5.2.1氮气与氮的固定 课件（23张ppt）【新教材】2020-2021学年人教版（2019）高一化学必修二

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
第1课时 氮气与氮的固定
位置：第二周期、第ⅤA族
氮原子结构：最外层有5个电子，既不容易得3个电子，又不容易失去5个电子。因此氮原子一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。
常见的化合价有 ＋1、＋2 、＋3 、＋4 、＋5 、－3。
氮的原子结构
自然界中氮元素的存在
①游离态：主要以氮分子的形式存在于空气中。
②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、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
1. N2的物理性质
无色、无味、无毒的气体，难溶于水，比空气稍轻，熔沸点低。
2.N2的化学性质
（1）常温下，N2的化学性质不活泼，可代替稀有气体作保护气体。
原因：氮分子内两个氮原子间以共价三键结合，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，通常难以与其它物质反应。
结构式：N≡N
一、氮气及氮的固定
2.N2的化学性质
（2）高温、高压、催化剂或者放电等条件下，可以和某些物质发生反应。
①金属镁：
N2 + O2 2NO
放电或高温
N2 + 3H2 2NH3
高温 高压
催化剂
③氢气：
②氧气：
N2 + 3Mg Mg3N2
点燃
氧化性
氧化性
还原性
一、氮气及氮的固定
3.氮的固定
将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程
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)
一、氮气及氮的固定
自然界中的氮循环
自然固氮
自然固氮
吸收
(1)氮元素有多种化合价，其最高正价为＋5价（ ）
(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)白磷(P4)在空气中能自燃而氮气能稳定存在，说明磷元素非金属性比氮元素强（ ）
(5)硝酸盐在某些细菌作用下转化成氮气为自然固氮（ ）(6)在高温、高压、催化剂条件下，1 mol N2与3 mol H2混合可生成2 mol NH3（ ）
练习
√
×
√
×
×
×
“笑气”是一氧化二氮（N2O）的别称，为无色有甜味的气体，广泛应用于医药麻醉、食品加工等生产生活领域。人体吸入“笑气”后，会引起体内内啡肽的释放。内啡肽能让人产生短暂的欣快感。其实，笑气并不是真的让人发自内心地笑，而是通过让人脸部肌肉失控而形成痴呆笑容。
试一试：写出不同价态的氮的氧化物
氮的氧化物
N2O(笑气)
NO
N2O3
NO2
N2O4
N2O5
氮元素化合价
＋1
＋2
＋3
＋4
＋4
＋5
上述氮的氧化物中属于酸性氧化物的是N2O5和N2O3。
二、一氧化氮与二氧化氮
【实验5-5】
(1)在一支50mL的注射器里充入20mLNO，观察颜色： ，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器。现象： ，结论： 。
(2)打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，现象： ；振荡注射器。现象： 。
结论：在一定条件下，NO和NO2可以相互转化。
无色
注射器内无明显变化
NO难溶于水
注射器内气体变为红棕色
气体的红棕色消失
二、一氧化氮与二氧化氮
（一）一氧化氮(NO)
无色、无味的气体，不溶于水，有毒。
1.物理性质
2.化学性质
2NO + O2 = 2NO2
(1) 不与酸、碱反应
(2) 易与O2反应
收集：排水法
易结合血红蛋白，导致人体缺氧
N2 + O2 2NO
放电或高温
二、一氧化氮与二氧化氮
（二）二氧化氮(NO2)
1.物理性质
2.化学性质
红棕色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易液化，易溶于水。
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
收集：向上排空气法
(2)强氧化性：
可使湿润的淀粉KI试纸变蓝
(1)与水反应：
(3)与碱反应：
NO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O
2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O
二、一氧化氮与二氧化氮
工业制取硝酸
思考与讨论：如何除去NO气体中混有的少量NO2气体杂质？
提示：根据NO2与H2O反应能生成NO，既能除去NO2杂质，又不引入其他杂质，故可将混合气体通入盛有水的洗气瓶，然后重新收集气体。
【归纳总结】
NO和NO2性质比较
氮氧化物
NO
NO2
色、味、态
无色无味气体
红棕色、有刺激性气味气体
溶解性
不溶于水
易溶于水且与水反应
氧化物
类别
非酸性氧化物(不成盐氧化物)
非酸性氧化物(不成盐氧化物)
氧化性或
还原性
具有氧化性、还原性，主要表现强还原性
具有氧化性、还原性，主要表现强氧化性，能氧化SO2、KI等物质
毒性
有毒(易结合血红蛋白使人中毒)
有毒(刺激腐蚀呼吸道黏膜)
相互转化
2NO＋O2==2NO2
3NO2＋H2O ==2HNO3＋NO
在新疆与青海交界处有一山谷， 每当牧民与牧畜进入后，风和日丽的 晴天顷刻间电闪雷鸣，狂风暴雨，把 人畜击毙。人称“魔鬼谷”。然而谷内确是牧草茂盛，四季常青。 老话即雷雨发庄稼。
写出雷雨天气促进植物生长所涉及的化学方程式？
化学与自然
N2
O2
放电
NO
NO2
O2
HNO3
H2O
NO3-
进入土壤
N2 + O2 2NO
放电
2NO + O2 = 2NO2
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
化学与自然
1.下列对NO、NO述，不正确的是（ ）
A.NO2是红棕色气体，易溶于水，不是酸性氧化物
B.NO可以用排水法收集，但不能由N2和O2直接化合而得到
C.NO、NO2在一定条件下可相互转化，且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物
D.NO、NO2都有毒，且NO是汽车尾气的有害成分之一
B
【课堂练习】
2.在反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO中，被氧化的氮元素与被还原的氮元素的质量之比是（ ）
A.1：3 B.2：3 C.1：2 D.2：1
D
3.下列转化必须加入氧化剂且一步反应就能完成的是（ ）
①N2―→NO2 ②NO2―→NO ③NO2―→HNO3
④N2―→NO ⑤N2―→NH3
A.①　　 B.②⑤　　C.④　 D.③④
C
【课堂练习】
4.电闪雷鸣的雨天，空气中的N2会发生一系列反应，生成氮的化合物。雷雨时，一般不可能生成的氮的化合物是（ ）
①NH3　②NO　③NO2　④N2O3　⑤N2O5　⑥HNO3
A.②④⑥　B.②③⑤⑥　C.①④⑤　D.①③⑤
C
【课堂练习】
5.中国汽车销量增长幅度很大，同时也带来了空气污染。汽车尾气转化装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。
（1）汽车尾气的主要污染成分包括哪些？
CO、NO2、NO等
（2）由图分析写出汽车尾气转化装置里发生的反应？在反应中氮的氧化物分别表现什么性质？
2NO + O2==2NO2，NO表现还原性
催化剂
2NO2 + 4CO == 4CO2+N2，NO2表现氧化性