《学霸笔记·同步精讲》专题7 氮与社会可持续发展 第1单元 氮的固定(课件)高中化学苏教版必修二

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名称 《学霸笔记·同步精讲》专题7 氮与社会可持续发展 第1单元 氮的固定(课件)高中化学苏教版必修二
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文件大小 1.4MB
资源类型 试卷
版本资源 苏教版(2019)
科目 化学
更新时间 2026-03-02 00:00:00

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文档简介

(共46张PPT)
专题7 氮与社会可持续发展
第一单元 氮的固定
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
课标定位
素养阐释
1.通过分析氮的原子结构和N2的分子结构,能够推断氮气可能具有的化学性质,理解结构与性质的关系。
2.能够说出氮的固定的含义,能从科学的视角认识氮的固定对生产、生活的意义。
3.能够从宏观与微观相结合的角度说出NO、NO2的主要性质和用途,感受化学变化的奇妙。
自主预习·新知导学
一、氮气
1.分子的结构。
2.存在。
在自然界中,绝大多数氮元素以游离态的氮气存在于空气中。
3.物理性质。
氮气是一种无色、无味的气体,约占空气总体积的78%。
4.化学性质。
一般认为,氮气分子是由两个氮原子通过共用三对电子结合而成的,氮气分子中存在氮氮三键,断开该化学键需要较多的能量,所以氮气分子很稳定。但在高温或放电等特殊条件下,也能与一些金属或非金属单质反应,生成含氮化合物。
【自主思考1】 金属镁在空气(不考虑空气中的二氧化碳)中燃烧可生成哪些产物 写出有关反应的化学方程式。
二、氮的固定
1.定义:将空气中游离态的氮转化为含氮化合物叫作氮的固定,简称固氮。
2.分类:氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式。
3.自然固氮。
(1)生物固氮。
自然界中的一些微生物种群(如豆科植物的根瘤菌)将空气中的氮气通过生物化学过程转化为含氮化合物(氨或铵态氮肥)作为自身的养分,约占自然固氮的90%。
(2)高能固氮。
通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物,约占自然固氮的10%。
俗话说,“雷雨发庄稼”。其中的原理是:雷电发生时,N2与O2化合生成NO(化学方程式为N2+O2 2NO ),NO迅速被氧化为NO2(化学方程式为2NO+O2══2NO2 ),NO2溶于水生成HNO3(化学方程式为3NO2+H2O══2HNO3+NO ),HNO3与土壤中的矿物质作用生成硝酸盐, 可被植物吸收。
4.人工固氮——合成氨。
(1)工业合成氨的意义。
哈伯和博施等化学家经过无数次的失败和不懈努力,最终实现了合成氨,化学方程式为N2+3H2 2NH3。合成氨工业的成功,为植物生长提供足够的氮肥,使人类免受饥荒之苦。
(2)工业合成氨的措施:
三、NO和NO2
【自主思考2】 汽车尾气中含有CO、NO等多种污染物,已成为城市空气的主要污染源。汽车尾气中的NO是如何产生的 写出有关反应的化学方程式。
提示:汽车尾气中的NO是由空气中的氮气与氧气在内燃机中高温条件下反应生成的,N2+O2 2NO。
【自主思考3】 实验室中一般用什么方法收集NO和NO2
提示:NO微溶于水,所以实验室中一般用排水法收集NO。因为常温常压下NO与空气中的氧气发生反应生成NO2,因此不能用排空气法收集。
NO2的密度比空气的密度大,实验室中一般用向上排空气法收集NO2。因为NO2与水发生反应:3NO2+H2O══2HNO3+NO,因此不能用排水法收集。
【效果自测】
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)实验室能用排空气法收集N2、NO和NO2。(  )
(2)向一定容积的容器中充入1 mol N2和3 mol H2,充分反应能得到2 mol NH3。(  )
