2022-2023学年新教材高中化学第3章物质的性质与转化第3节氮的循环第1课时自然界中的氮循环氮气和氮的氧化物课件鲁科版必修第一册

1、第1课时自然界中的氮循环氮气和氮的氧化物第3章内容索引0102基础落实必备知识全过关重难探究能力素养全提升03学以致用随堂检测全达标素养目标1.通过自然界中的氮循环,了解氮循环的基本过程,能列举自然固氮与人工固氮的过程,知道人工固氮对社会发展的重要意义,培养科学态度与社会责任的化学核心素养。2.认识氮循环过程中重要的含有氮元素的物质,能够对含有氮元素的物质进行分类,形成宏观辨识与微观探析的化学核心素养。3.认识氮气、一氧化氮、二氧化氮的物理性质和化学性质以及典型的实验现象,能书写主要反应的化学方程式,知道它们的主要应用;建立从物质类别、元素价态角度研究物质性质和实现含有氮元素的物质之间转化的思

2、路和方法,培养科学探究与创新意识。课前篇 素养初探自主梳理一、自然界中氮的循环1.自然循环2.人类活动的影响(1)通过化学方法把空气中的氮气转化成氨,再转化成其他含氮化合物(如铵盐、硝酸等)。(2)燃烧反应产生的氮氧化物参与氮的循环。二、氮气的性质和氮的固定1.氮气的物理性质颜色状态气味密度水溶性无色气体无味比空气的略小难溶于水2.氮气的化学性质N2化学性质稳定,通常很难与其他物质发生反应,在一定条件下能与O2或H2等物质反应。(1) N2与O2的反应:N2+O2 2NO。(2) N2与H2的反应:N2+3H2 2NH3(表现氧化性)。表现还原性 表现氧化性3.氮的固定(1)定义:游离态的氮转

3、化为含氮化合物的过程。(2)分类:氮的固定主要有自然固氮和人工固氮。【微思考1】将1 mol N2和3 mol H2充入密闭容器中,在一定条件下反应,能否得到2 mol NH3?原因是什么?提示 不能。因为合成氨的反应是可逆反应,不能完全进行到底。三、氮的氧化物1.氮的氧化物的种类化合价+1+2+3+4+5对应氧化物N2ONON2O3NO2、N2O4N2O52.NO和NO2(1)物理性质。物质NONO2颜色无色红棕色溶解性不溶于水与水反应气味无味刺激性气味(2)相互转化。2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO【微思考2】实验室如何收集NO和NO2?提示 由于NO能与空气中的氧

4、气反应生成NO2,应用排水法收集NO。由于NO2能与水反应,不能用排水法收集NO2,可用向上排空气法收集NO2。自我检测判断下列说法是否正确,正确的画“”,错误的画“”。1.汽车尾气中有NOx,主要是汽油不充分燃烧引起的。()2.制二氧化氮时,用水或NaOH溶液吸收尾气。()3.工业上利用合成氨实现人工固氮涉及氧化还原反应。()4.把NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象。()5.在实验室里,NO和NO2均可用排水法收集。()6.NO能够与人体里血红蛋白结合,造成人体缺氧中毒。()7.可用NO2与水反应制取硝酸,故NO2是酸性氧化物。() 重难探究能力素养全提升探究1氮气的性质、用途问题探究

5、(1)氮气为什么可以用作保护气?提示 因为氮气的化学性质稳定,在通常情况下,氮气不容易与其他物质反应,也不会和食物反应而使之变质。氮气本身无毒无害,不会直接对人体产生伤害。(2)实验室可以通过向下排空气法收集氮气吗?提示 不能。由于氮气的密度与空气的接近,所以既不能用向上排空气法也不能用向下排空气法收集,应用排水法收集。(3)在化学反应中氮气只做氧化剂吗?提示 不是。氮气是非金属单质,在化学反应中既可以做氧化剂也可以做还原剂,如与H2、Mg反应时N2做氧化剂,与O2反应时N2做还原剂。归纳拓展氮气的性质及工业制法(1)氮气的密度与空气的接近,只能用排水法收集。(2)在高温、高压、放电等条件下,

6、N2能与H2、O2、Mg等发生化学反应。氮气与氢气反应:N2+3H2 2NH3,该反应是工业合成氨的原理。氮气与氧气反应:N2+O2 2NO。氮气与镁反应:3Mg+N2 Mg3N2。(3)工业制法:空气中含有大量的氮气,空气是工业制氮气的主要来源,生产方法主要是分离液态空气,并制得液态氧。方法规律 氮元素的存在与氮的固定 应用体验【例1】下列有关氮气的说法正确的是()A.氮气是由氮原子构成的双原子分子,所以化学性质不活泼B.医学上常用液氮做冷冻剂,在冷冻麻醉条件下做手术,是利用氮气化学性质的不活泼性C.H2与N2在一定条件下反应生成NH3,反应中N2体现氧化性D.电闪雷鸣的雨天,雨水中会含有一

