(共23张PPT)
第五章 化工生产中的重要非金属元素
第1课时 氮气和氮的固定
第二节 氮及其化合物
1. 近几年，我国汽车销量大幅增长，同时汽车尾气排放也是目前人类面临的环境问题之一。有一种汽车尾气处理装置，气体在催化剂表面吸附与解吸的过程如图所示，下列说法正确的是
A.反应中N2为氧化剂，NO为还原产物
B.汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2
C.NO和O2必须在催化剂表面才能反应
√
预习检测
2.如图所示，在注射器里吸入20 mL NO，然后吸入5 mL水。若再吸入6 mL O2，夹住弹簧夹，让内外大气压相同，观察现象。下列叙述正确的是
A.可观察到注射器内气体由无色变成红棕色，最后变成无色
B.可观察到注射器的活塞缓缓向右移动
C.最终剩余气体体积约为19 mL
D.所得硝酸的浓度约为0.07 mol·L－1
√
3.NO与NO2中氮元素的价态均处于中间价态，则NO与NO2均既有氧化性又有还原性。
(1)NO极易与氧气反应，化学方程式为__________________；在一定条件下NO与氨气发生归中反应生成N2，其化学方程式为_________________________________。
(2)NO2可发生自身歧化反应，NO2与H2O反应的化学方程式为____________________________，氧化剂和还原剂的物质的量之比为______，NO2与NaOH溶液反应可生成两种盐，其中一种是NaNO3，其化学方程式为____________________________________。
2NO＋O2===2NO2
4NH3＋6NO
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
1∶2
2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O
1.氮元素
二
VA
2
5
一般通过__________与其他原子相互结合构成物质。
共用电子对
(2)氮元素在自然界中的存在
(1）原子结构和周期表位置
氮分子
蛋白质
硝酸盐
铵盐
【思考1】 根据氮原子核外电子排布和氮气分子的结构，推测氮气的化学活性。
提示 由于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，通常情况下难以与其他物质发生化学反应。
2.氮气
在高温、放电等条件下，氮气可以与镁、氢气、氧气等物质发生化合反应。
写出氮气与下列物质发生反应的化学方程式：
①金属镁：___________________，氮气表现_____性；
②氢气：________________________，氮气表现_____性；
③氧气：____________________，氮气表现_____性。
氧化
氧化
还原
【思考2】 写出镁条在空气中燃烧发生反应的化学方程式。
3.氮的固定
概念：将大气中_______的氮转化为___________的过程
氮的固定
分类
自然固氮
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)
人工固氮
合成氨(工业合成氨)
仿生固氮(某些金属有机化合物, 可起到根瘤菌的作用
氮的化合物
游离态
应用体验
1.判断正误
(1)N2和O2在放电的条件下会直接生成NO2
(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)氮的固定中氮元素一定被氧化
(5)工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮
×
×
√
×
×
应用体验
2.氮在自然界中的循环如下图所示。
(1)过程①称为_________，
写出合成氨反应的化学方程式：
_________________________，
该反应中氮气显_____(填“氧化”或“还原”)性。
(2)过程②中能通过_________________的作用将空气中的氮气固定下来，写出③中固氮反应的化学方程式：________________，该反应中氮气显_____(填“氧化”或“还原”)性。
(3)过程④中的亚硝酸盐有毒，工业上若直接排放将造成对环境的污染。已知NaNO2遇到还原性较强的NH4+会被还原为N2，在废液中加入下列物质不能使NaNO2无害化排放的是_____(填字母)。
a.H2O2 b.NH4Cl c.KNO3 d.NaOH
人工固氮
氧化
豆科植物的根瘤菌
还原
acd
氮的氧化物 NO N2O3 N2O5
N2O
NO2
N2O4
二、二氧化氮和一氧化氮
NO NO2
颜色、状态
气味
溶解性
毒性
稳定性
收集方法
无色气体
红棕色气体
-----------
有刺激性气味
难溶于水
易溶于水且与水反应
有毒
有毒
排水法
向上排空气法
不稳定(易氧化)
稳定
NO
NO2
【实验5-5】
实验 装置
实验 操作 在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器 打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹，观察现象，然后再振荡注射器
现象 ___________ ,
振荡后________________
无明显现象
无色气体变红棕色
红棕色变为无色
思考：上述实验对工业生产硝酸有什么启示？
3 NO2 ＋ H2O 2HNO3 ＋ NO
2 NO ＋ O2 2 NO2 （红棕色）
① NO与O2同时通入水中
2NO+O2 2NO2 ①
3NO2+H2O 2HNO3+NO ②
①×3+②×2 总化学方程式为
4NO+3O2+2H2O 4HNO3
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 总化学方程式为
4NO2+O2+2H2O 4HNO3