(3)氮气可在氧气中燃烧生成NO。(  )
(4)除去NO中的NO2气体可以使混合气体通过蒸馏水。
(  )
(5)NO、NO2、N2O3、N2O5都属于酸性氧化物。(  )
×
×
×

×
2.下列叙述与氮的固定无关的是(  )。
A.工业上氮气与氢气化合生成氨气
B.工业上将氨转化为硝酸和其他含氮化合物
C.豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为含氮化合物
D.电闪雷鸣的雨天,空气中的氮气会与氧气发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收
答案:B
解析:氮的固定是指把空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。
3.下列关于NO和NO2的说法中正确的是(  )。
A.NO2是红棕色气体,易溶于水,属于酸性氧化物
B.NO2可由N2与O2直接化合得到
C.NO和NO2均既可以用排空气法收集又可以用排水法收集
D.NO和NO2在一定条件下可以相互转化
答案:D
解析:A项,NO2不是酸性氧化物;B项,在高温或放电条件下, N2与O2直接化合生成NO;C项,NO易与空气中的氧气反应生成NO2,应该用排水法收集,NO2能与水反应,应该用排空气法收集;D项,NO与氧气反应生成NO2,NO2与水反应生成HNO3和NO。
合作探究·释疑解惑
探究任务1
探究任务2
探究任务1 氮的固定及氮气的性质
问题引领
氮循环是自然界中一种重要的循环,对生态环境的调节起着重要的作用。氮在自然界中的循环如图所示。
1.氮在自然界中主要存在形式有哪些
提示:大部分以氮气的形式存在,少部分以化合物的形式(如硝酸盐或铵盐、蛋白质等)存在。
2.氮循环中含氮物质有多种形式的转化,有的对人类生产生活有益,有的则产生负面作用,请举例说明。
提示:对人类有益的有:人工固氮如合成氨,不仅为农作物的生长提供了必需的氮元素,而且为其他化工产品的生产提供了重要的原料。对人类有害的有:工业废气、汽车尾气中的氮氧化物会造成大气污染;工厂废液、生活废水中的氮元素对水体造成污染等。
3.为了促进氮的良性循环,我们应该怎么做
提示:我们要注意维护生态平衡,保护森林,植树绿化,增强生态系统对有害物质的吸收能力;不过度使用含氮化肥,以免污染土壤和水体;控制化石燃料燃烧排放的氮氧化物进入大气等。
归纳提升
1.氮的固定。
2.氮气的化学性质及应用。
(1)通常情况下氮气的化学性质很不活泼,很难与其他物质发生化学反应。
(2)氮元素有多种变价,N2中氮元素为0价,处于中间价态,故N2既有氧化性,又有还原性。
①与金属镁反应生成Mg3N2:N2+3Mg Mg3N2,氮气表现氧化性。
②与氢气化合生成NH3:N2+3H2 2NH3,氮气表现氧化性。
③与氧气反应生成NO:N2+O2 2NO,氮气表现还原性。
3.氮气的应用。
(1)氮气是制硝酸、合成氨的原料;
(2)氮气可以用作保护气;
(3)液氮可以用作冷冻麻醉剂。
典型例题
【例题1】 光照条件下,在催化剂表面进行N2与O2反应的两种途径如图所示,下列说法错误的是(  )。
A.将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫作氮的固定
B.两种途径均生成NO
C.途径②中,N2发生了氧化反应
D.选择合适的催化剂,可以使N2与O2一步化合生成NO2
答案:D
解析:N2与O2化合只能生成NO,不可直接化合生成NO2,D项错误。
(1)化合态的氮转化为游离态氮或化合态氮均不是氮的固定,且不一定为氧化还原反应,氮的固定一定是氧化还原反应。
(2)N2与O2反应不能一步转化为NO2,其反应产物只能是NO,NO与O2进一步反应才产生NO2。
【变式训练1】 下列关于自然界中氮循环的说法不正确的是(  )。
A.人工固氮时,氮元素均被氧化
B.Mg与N2反应生成氮化镁,也属于氮的固定
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
答案:A
解析:人工固氮时,N2→NH3过程中氮元素由0价变为-3价,被还原,A项错误。
