:
N 三 N
3、N 的化学性质。 请你结合分子结构及元素化合价推测其化学性质
还原性
氧化性
与非金属
与金属
N 。
1、氮的固定----将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程。
2、类型
①自然固氮：大自然通过闪 电释放的能量将空气中的氮气转化为含 氮的化合物，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化为氨。
放电或高温
N +O ====2NO
②人工固氮：人类通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物。 最重要的人工
(工业合成氨)
2、认识氮在自然界的循环
自然固氮
大气中的氮
人工固氮
动物摄食
工业合成氨为农作 物为农作物的生长 提供了必须的氮元 素，为其他化工产 品(如炸药、农药、 染料等)的生产提 供了重要原料。
氨或铵盐
吸收
亚硝酸盐
硝酸盐
图5-9 自然界中氮的循环
雷电作用 豆科植物的根瘤固氮
动物排泄物 及遗体
化肥生产等
被细菌
植物遗体 分解
5. 下列反应起了氮的固定作用的是 ()
A、N 、H 在一定条件下反应生成NH B、NH 经催化剂氧化生成NO
C、NO 与O 反应生成NO
D 、由 NH 制碳铵和硫铵
解析：将空气中游离态的氮转变为氮的化合物的方法， 统称氮的固定。
课后练习
羽售二唑鹰羽售一三
N的氧化物的种类——它们都有毒，是大气污染物。N 0、 NO、N O 、NO 、N O 、N O 六种，其化合价分别是+1,
+2,+3,+4,+4,+5。
1 、NO :N: :
①物理性质：无色、无味、有毒气体(和CO相同),难溶于水
②化学性质：易被0 氧化为NO , 2NO+O =2NO
催化剂
③与NH 反应：6 NO+4NH 加热6 H O+5N 表现氧化性
④和0 、H 0:4NO+30 +2H O=4HNO
2 、NO
①物理性质：红棕色、有刺激性气味的气体，易液化，易溶于水
②化学 性 质： (1)难被氧化，易与水反应生成H NO 和NO
3NO,+H,0==2HNO +NO
(2)NO 的尾气用NaOH 溶液吸收
2NO +2NaOH ==NaNO +NaNO +H O
(3)常温下易转化为N O4
2NO → N O
(4) NO 具有较强的氧化性，可使湿润的KI淀粉试纸变蓝 还可将SO 氧化：NO + SO = SO +NO
NO
NO
物性 无色，无味
红棕色，刺激性气味
毒性 有毒(机理同CO)
有毒
与水
3NO +H O=2HNO +NO
与 O 2NO+O2=2NO
与 O 、 H O 4NO+302+2H O=4HNO
4NO2+O2+2H O=4HNO
3、氮的氧化物---NO 与NO 的性质比较
1.NO吸收治疗法可快速改善SARS重症患者的缺氧状况， 缓解病情，病毒学研究同时证实，NO 对SARS病毒有直接
抑制作用。下列关于NO 的叙述正确的是( )D
A.NO 是一种红棕色气体
B. 常温常压下，NO 不能与空气中的氧气直接化合
C. 含等质量的氧元素的NO 和CO 的质量相等
D .
