高中化学 第五章 化工生产中的重要非金属元素 2.1 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮课件 新人教版必修2-新人教版高一必修2化学课件

1、第二节氮及其化合物第1课时氮气与氮的固定一氧化氮和二氧化氮一、氮气与氮的固定一、氮气与氮的固定1.1.氮气氮气(1)(1)氮元素的存在氮元素的存在氮原子的结构氮原子的结构原子结构示意图原子结构示意图: _,: _,一般通过一般通过_与与其他原子结合。其他原子结合。共用电子对共用电子对自然界中自然界中, ,氮元素主要以氮气的形式存在于空气中氮元素主要以氮气的形式存在于空气中, ,(2)(2)氮气的物理性质氮气的物理性质颜色颜色状态状态气味气味密度密度溶解性溶解性_气体气体_密度与空气接密度与空气接近近_溶于溶于水水无色无色无味无味难难(3)(3)氮气的化学性质氮气的化学性质氮气的化学性质氮气的化

2、学性质_,_,通常很难与其他物质发生化学通常很难与其他物质发生化学反应。反应。还原性还原性_稳定稳定N N2 2+O+O2 2 2NO 2NO放电或高温放电或高温=氧化性氧化性a.Na.N2 2与与H H2 2反应生成反应生成NHNH3 3, ,反应的化学方程式为反应的化学方程式为_。b.b.在点燃条件下与金属镁反应在点燃条件下与金属镁反应, ,化学方程式为化学方程式为_N N2 2+3H+3H2 2 2NH 2NH3 3N N2 2+3Mg Mg+3Mg Mg3 3N N2 2点燃点燃= 高温、高压高温、高压催化剂催化剂【情境情境思考思考】氮气保护技术通常应用于珍贵文物的保存和保护氮气保护技

3、术通常应用于珍贵文物的保存和保护, ,国内国内外不乏先例。美国的外不乏先例。美国的独立宣言独立宣言就密封在氮气环境就密封在氮气环境中中; ;中国博物馆和中南海毛主席故居纪念馆也是应用氮中国博物馆和中南海毛主席故居纪念馆也是应用氮气保护法气保护法; ;北京房山云居寺北京房山云居寺“9999石经回藏石经回藏”也是氮气保也是氮气保护的成功典范。护的成功典范。为什么氮气可以作为保护气为什么氮气可以作为保护气? ? 提示提示: :氮气性质稳定氮气性质稳定, ,常温下不与物质发生反应常温下不与物质发生反应, ,故可作故可作保护气。保护气。2. 2. 氮的固定氮的固定(1)(1)含义含义: :将大气中将大气

4、中_的氮转化为的氮转化为_的的过程叫做氮的固定。过程叫做氮的固定。(2)(2)分类分类: :游离态游离态含氮化合物含氮化合物【巧判断巧判断】(1)(1)氮的固定中氮元素一定被氧化。氮的固定中氮元素一定被氧化。( () )提示提示: :。人工固氮合成氨反应中氮元素被还原。人工固氮合成氨反应中氮元素被还原。(2)(2)雷雨天含氮物质发生的反应都属于氮的固定。雷雨天含氮物质发生的反应都属于氮的固定。( () )提示提示: :。雷雨天只有反应。雷雨天只有反应N N2 2+O+O2 2 2NO 2NO属于氮的固属于氮的固定。定。放电放电=3.3.自然界中氮的循环自然界中氮的循环二、二、NONO和和NON

5、O2 21. 1. 物理性质物理性质物质物质颜色颜色状态状态气味气味毒性毒性水溶性水溶性NONO_气体气体_有毒有毒_溶于水溶于水NONO2 2_气体气体_有毒有毒_溶于水溶于水无色无色无味无味不不红棕色红棕色刺激性刺激性易易2.2.化学性质化学性质(1)(1)实验探究实验探究: :实验实验装置装置 实验实验操作操作在一支在一支50 mL50 mL的注射的注射器里充入器里充入20 mL NO,20 mL NO,然后吸入然后吸入5 mL5 mL水水, ,用用乳胶管和弹簧夹封住乳胶管和弹簧夹封住管口管口, ,振荡注射器振荡注射器打开弹簧夹打开弹簧夹, ,快速吸快速吸入入10 mL10 mL空气后夹