探究任务2 氮的氧化物的性质及溶于水的计算
问题引领
将分别充满NO、NO2的两支试管倒置于两个水槽中,观察现象,稍后通过导管通入一定量的氧气。
1.图1试管中观察到的实验现象是什么 请写出发生反应的化学方程式。若有气体剩余,分析剩余气体是什么
提示:未通O2前,无明显现象,通入O2后,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。2NO+O2══2NO2,3NO2+H2O══2HNO3+ NO,剩余气体可能是O2,也可能是NO。
2.图2试管中观察到的实验现象是什么 请写出发生反应的化学方程式。若有气体剩余,分析剩余气体是什么
提示:未通O2前,红棕色气体逐渐变为无色,试管内液面上升至试管容积的 处,剩余 的气体无色,通入O2后,剩余无色气体先变成红棕色,后逐渐变为无色,试管内液面继续上升,持续通入适量O2,试管内可充满水。3NO2+H2O══2HNO3+NO, 2NO+O2══2NO2,剩余气体可能是O2,也可能是NO。
归纳提升
1.氮的氧化物。
氮有多种价态的氧化物,氮元素从+1~+5价都有对应的氧化物,如N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5,其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。
2.氮的氧化物溶于水的相关反应原理。
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
3.氮的氧化物溶于水的三种类型。
(1)只有NO2气体时,NO2气体溶于水仅涉及反应①,此时剩余气体为NO。
(2)气体为NO2和O2的混合气体时,NO2和O2的混合气体溶于水涉及反应③。
(3)气体为NO和O2的混合气体时,NO、O2的混合气体溶于水涉及反应④。
4.NO2气体和溴蒸气的鉴别方法。
(1)通入水中形成黄色溶液的为Br2;
(2)通入AgNO3溶液中有浅黄色沉淀生成的为Br2;
(3)通入CCl4中,有机层变橙红色的为Br2。
典型例题
【例题2】 下列关于氮及其氧化物的说法正确的是(  )。
A.NO、NO2均为大气污染气体,在大气中可稳定存在
B.NO、NO2均易溶于水,并能与水发生反应
C.向含有5 mL NO的试管中通入相同条件下5 mL O2,将试管倒扣入水中,可得到无污染的气体
D.NO2能与NaOH溶液发生反应:2NO2+2NaOH══NaNO2 +NaNO3+H2O,NO2属于酸性氧化物
答案:C
解析:NO在大气中易被氧化成NO2,A项错误;NO微溶于水、NO2易与水反应,B项错误;向含有5 mL NO的试管中通入相同条件下5 mL O2,将试管倒扣入水中,反应的化学方程式是4NO+3O2+2H2O══4HNO3,反应后O2有剩余,最终得到无污染的气体,C项正确;与碱反应只生成盐和水的氧化物称为酸性氧化物,且酸性氧化物与碱的反应,不属于氧化还原反应, NO2与NaOH溶液发生反应生成两种盐,且属于氧化还原反应, D项错误。
方法技巧 利用“守恒法”巧解氮氧化物溶于水的计算题。
(1)反应原理:
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,反应的实质都是3NO2+H2O══2HNO3+NO、2NO+O2══2NO2,若有气体剩余,则只能是NO或O2,不可能是NO2。
(2)氮原子守恒:反应后若无NO剩余,则有n(HNO3)=n(NO2)+n(NO)。
(3)得失电子守恒:4n(O2)=n(NO2)+3n(NO)。
【变式训练2】 将装有50 mL NO2、NO混合气体的量筒倒立于水槽中,反应后气体体积缩小为30 mL,则原混合气体中NO2和NO的体积比是(  )。
A.5∶3
B.3∶5
C.3∶2
D.2∶3
答案:C
解析:运用差量法计算。
设混合气体中NO2的体积为x,
3NO2+H2O══2HNO3+NO  ΔV
3 1 2
x            50 mL-30 mL
则原混合气体中NO为50 mL-30 mL=20 mL。
所以V(NO2)∶V(NO)=30 mL∶20 mL=3∶2。
课 堂 小 结