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 易与氧气直接化合生成NO 。
答案 ：D
课后练习
4、NO 和NO 的尾气处理
(1)NO 与酸碱都不反应，进行尾气处理时一般用充袋 i法，或通入氧气的同时用碱溶液吸收。
(2)NO 与碱溶液直接反应，可用碱溶液吸收。 2NO +2NaOH ==NaNO + NaNO +H O
【实验5-5】
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， 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。
图5-10 二氧化氮溶于水的实验
实验现象：加入水后，注射器内水和NO的体积几乎没 有变化，吸入空气后，气体的体积减少。
反应方程式：2NO+O ===2NO ,
3NO +H O===2HNO +NO
思考与讨论：
实验5-5中发生了哪些化学反应 如果要将注射 器中的N0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
5、氮的氧化物溶于水的计算
①有关化学反应方程式
3NO +H O=2HNO +NO①
2NO+0 =2NO ②
所以①X2+② 得
②X3 +①X2得
4NO +0 +2H O=4HNO ③ 4NO+30 +2H O=4HNO ④
也就是按此比例的气体可以和水完全反应生成硝酸。
4.一定温度和压强下，将装有N 和NO 混合气体的试管
倒立在水中，经足够时间后，试管内气体体积缩小为
原体积的3/5,则混合气体中N 和NO 的体积比为( A)
A.2:3 B.3:2 C.3:5 D.5:3
解析：3NO +H O=2HNO +NO, 所以设N 为a体积，NO 为 b体积，则总体积为a+b。反应后为a+(1/3)b, 因为试管内 气体的体积缩小为原体积的3/5
所以[a+(1/3)b]/(a+b)=3/5,a:b=2:3
课后练习
②值得注意的是：4NO +0 和4NO+30 从组成上均相当于2N O 的组成。 即③④两情况中的总反应式都与N O +H 0=2HNO 等效。这不仅是记忆 ③④二式的方法，也为上述问题的解法提供了新的思路，即利用混合 气体中的N、0原子个数比进行分析判断：
N:0<2:50 剩余 N:0=2:5 完全反应
N:0>2:5 NO剩余
③如果不是 恰好反应，则剩余气体只可能是氧气或NO, 不 可能 剩余NO (为什么 )
6、氮氧化物对环境的污染
(1)光化学烟雾：NO 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：NO 排入大气中后，与水反应生成HNO 和HNO , 随 雨雪降到地面。
(3)破坏臭氧层：NO 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。
知识梳理：1、氮气的化学性质
与O 反应 放电
N 十 O2 — 2NO
与H 反应
N
高温、高压
催化剂
点燃Mg N
与Mg 反应
N +3Mg
N +3H
2NH
2、氮的氧化物-----NO 和NO
有关化学反应方程式
3NO +H O===2HNO +NO①
2NO+0 ===2NO ②
4NO +0 +2H O=4HNO 4NO+30 +2H O===4HNO
课后练习
2. 汽车尾气主要含有CO 、CO 、SO 、NOx 等物质，这种 尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。汽车尾气中的 CO、NOx 在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反 应生成参与大气循环的无毒气体。反应的化学方程式可表示
催化剂
加 =2xCO +N
2xCO+2NOx
为
解析：汽车排放的尾气中因含有氮的氧化物而污染大 气 . 产生氮的氧化物的主要原因是在汽缸中N 被氧化生成的。
3.汽油中氮元素及其微量，为什么汽车排放的尾气中因含有氮的氧 化物，而污染大气，造成产生氮的氧化物的主要原因是()D
A. 燃烧含氮化合物燃料引起的
B. 燃烧含铅汽油引起的
C. 是由于燃烧不充分引起的
D. 是在气缸中N, 被氧化生成的
课后练习
思考与交流：
同学们阅读12页 科学史话，讲一讲哈 伯工业合成氨的发展 对人类历史的影响。
合成氨是人类科学技术发展 史上的一项重大成就，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，是化学和技术 对社会发展与进步的巨大贡献。
弗里茨 · 哈伯
电子式： H :N:H
H
氨分子的空间结构：
分子形状：三角锥形
键 角：107°18'
分子极性：极性分子