6、上空气后夹上弹簧夹弹簧夹, ,观察现象观察现象, ,然然后再振荡注射器后再振荡注射器现象现象_,_,振荡后振荡后_无明显现象无明显现象无色气体变红棕色无色气体变红棕色红棕色变为红棕色变为无色无色(2)(2)结论结论: :在一定条件下在一定条件下,NO,NO与与NONO2 2可以相互转化可以相互转化, ,反应的反应的化学方程式为化学方程式为NONONONO2 2: _;: _;NONO2 2NO: _(NO: _(工业制取硝酸工业制取硝酸) )。2NO+O2NO+O2 2=2NO=2NO2 23NO3NO2 2+H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3+NO+NO【微思考微思考】(1)NO(1

7、)NO和和NONO2 2分别采用什么方法收集分别采用什么方法收集? ?说明原因。说明原因。提示提示: :常温下常温下NONO能与能与O O2 2反应反应, ,只能用排水法收集只能用排水法收集;NO;NO2 2能能与水反应生成与水反应生成NO,NO,故只能用排空气法收集。故只能用排空气法收集。(2)NO(2)NO2 2转化为转化为NONO的变化中的变化中,NO,NO2 2只能作氧化剂吗只能作氧化剂吗? ?提示提示: :NONO2 2与水反应转化为与水反应转化为NONO的同时生成的同时生成HNOHNO3 3,NO,NO2 2既作氧既作氧化剂又作还原剂。化剂又作还原剂。【情境情境思考思考】某山谷经常

8、电闪雷鸣、雷雨交加某山谷经常电闪雷鸣、雷雨交加, ,但树木、灌木、草等但树木、灌木、草等植被非常茂密植被非常茂密, ,但很少有人敢进入这个山谷。你能解释但很少有人敢进入这个山谷。你能解释该山谷植被茂密的原因吗该山谷植被茂密的原因吗? ?提示提示: :雷雨天时在闪电的作用下雷雨天时在闪电的作用下, ,空气中氮气与氧气反空气中氮气与氧气反应生成应生成NO,NO,然后发生然后发生NONONONO2 2HNOHNO3 3,HNO,HNO3 3随雨水进入土随雨水进入土壤壤, ,为植被提供了丰富的氮肥。为植被提供了丰富的氮肥。知识点氮的氧化物的性质及有关计算知识点氮的氧化物的性质及有关计算【重点释疑重点释

9、疑】1.NO1.NO和和NONO2 2性质的对比性质的对比NONONONO2 2色、态、色、态、味、毒性味、毒性无色、无味无色、无味红棕色、刺激性气味红棕色、刺激性气味有毒气体有毒气体NONONONO2 2水溶性水溶性不溶不溶易溶且与水反应易溶且与水反应与与O O2 2反应反应2NO+O2NO+O2 2 =2NO=2NO2 2 与与H H2 2O O反应反应3NO3NO2 2+H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3+NO +NO NONONONO2 2与与O O2 2、H H2 2O O共同反应共同反应4NO+3O4NO+3O2 2+2H+2H2 2O O=4HNO=4HNO3 3 4NO

10、4NO2 2+O+O2 2+2H+2H2 2O O=4HNO=4HNO3 3 氧化性氧化性6NO+4NH6NO+4NH3 3 5N 5N2 2+ +6H6H2 2O O 6NO6NO2 2+8NH+8NH3 37N7N2 2+12H+12H2 2O,NOO,NO2 2+SO+SO 2 2=SO=SO 3 3+NO,NO+NO,NO2 2能能使湿润的淀粉使湿润的淀粉KIKI试试纸变蓝纸变蓝 催化剂催化剂=催化剂催化剂=2.2.氮的氧化物溶于水的计算氮的氧化物溶于水的计算(1)(1)原理原理解答氮的氧化物溶于水的计算问题首先明确原理解答氮的氧化物溶于水的计算问题首先明确原理, ,无论无论是单一气体

11、是单一气体(NO(NO2 2),),还是还是NONO、NONO2 2、O O2 2中的两者或三者的中的两者或三者的混合气体混合气体, ,反应的实质是反应的实质是3NO3NO2 2+H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3+NO,2NO+O+NO,2NO+O2 2 =2NO=2NO2 2, ,故若有气体剩余只能是故若有气体剩余只能是NONO或或O O2 2, ,不能是不能是NONO2 2。(2)(2)方法方法加合式法加合式法NONO2 2和和O O2 2混合气体溶于水的计算混合气体溶于水的计算由由4NO4NO2 2+O+O2 2+2H+2H2 2O=4HNOO=4HNO3 3可知可知: :NO

12、NO与与O O2 2同时通入水中同时通入水中2NO+O2NO+O2 2=2NO=2NO2 2、3NO3NO2 2+H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3+NO+NO总的化学方程式为总的化学方程式为4NO+3O4NO+3O2 2+2H+2H2 2O=4HNOO=4HNO3 3可知可知: :NONO2 2、NONO、O O2 2三种混合气体通入水中三种混合气体通入水中: :a.a.可先将可先将NONO和和O O2 2转化为转化为NONO2 2, ,再按上述各种情况分别处再按上述各种情况分别处理。理。b.b.也可先将也可先将NONO2 2和和H H2 2O O反应转化为反应转化为NO,NO,再按

