人教版高中化学必修第二册第五章化工生产中的重要非金属元素第二节氮及其化合物课件

(共45张PPT)
第五章 化工生产中的重要非金属元素
第二节　氮及其化合物
氮气及其氧化物
1.氮原子结构和氮元素的存在
（1）氮原子的“位、构、性”
（2）氮元素在自然界中的存在
2.氮气
（1）物理性质
颜色 密度 气味 溶解性
无色 比空气略小 无味 难溶于水
（2）化学性质
①稳定性：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。
氮元素常见化合价有－3、0、＋2、＋4、＋5价等；氮气中氮元素呈0价，处于中间价态，故氮气既有氧化性（与H2、镁等反应），又有还原性（与O2等反应）。
3.氮的固定
（1）概念：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程称为氮的固定。
（2）途径
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
通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨
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，如工业合成氨
4.氮的氧化物
（1）NO与NO2的对比
性质 NO NO2
物理性质 无色气体，密度比空气略大，不溶于水 红棕色有刺激性气味的气体，密度比空气大，易液化，易溶于水
性质 NO NO2
化学
性质 毒性 有毒，大气污染物之一（使人中毒的原理与CO相同，都是与血红蛋白结合而使其失去输送O2的功能） 有毒，大气污染物之一
酸性氧化物 不是
与水反应 不反应
与氧气反应 一般情况下不反应
与NaOH溶液反应 不反应
自身二聚 无
实验室制取原理
对环境的影响 导致光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层
NO2有强氧化性，在溶液中能氧化S2－、I－、Fe2＋等离子；NO既有氧化性又有还原性。
5.氮氧化物对环境的污染及防治
（1）常见的污染类型
①光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生一种有毒的烟雾。
②酸雨：NOx排入大气中后，与水反应最终生成HNO3，随雨雪降到地面。
③破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。
（2）常见的NOx尾气处理方法
①碱液吸收法
工业尾气中的NOx常用碱液吸收处理，NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n（NO2）≥n（NO）。
②催化转化法
在催化剂存在、加热条件下，可将氮氧化物转化为无毒气体（N2），或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体（N2和CO2）。一般适用于汽车尾气的处理。
氨和铵盐
1.氨的分子结构和物理性质
电子式 密度 气味 水溶性 是否液化
比空气小 刺激性气味 极易溶于水（1∶700） 易液化（用作制冷剂）
2.化学性质
（1）氨气的化学性质
（2）氨水的化学性质
铵盐的热稳定性差，但受热分解不一定生成氨气和酸，原因是NH3中N为－3价，具有较强的还原性，如硫酸铵、硝酸铵受热分解时N元素会发生变价。
4.氨气的制取
（1）实验室制法
湿润的红色石蕊试纸
（2）快速制取
方法 化学方程式（或原理）
加热浓氨水
浓氨水＋固体NaOH NaOH溶于水放热，促使氨水分解，且OH－浓度的增大有利于NH3的逸出
浓氨水＋固体CaO CaO与水反应放热，促进NH3的逸出，并增加溶液中OH－的浓度，减少NH3的溶解
（3）工业制取：N2＋3H2 2NH3。
硝酸
1.物理性质
硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。
2.化学性质
与除Au、Pt外的大部分金属反应，但不生成氢气
与非金属反应
与还原性化合物（如H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋等）反应