1、氨分子的电子式和结构式：
结构式：H-N-H
工
2、物理性质
氨的物理性质
无色
刺激性气味气体
密度小于空气
易液化
极易溶于水(1:700)
氨很容易液化，液化时 放热。液氨汽化时要吸收大 量的热，使周围温度急剧降 低。因此，液氨可用作制冷 剂
液氨
3、【实验5-6】
如图5-11所示，在干燥的圆底烧瓶里充满NH , 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。
【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
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。
氨气
水
酚分酞 溶 液
C
氨气
酚酞 溶液
D
打开止水夹，挤 出胶头滴管中的水。
如何引发喷泉
【喷泉实验】
氨极易溶于水，使烧瓶内外形成较大的压差；
(2)溶液为什么变为红色
氨气溶于水溶液显碱性。
NH +H O NH ·H O
NH ++OH
(3)实验成败的关键是什么
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。
想想看：
(1)氨为什么会形成喷泉(该实验的原理)
4、氨跟酸的反应
演示实验 — — 氨与氯化氢反应
图5-12 氨与氯化氢反应
(有白烟生成)。
为什么没有白烟
因为硫酸是非挥发性酸
NH +HCl=NH Cl
NH +HNO =NH NO
2NH +H SO =(NH4 SO
可用来检验 氨气或氯化 氢是否泄漏。
新课讲解
5、氨与氧气的反应： (氨的催化氧化)
氨中N为-3价，具有还原性。
催化剂
4NH +502== 天==4NO+6H O
2NH +3Cl ==N +6HCI ( 少量NH )
8NH +3Cl ==N +6NH Cl (过量NH )
加热
2NH +3CuO ==N +3Cu +3H O
(氨气和氯气 不能共存)
用稀氨水治疗
蚊虫叮咬
有机合成工业原料
致冷剂
2NH +H O+SO ===(NH ) SO
NH +H O+SO ===NH HSO
硝酸
NH -
吸收硫酸 生产中的 二氧化硫
铵盐
纯碱
消除二氧化
氮
的污染
6、氨的用途和保存：
7、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。
图5-13 实验室制取氨的简易装置 示意图
②药品：氯化铵晶体、熟石灰固体
③装置：固+固，加热型(与O 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 NH 和空气对流，保证NH 的纯度。
>思考：干燥时，能否用浓硫酸、无水CaCl 或者P O 来代替碱石灰
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(CaCl ·8NH ), 因此也不能使用无水氯化钙来 干燥氨气。
>实验室中还可以用哪些方法制氨气
①加热浓氨水法原理：
NH ·H O△NH 个+H O
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)。
加热浓氨水法
②浓氨水加碱石灰法(气体的溶解性规律 )
碱石灰吸水、溶解时放热，增大OH-浓度
平衡逆移.NH ++OH△ NH 个+ H O。
>实验室中能否用如图装置制氧气
能，可以用H O 加MnO 的方法制取氧气
浓氨水
碱石灰
浓氨水加
碱石灰法
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)
氨的工业制备：
工业：
合成氨
倒立漏
悬空式 斗式
肚容
式
水
CC14
溶液
分液
式
安全瓶式
⑧易溶于水的要用防倒吸装置
【注意】
① 制氨气所用的铵盐不能用NH NO 、NH HCO 、(NH ) CO 等代 替，NH NO 加热时爆炸，而NH HCO 、(NH ) CO 极易分解产生CO 气 体使制得的NH 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 NH 极易溶于水，制取和收集的容器必须干燥。
氨水具有弱碱性，具有碱的通性
氨 水： 氨的水溶液(俗称氨水)显弱碱性，能柜酚酞溶液变红或使红色石蕊 试纸变蓝。
(1)氨气溶于水时(氨气的水溶液叫氨水) 大部分的NH 分子与
H O 分子结合成NH ·H O ( 一 水合氨)。NH ·H O 是弱碱，为弱电解
质，可以部分电离。NH ·H O 能使酚酞溶液变红或者使紫色的石蕊试纸 变 蓝。
氨气是高中阶段唯一的碱性气体， 能使湿润的 红色石蕊试纸变蓝，用此来检验氨气的存在
(2)氨水的化学性质：
①弱碱性： NH H O NH * +OH-