13、再按4NO+3O4NO+3O2 2+2H+2H2 2O O =4HNO=4HNO3 3情况处理。情况处理。【知识拓展知识拓展】氮的氧化物溶于水的计算的其他方法氮的氧化物溶于水的计算的其他方法(1)(1)原子守恒法原子守恒法4NO4NO2 2+O+O2 2和和4NO+3O4NO+3O2 2从组成上均相当于从组成上均相当于2N2N2 2O O5 5的组成的组成, ,都与都与N N2 2O O5 5+H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3等效。当等效。当NONO、NONO2 2、O O2 2的混合气体溶的混合气体溶于水时利用混合气体中于水时利用混合气体中N N、O O原子个数比进行分析判断原子个

14、数比进行分析判断。(2)(2)电子守恒法电子守恒法NONO与与O O2 2的混合气体通入水中发生反应的混合气体通入水中发生反应:2NO+O:2NO+O2 2=2NO=2NO2 2、3NO3NO2 2+H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3+NO,+NO,在这当中在这当中, ,存在着存在着NONO向向NONO2 2转转化、化、NONO2 2向向HNOHNO3 3转化的同时又生成转化的同时又生成NONO的循环反应。但总的循环反应。但总体来讲体来讲,NOHNO,NOHNO3 3,N,N的化合价升高是由于被的化合价升高是由于被O O2 2氧化氧化, ,因因此可写出此可写出在氧化还原反应中得失电子数

15、必然相等。在氧化还原反应中得失电子数必然相等。【思考思考讨论讨论】(1)(1)要使充满要使充满NONO2 2和和O O2 2混合气体的试管倒扣水槽中混合气体的试管倒扣水槽中, ,让让水充满试管水充满试管, ,必须按什么样的体积比混合必须按什么样的体积比混合? ? 提示提示: :由由3NO3NO2 2+H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3+NO+NO和和2NO+O2NO+O2 2=2NO=2NO2 2得得4NO4NO2 2+O+O2 2+2H+2H2 2O=4HNOO=4HNO3 3, ,即当即当NONO2 2和和O O2 2的体积比为的体积比为4141时时可完全溶于水。可完全溶于水。(2

16、)(2)将将10 mL10 mL充满充满NONO2 2和和O O2 2的混合气体的试管的混合气体的试管, ,倒置在水倒置在水槽中槽中, ,反应停止后试管内剩余反应停止后试管内剩余2 mL2 mL的无色气体的无色气体, ,则原混则原混合气体中合气体中O O2 2为多少毫升为多少毫升? ?提示提示: :若剩余的是若剩余的是NO,NO,由反应由反应3NO3NO2 2+H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3+NO,+NO,得得NONO2 2体积为体积为2 mL2 mL3=6 mL3=6 mL。则原有。则原有O O2 2体积为体积为(10 mL-(10 mL-6 mL)6 mL) =0.8 mL =

17、0.8 mL。 若剩余的是若剩余的是O O2 2, ,则有则有10 mL10 mL-2 mL=8 mL NO-2 mL=8 mL NO2 2和和O O2 2的混合气体按反应的混合气体按反应4NO4NO2 2+O+O2 2+2H+2H2 2O O=4HNO=4HNO3 3进行。所以进行。所以NONO2 2的体积为的体积为8 mL8 mL =6.4 mL, =6.4 mL,O O2 2体积为体积为10 mL-6.4 mL=3.6 mL10 mL-6.4 mL=3.6 mL。 14 144 1【案例示范案例示范】【典例典例1 1】下列对下列对NONO、NONO2 2的描述的描述, ,不正确的是不正确

18、的是( () )A.NOA.NO2 2是红棕色气体是红棕色气体, ,易溶于水易溶于水, ,不是酸性氧化物不是酸性氧化物B.NOB.NO可以用排水法收集可以用排水法收集, ,但不能由但不能由N N2 2和和O O2 2直接化合而得直接化合而得到到C.NOC.NO、NONO2 2在一定条件下可相互转化在一定条件下可相互转化, ,且二者都是引起且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物光化学烟雾的大气污染物D.NOD.NO、NONO2 2都有毒都有毒, ,且且NONO是汽车尾气的有害成分之一是汽车尾气的有害成分之一【解题指南解题指南】解答本题应注意以下两点解答本题应注意以下两点: :(1) N(1) N2