（1）硝酸能将大多数金属（如铜等）氧化成其高价态的硝酸盐，浓硝酸生成NO2，稀硝酸生成NO。
（2）常温下，浓硝酸能使铁、铝发生钝化，这是因为浓硝酸将铁、铝容器表面氧化，形成致密的氧化物薄膜。在加热条件下，可破坏该氧化膜，从而使反应继续进行。
（3）王水是浓硝酸和浓盐酸按体积比1∶3混合形成的溶液，能使一些不溶于硝酸的金属（如金、铂等）溶解。
（4）浓硝酸与非金属反应，还原产物一般是NO2，而非金属一般被氧化成最高价氧化物或相应的最高价含氧酸。
氮及其化合物的相互转化
氮元素有多种化合价，物质的种类较多，在学习时要从物质类别和价态变化角度理解这些物质之间的转化关系。
（1）价类二维图
（2）氮及其化合物的转化
2.氮的氧化物溶于水的三种类型
（1）NO2气体溶于水时仅涉及反应①，剩余气体为NO。
（2）NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应③。
反应情况 O2过量并剩余 恰好完全反应 NO2过量又发生反应①，剩余NO
（3）NO和O2的混合气体溶于水时涉及反应④。
反应情况 O2过量并剩余 恰好完全反应 NO过量并剩余
按如图装置进行实验。试管中装有12 mL NO，然后间歇且缓慢地通入8 mL O2，下列是有关最终状态的描述，其中正确的是（　　）
①试管内气体呈棕色　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
A.①③
B.②④⑤
C.②④⑥
D.②③⑤
C
NO、NO2混合气体溶于水计算的注意事项
（1）注意混合气体的种类
看清到底是有关NO、O2的混合气体还是NO2、O2的混合气体与H2O的反应。
（2）注意剩余气体的种类
最后剩余气体问题， ，说明一定没有NO2，只能是NO或O2中的一种，即使剩余NO2，NO2也会与H2O反应生成NO。
（3）注意混合气体中各成分的量的关系
解答氮氧化物与O2溶于水的计算题时，注意氮氧化物与O2的量的关系。
最终剩余气体的颜色一定是无色的
喷泉实验的原理与操作
1.实验原理
装置中的气体极易溶于水或某液体（或与水、与某液体易反应），使装置内压强降低，与外界形成较大的压强差，在压强差作用下烧杯中的水被压入烧瓶内形成喷泉。
2.常见装置
3.常见的能形成喷泉的物质组合
气体 HCl NH3 CO2、Cl2、H2S、SO2 NO2＋O2
吸收剂 水或NaOH溶液 水或盐酸 NaOH溶液 水
NO2溶于水也能形成喷泉，但溶液不能充满烧瓶；NO2和O2的混合气体体积比为4∶1时，溶液能充满烧瓶。
4.使容器内外产生较大压强差的两种方法
方法 装置 成因
减小内压 容器内气体与水或其他液体接触
↓
气体溶解或发生化学反应
↓
容器内压强减小
↓
外部液体迅速进入烧瓶形成喷泉
方法 装置 成因
增大外压 锥形瓶内存在挥发性液体或其他液体
↓
液体受热挥发或发生化学反应产生气体
↓
锥形瓶内气压增大
↓
锥形瓶内液体迅速进入烧瓶形成喷泉
5.引发操作
减小内压装置：打开弹簧夹，挤压胶头滴管，使少量水进入烧瓶，形成喷泉。
增大外压装置：打开弹簧夹，用热毛巾捂住锥形瓶（或微热锥形瓶），使导气管中液面上升，形成喷泉。
氯化氢极易溶于水，可形成喷泉，A不符合题意；氨气极易溶于水，可形成喷泉，B不符合题意；氧气不易溶于水，不能形成喷泉，C符合题意；二氧化碳极易与浓氢氧化钠溶液反应，产生压强差，可形成喷泉，D不符合题意。
喷泉是一种常见的自然现象，如图是化学教材中常用的喷泉实验装置，在烧瓶中充满干燥的气体，而胶头滴管及烧杯中分别盛有液体。下列气体和液体的组合中不可能形成喷泉的是（　　）
A.氯化氢和水 B.氨气和水
C.氧气和水 D.二氧化碳和浓氢氧化钠溶液
C
喷泉实验成功的关键
（1）装置的气密性良好。
（2）圆底烧瓶要保持干燥。
（3）圆底烧瓶内要充满气体。
（4）烧杯或锥形瓶内装入足量的水或某种溶液，以防止因液体量不足而造成喷泉停止或不发生。
硝酸与金属反应的有关计算
1.金属与硝酸反应的思维模型
2.计算方法
原子守恒法
得失电子守恒法 硝酸与金属的反应属于氧化还原反应，硝酸中氮原子得到电子的物质的量等于金属失去电子的物质的量
电荷守恒法
离子方程式计算法
A