问题：氨水中含有哪几种微粒
分子：NH 、H O 、NH ·H O
离子：NH + 、OH- 、H+
②一水合氨很不稳定，受热易分解。
NH ·H O NH 个+H O
氨水的保存方法： 氨水对许多金属有腐蚀作用，所以 不能用金属容器盛装氨水。通常把氨水盛装在玻璃容
器、橡皮袋、陶瓷坛或内涂沥青的铁桶里。
施用氮肥后的小麦
氨的用途
液氨、氨水、一水合氨的区别
名称 液氨 氨水
一水合氨
物质类别 纯净物、氢化物、 不是电解质 混合物、氨的水溶液、 溶质为氨
纯净物、 一元弱碱、 电解质
粒子种类 NH 3 NH .H O、NH 、H O、 NH +、OH-、H+
NH .H
O
主要性质 不导电，不具有碱性 能导电，具有碱性
极易分解，
具有碱性
存在条件 常温常压下不存在 常温常压下可存在
常温常压下不存在
1、铵盐是NH + 和酸根离子组成的化合物。
物理性质：绝大多数铵盐都是白色晶体，易溶于水。
2、常见铵盐：
硫酸铵【 (NH ) SO , 俗称硫铵，又称肥粉】;
氯化铵【NH Cl, 俗称氯铵】;
硝酸铵【NH NO , 俗称硝铵、炸药】;
碳酸氢铵【NH HCO , 俗称碳铵】 铵盐属于铵态氮肥。
常用氮肥有铵态氮肥和尿素【CO(NH ) 】。
氯化铵
(NH ) CO △ 2NH 个+CO 个+H O个体然后又生成NH Cl。
注意：并不是所有铵盐分解都产生氨气
NH NO 在400℃以上分解生成N 、NO 和H O
分解放出大量的热
3、铵盐的性质：
① 受热易分解
NH CI NH 个 +HCl个
NH HCO NH 个 +CO
思考
NH Cl 中有少量的NaCl, 如何提纯
个+H O1 NH Cl 加热分解，收集气
②铵盐与碱的反应：
应用：用来制取氨气；NH * 的检验
4、【实验5-7】
向盛有向盛有少量氯NH Cl 溶液、 (NH ) SO 溶液，NH NO
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，湿润的紫色石蕊试纸变蓝。
反应的方程式：
加热
NH Cl+NaOH====NaCl+NH 个+H O
加 热
NH NO +NaOH====NaNO +NH 个+H O
加 热
(NH ) SO +2NaOH====Na SO +2NH 个+2H
NH ++OH- NH 个+H O
利用铵盐的这个性质常用来制取氨气和检验铵根离子的存在。
5 、NH + 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(NH +)。
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(NH +)。
(2)检验无色溶液中是否存在NH +的方法：
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(NH +)。
无色有刺激性气味气体、密度小于空气
、易液化、极易溶于水(1:700)
水 NH +H O 一NH .H O 碱性气体
氯化氢 NH +HCl=NH Cl
催化氧化 4NH +50 化剂4NO+6H O
能使湿润的红色石蕊试纸变蓝
物理性质
化学性质
氨气的检验。
氨气
氨 和
氨 水
氨气的实验室制备
1、定义氨的水溶液(俗称氨水)
NH .H O 一NH *+OH-
NH H O=NH +H O
弱碱性
不稳定性
2、性 质
氨水
还原性
受热分解 NH Cl—NH ↑+HClf
与碱反应产生氨气 NH Cl+NaOH=NaCl+NH ↑+H O
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(NH )。
化学性质
铵盐。
NH 的检验
物理性质 白色晶体，均易溶于水
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( ) B
A、HCI和H O B 、O 和H O
C 、NH 和H O D 、CO 和NaOH
图 1
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。
课后练习
①制取
解析：①氨气密度比空气小，可以采用向下排空气法，但是
A.① 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。
CO 试管口需要放置棉花；②分液法可以用来吸收氨气；③可以
2.下列装置能达到实验目的的是( B )
止水夹
CCl
课后练习
NH
稀H So
收集
水
解析：NH NO 在400℃以上分解生成N 、NO 和H O
3.下列不属于铵盐的共同性质是( A )
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
课后练习