7、定量的硝酸,其中可能发生的反应有N2+2O2 2NO2答案 C 解析 A项,氮气性质稳定的原因是两个氮原子之间的作用力比较强,破坏这种作用力时需要很高的能量;B项,液氮汽化时需要吸收大量的能量,使周围环境温度降低,与其化学性质的不活泼无关;C项,反应的化学方程式为N2+3H2 2NH3,反应中氮元素化合价降低,氮气做氧化剂;D项,N2和O2在放电条件下生成NO,不能直接生成NO2。变式训练1下列关于氮气性质的说法,错误的是()A.通常情况下,氮气性质很不活泼B.可在氧气中燃烧,生成一氧化氮C.通常情况下,氮气在水中的溶解度很小D.跟氢气在一定条件下发生反应时,氮气是氧化剂答案 B解析 N2不能

8、在O2中燃烧,与O2在放电条件下反应生成NO,B错;氮气与氢气反应时,氮元素的化合价降低,氮气做氧化剂,D对。探究2氮的氧化物溶于水的计算问题探究(1)把一支充满NO2气体的试管倒置在水槽中充分反应后,水能否充满试管? 提示 不能。NO2与水反应的化学方程式为3NO2+H2O=2HNO3+NO,由此可知最后水只能充满整个试管的(2)向一支充有10 mL NO的试管中通入多少O2才能使液体充满整个试管? 提示 已知2NO+O2=2NO2,3NO2+H2O=2HNO3+NO。由方程式3+2得:4NO+3O2+2H2O=4HNO3,即当NO和O2的体积比为43时液体可以充满试管,需通入7.5 mL

9、O2。归纳拓展氮的氧化物溶于水的计算(1)氮的氧化物溶于水的反应分析。2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO由+2得4NO2+O2+2H2O=4HNO3,当体积比V(NO2)V(O2)由3+2得4NO+3O2+2H2O=4HNO3,当体积比V(NO)V(O2)(2)氮氧化物与O2混合溶于水的计算。反应的化学方程式:2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO4NO2+O2+2H2O=4HNO34NO+3O2+2H2O=4HNO3不同情况及剩余气体的体积: 要点笔记 因为水溶液中发生反应3NO2+H2O=2HNO3+NO,所以无论何种情况下水溶液中不会剩余NO2。应

10、用体验【例2】在一定条件下,将6体积的NO2和一定体积的NO置于试管中,并将试管倒置于水中,当通入4.5体积的O2充分反应后,剩余1.5体积气体,则原NO体积可能为()3体积4体积5体积5.5体积2体积A.B. C.或D.或答案 C解析 本题的关键在于理解剩余的1.5体积气体,可能是一氧化氮,也有可能是氧气。若是一氧化氮,则氧气全部反应,二氧化氮完全反应消耗1.5体积氧气,剩余3体积应该被一氧化氮消耗,所以一氧化氮体积为4体积+1.5体积=5.5体积;若剩余的为氧气,则反应过程中一氧化氮消耗的氧气为1.5体积,所以一氧化氮的体积是2体积。易错警示有关NO、NO2、O2混合气体与H2O反应后剩余

11、气体的问题,因NO2与H2O反应,NO与O2反应,所以剩余的气体只可能为NO或O2中的一种,绝对不会剩余NO2。变式训练2如图所示,当向试管内通入21 mL O2时,最后试管中的液面仍在原来的位置,则原试管中NO的体积为()A.6 mL B.12 mLC.16 mLD.18 mL答案 B解析 当V(NO)V(O2)=43时,混合气体完全与水反应,无气体剩余;当V(NO)V(O2)43时,可能有O2剩余或NO剩余。据题意可推知O2剩余,且剩余量与原NO体积相同。设原试管中NO的体积为x,则有43= x(21 mL-x),解得x=12 mL,所以B项正确。学以致用随堂检测全达标 1.下列过程在一定

12、条件下不能一步完成的是()A.N2NO2 B.N2NH3C.NO2HNO3D.NONO2 答案 A解析 N2与O2不能直接反应生成NO2,A符合题意;N2与H2在一定条件下可合成NH3,B不符合题意;NO2溶于水可生成HNO3,C不符合题意;由反应2NO+O2 = 2NO2可知,D不符合题意。2. 下列有关氮气的叙述中,错误的是()A.工业上,氮气常用作焊接金属的保护气B.在雷雨天,空气中的N2和O2可反应生成NOC.氮气既可做氧化剂又可做还原剂D.1 mol N2可与3 mol H2完全反应生成2 mol NH3答案 D解析 N2与H2的反应属于可逆反应,1 mol N2和3 mol H2不

13、可能完全反应生成2 mol NH3,故D项错误;因氮气的化学性质很不活泼,常用作焊接金属的保护气;N2中的氮元素为0价,处于中间价态,故N2既可做氧化剂,又可做还原剂。N2与O2反应生成NO。3.(2021山东济南高一期末)下列关于NO和NO2的描述正确的是()A.NO2与水的反应中,NO2既是氧化剂又是还原剂B.NO是无色气体,可用向上排空气法收集C.NO2可由N2和O2直接化合得到D.从元素化合价角度看,NO只有还原性答案 A解析 NO2与水发生反应:3NO2+H2O = 2HNO3+NO,氮元素由+4价变为+5价和+2价,则NO2既是氧化剂又是还原剂,A正确;NO易与O2反应生成NO2,因此不能用排空气法收集,可采用排水法收集NO,B错误;N2和O2在高温或放电条件下反应生成NO,不能直接得到NO2,C错误;NO中氮元素显+2价,处于中间价态,则NO既有氧