工业生产硝酸的启示
工业生产硝酸，将尾气（NO）吸收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。
俗语：雷雨肥庄稼？大家知道什么意思吗
N2
NO
NO2
HNO3
硝酸盐
O2
放电
O2
H2O
矿物质
氮氧化合物的用途：
（2）制造硝酸、化肥和炸药;
（1）为火箭发射提供能量
（3）明星分子NO
1998年诺贝尔奖获得者伊格纳罗发现少量的NO
在生物体内许多组织中存在，它有扩张血管、
免疫、增强记忆等功能，成为当前生命科学
的研究热点，NO亦称为“明星分子”。
1、下列气体中只能用排液法收集的是（ ）
不能用排水溶液的方法收集的是（ ）
A. CO2 B. NO C. H2 D. NO2
B
2.某无色气体可能由O2、NO、NO2、N2、CO2中的一种或几种组成，该混合气经放电后变成红棕色。原混合气的成分中一定含有（ ）
A. N2、O2、NO B. N2、O2、CO2 C. N2、NO D. N2、O2
D
D
3. N2和O2的混合气aL，通过高压放电，发生反应后恢复到原来温度和压强时，气体体积仍为aL，则原混合气体中，N2和O2的质量比是 ( )
A. 任意比 B. 7：8 C. ≥7：8 D. <7：8
C
4、a、b、c、d四支同容积的试管相同条件下分别充入等体积的两种气体(两气体体积比为1：1 )。a管内是NO和O2，b管内是NO2和O2，c管内是NO和NO2，d 管内是NO和N2。将这四支试管都倒插入有足量水的水槽中,水面上升高度应是（ ）
A．a>b>c>d B.b>a>c>d C.a>c>b>d D.b>c>a>d
A
O2及NOx的混合物溶于水的计算
1、NO2（NO2＋N2、NO2＋NO）溶于水
3NO2＋H2O ＝ 2HNO3＋NO
讨论：标况下，一充满NO2的试管倒立水中，液面上升，假设试管中溶液不扩散，求试管中硝酸溶液的物质的量浓度？
1/22.4 mol L-1
微专题
2、 NO和O2的混合物溶于水
3NO2＋H2O ＝ 2HNO3＋NO
2NO＋O2＝2NO2
总式： 4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3
讨论： 如图， 容积为50mL的容器充满O2和NO，倒置于水槽中，打开开关阀K，让NO和O2相通，充分反应后，试管内剩余气体体积为8mL，求原O2和NO的体积。
NO
O2
k
若剩余气体为O2，NO为24mL，O2为26mL
若剩余气体为NO，NO为32mL，O2为18mL
常用方法：差量法
3、 NO2和O2的混合物溶于水
2NO＋O2＝2NO2
3NO2＋H2O ＝ 2HNO3＋NO
总式： 4NO2＋O2＋2H2O＝4HNO3
讨论：将容积为50mL的量筒内充满NO2与O2的混合气体，倒置在盛满水的水槽中，充分反应后，剩余5mL气体，则混合气体中NO2与O2的体积比可能是
18 ：7 或 43 ：7
1.汽车尾气中常含有CO、NOx等气体，为减轻污染，一般汽车都加装了“催化净化器”，可将汽车尾气中的有毒气体转化为无污染的气体。某化学兴趣小组在实验室模拟汽车尾气处理，设计了如图所示装置(部分夹持装置已略去)。
(1)装置Ⅲ的主要作用为__________________________。
(2)停止加热，打开活塞K，通入适量氧气时，装置Ⅱ中
可观察到的现象是_______________。
(3)该套装置的不完善之处是_______________。
(4)汽车尾气中含有CO和NOx，消除它们对大气污染的方法是安装催化转化器，使它们发生反应生成两种无毒的气体，其中一种是单质，该反应的化学方程式为___________________________。
(5)工业上常用纯碱液来吸收NOx，有关反应的化学方程式为2NO2＋Na2CO3===NaNO2＋NaNO3＋CO2、
NO2＋NO＋Na2CO3===2NaNO2＋CO2。现有标准状况下a L NO2和b L NO的混合气体恰好被200 mL Na2CO3溶液完全吸收，则a、b应满足的关系为_____________________。Na2CO3溶液的物质的量浓度为_______ mol·L－1。
检验CO是否转化为CO2
出现红棕色气体
无尾气处理装置
a∶b≥1∶1(或a≥b)
2.“纳米零价铁－H2O2”体系可将烟气中难溶的NO氧化为可溶的NO3- 。
(1)制备纳米零价铁：将FeSO4溶液与碱性NaBH4溶液混合可生成纳米零价铁、H2和NaBO2等，该反应的离子方程式为 ____________________________________________(NaBH4、NaBO2中B元素均为＋3价)。
(2)NO的氧化：在一定温度下，将H2O2溶液和HCl溶液雾化后与烟气按一定比例混合，以一定流速通过装有纳米零价铁的反应装置，可将烟气中的NO氧化。
①Fe2＋催化H2O2分解产生HO·，HO·将NO氧化为NO3-的机理如图1所示，则Y为 ______________。
②NO与H2O2反应生成HNO3的化学方程式为_____________________________。
③纳米零价铁的作用是_______________________。
④NO脱除率随温度的变化如图2所示。温度高于120 ℃时，NO脱除率随温度升高呈现下降趋势的主要原因是____________________________________________________________。
(3)氧化产物的吸收：氧化后的产物在烟气的携带下被Ca(OH)2溶液吸收，转化为_________ (填化学式)。
Fe3＋(或FeCl3)
2NO＋3H2O2===2HNO3＋2H2O
与HCl溶液反应产生Fe2＋
H2O2的分解速率随温度升高而加快，H2O2浓度减小，NO脱除率降低
Ca(NO3)2
课后作业
1、复习本节课知识
2、《导与练》 P168~169 例题1~7
3、《课时作业》P209 课时2