19、 2和和O O2 2直接化合得到直接化合得到NO,NO,不能得到不能得到NONO2 2。(2)NO(2)NO与与NONO2 2均不是酸性氧化物。均不是酸性氧化物。【解析解析】选选B B。NONO2 2是红棕色气体是红棕色气体, ,易溶于水易溶于水, ,与水发生与水发生反应反应:3NO:3NO2 2+H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3+NO,+NO,由于反应前后元素的化合由于反应前后元素的化合价发生了变化价发生了变化, ,因此因此NONO2 2不是酸性氧化物不是酸性氧化物,A,A正确正确;NO;NO不溶不溶于水于水, ,可以用排水法收集可以用排水法收集, ,由于由于N N2 2性质稳定性

20、质稳定, ,室温下不容室温下不容易反应易反应, ,但在放电时可由但在放电时可由N N2 2和和O O2 2直接化合而得到直接化合而得到,B,B错错误误;NO;NO与氧气发生反应会产生与氧气发生反应会产生NONO2 2;NO;NO2 2溶于水反应产生溶于水反应产生硝酸和硝酸和NO,NO,因此二者在一定条件下可相互转化因此二者在一定条件下可相互转化, ,且二者且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物都是引起光化学烟雾的大气污染物,C,C正确正确;NO;NO、NONO2 2都都有毒有毒, ,且在汽车发动时且在汽车发动时, ,在电火花作用下在电火花作用下N N2 2和和O O2 2化合产化合产生生NO,N

21、ONO,NO是汽车尾气的有害成分之一是汽车尾气的有害成分之一,D,D正确。正确。【易错提醒易错提醒】(1)NO(1)NO不能和碱反应不能和碱反应, ,是不成盐化合物是不成盐化合物;NO;NO2 2和碱反应化合价发生了变化和碱反应化合价发生了变化, ,所以二者均不是酸性所以二者均不是酸性氧化物。氧化物。(2)N(2)N2 2和和O O2 2反应反应, ,不管量和条件如何变化不管量和条件如何变化, ,均只能生成均只能生成NONO。【典例典例2 2】(2019(2019郑州高一检测郑州高一检测) )将盛有将盛有1 mol NO1 mol NO和和NONO2 2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中混合气

22、体的试管倒立于盛满水的水槽中, ,再通入再通入0.4 mol O0.4 mol O2 2, ,充分反应后充分反应后, ,整个试管充满水。则原混合整个试管充满水。则原混合气体中气体中NONO与与NONO2 2体积比为体积比为( () )A.12A.12B.25B.25C.37C.37D.D.无法确定无法确定【解题指南解题指南】解答本题应注意以下两点解答本题应注意以下两点: :(1)NO(1)NO2 2与与O O2 2混合物完全溶于水的比值为混合物完全溶于水的比值为4141。(2)NO(2)NO与与O O2 2混合物完全溶于水的比值为混合物完全溶于水的比值为4343。【解析解析】选选C C。设。设

23、1 mol NO1 mol NO和和NONO2 2的混合气体中有的混合气体中有a a mol mol NO NO和和(1-(1-a a) mol NO) mol NO2 2, ,根据根据4NO+3O4NO+3O2 2+2H+2H2 2O=4HNOO=4HNO3 3和和4NO4NO2 2+O+O2 2+2H+2H2 2O=4HNOO=4HNO3 3可得可得: : 所以所以a a=0.3,=0.3,V V(NO)(NO)V V(NO(NO2 2)=37)=37。31 aa0.444，【母题追问母题追问】(1)1 mol NO(1)1 mol NO和和NONO2 2混合气体的试管倒混合气体的试管倒立

24、于盛满水的水槽中剩余气体立于盛满水的水槽中剩余气体0.4 mol,0.4 mol,则则NONO与与NONO2 2体积体积比为多少比为多少? ?提示提示: :1919。设。设n n(NO(NO2 2)=)=a a mol mol 3NO3NO2 2+H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3+NO+NO气体减少气体减少3 mol3 mol 1 mol1 mol2 mol2 mola a mol mol(1-0.4)mol(1-0.4)mola a=0.9=0.9故故NONO与与NONO2 2体积比为体积比为1 19 9。(2)1 mol NO(2)1 mol NO和和NONO2 2混合气体中两者

25、体积之比为混合气体中两者体积之比为1 11,1,试试管倒立于盛满水的水槽中管倒立于盛满水的水槽中, ,为使整个试管充满水为使整个试管充满水, ,需通需通入多少入多少 O O2 2? ? 提示提示: :0.50.5。通入的氧气的物质的量为。通入的氧气的物质的量为 0.5 mol+ 0.5 mol+ mol=0.5 mol mol=0.5 mol。340.54【迁移迁移应用应用】1.1.科学家研究发现科学家研究发现SARSSARS病毒的全部基因组组分都可以病毒的全部基因组组分都可以在蝙蝠的粪便里找到在蝙蝠的粪便里找到, ,且且SARSSARS样冠状病毒基因内部多个样冠状病毒基因内部多个位点频繁重组

26、。位点频繁重组。病毒学研究证实病毒学研究证实, ,一氧化氮对一氧化氮对SARSSARS病毒有直接抑制作用病毒有直接抑制作用。下列关于一氧化氮的叙述正确的是。下列关于一氧化氮的叙述正确的是( () )A.A.一氧化氮是一种红棕色的气体一氧化氮是一种红棕色的气体B.B.常温常压下常温常压下, ,一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合C.C.一氧化氮可以由氮气和氧气在放电条件下直接化合一氧化氮可以由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到得到D.D.一氧化氮易溶于水一氧化氮易溶于水, ,不能用排水法收集不能用排水法收集【解析解析】选选C C。A A项项,NO,NO是无色气体是

27、无色气体,NO,NO2 2是红棕色气体是红棕色气体;B;B项项,NO,NO与与O O2 2能直接发生化合反应能直接发生化合反应2NO+O2NO+O2 2=2NO=2NO2 2;C;C项项, ,N N2 2+O+O2 2 2NO;D 2NO;D项项,NO,NO不溶于水不溶于水, ,可用排水法收集。可用排水法收集。放电放电=2.2.如图所示如图所示, ,室温下向盛有室温下向盛有3.0 mL NO3.0 mL NO的试管中缓缓通的试管中缓缓通入入1.5 mL O1.5 mL O2 2( (所有气体体积均在标准状况下测定所有气体体积均在标准状况下测定) )。试。试回答下列问题回答下列问题: :世纪金榜

28、导学号世纪金榜导学号(1)(1)写出观察到的现象写出观察到的现象: :_;_;_;_;_。(2)(2)最终试管中剩余的气体是最终试管中剩余的气体是_,_,体积为体积为_。【解析解析】通入的通入的O O2 2与与NONO发生反应生成发生反应生成NONO2 2:2NO+O:2NO+O2 2=2NO2NO2 2, ,所以看到有红棕色气体生成所以看到有红棕色气体生成; ;生成的生成的NONO2 2溶于水溶于水:3NO:3NO2 2+H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3+NO+NO。两个反应的总方程式为。两个反应的总方程式为4NO+3O4NO+3O2 2+2H+2H2 2O=4HNOO=4HNO3

29、 3。气体被消耗。气体被消耗, ,所以看到试管内所以看到试管内液面上升液面上升; ;根据总反应方程式可以计算出根据总反应方程式可以计算出, ,氧气全部反氧气全部反应应, ,剩余剩余NONO的体积是的体积是1.0 mL,NO1.0 mL,NO为无色气体为无色气体, ,这是可观察这是可观察到的第三个现象。到的第三个现象。答案答案: :(1)(1)通入通入O O2 2后试管内气体变为红棕色试管后试管内气体变为红棕色试管内液面升高最后试管内剩余一种无色气体内液面升高最后试管内剩余一种无色气体(2)NO(2)NO1.0 mL1.0 mL【补偿训练补偿训练】将盛有将盛有N N2 2和和NONO2 2混合气

30、体的试管倒立于水中混合气体的试管倒立于水中, ,经过经过足够长的时间后足够长的时间后, ,试管内气体的体积缩小为原来的一半试管内气体的体积缩小为原来的一半, ,则原混合气体中则原混合气体中N N2 2和和NONO2 2的体积比是的体积比是( () )A.11A.11B.12B.12C.13C.13D.31D.31【解析解析】选选C C。将试管倒立于水中。将试管倒立于水中, ,只有只有NONO2 2和和H H2 2O O反应反应, ,生成的生成的NONO与不反应的与不反应的N N2 2为剩余气体。设原气体的体积为剩余气体。设原气体的体积为为V V,NO,NO2 2的体积为的体积为x x, ,根据差量法求解根据差量法求解: :3NO3NO2 2+H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3+NO+NOV V减减3 3 1 12 2x x V2解得解得: :x x= = V V(N(N2 2)=)=V V- - 故故 3V4，3VV44，22V(N )1V(NO )3。【素养提升素养提升】中国汽车销量增长幅度很大中国汽车销量增长幅度很大, ,同时也带来了空气污染。同时也带来了空气污