【课件】第1课时 氮气和氮氧化物 2023-2024学年高一化学人教版（2019）必修第二册

第5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课时氮气和氮氧化物导入一“死亡谷”———青藏高原上的那棱格勒峡谷,经常出现刚才还风和日丽的晴天顷刻之间便电闪雷鸣、狂风大作的天气,但奇怪的是,这里的牧草茂盛、水草肥美,这是为什么呢?导入二在国民经济和日常生活中,氮气有广泛的用途。我们可以将它充灌在电灯泡里,防止钨丝的氧化,延长灯泡的使用寿命。还可用它来代替惰性气体作焊接金属时的保护气,容易腐败的食物也可以充入氮气作为保护气。那么氮气为什么可以作保护气呢?导入三通过上节课的学习,我们认识了自然界中硫元素的多样性及其化合物之间的相互转化,而氮元素也是地球上含量丰富的一种元素,且与我们的生态息息相关。这节课我们就来学习氮元素的有关知识。思路一一、氮气与氮的固定展示氮元素的“位-构-性”: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。一、氮气与氮的固定氮元素在自然界中的存在形式:游离态:主要以氮分子的形式存在于空气中。化合态:存在于动植物体内的蛋白质中,土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。氮气的物理性质：颜色气味状态密度溶解性无色无味气体比空气略小难溶于水一、氮气与氮的固定根据氮原子的核外电子排布和氮气分子的结构,推测氮气的化学性质。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反应。一、氮气与氮的固定氮气的化学性质:在高温、放电等条件下,氮分子获得了足够的能量,使N≡N断裂,氮气可以与镁、氢气、氧气等发生化合反应。1.与金属镁反应:2.与非金属反应:一、氮气与氮的固定小试牛刀写出镁条在空气中燃烧的化学方程式。一、氮气与氮的固定阅读教材,了解氮的固定。一、氮气与氮的固定阅读教材“科学史话”栏目,了解“合成氨”的重要性。合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就,在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题,是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献。一、氮气与氮的固定小试牛刀1.判断正误(1)N2和O2在高温条件下反应会生成NO。(

)(2)N2中N元素价态为0价,处于中间价态,因此既有氧化性,又有还原性。(

)(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。(

)××√√√一、氮气与氮的固定2..自然界中时刻存在着氮的转化。实现氮按照一定方向的转化一直是科学领域研究的重要课题,如图为N2分子在催化剂的作用下发生的一系列转化示意图:下列叙述正确的是(

)D二、NO和NO2的性质氮元素是多价态元素,不同价态的氮元素可形成的氧化物的化学式应如何书写呢?1.氮的氧化物氮的氧化物N2O(笑气)NON2O3NO2N2O4N2O5氮元素的化合价+1+2+3+4+4+5物质颜色状态气味水溶性NONO22.归纳NO和NO2的物理性质无色气态无味不溶红棕色气态有刺激性气味易溶二、NO和NO2的性质探究NO、NO2的化学性质。1.实验内容:装置操作(1)在一支50mL的注射器里充入20mLNO,然后吸入5mL水,用乳胶管和弹簧夹封住管口,振荡注射器,观察现象;(2)打开弹簧夹,快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹,观察现象;(3)振荡注射器,再观察现象现象(1)无明显变化;(2)无色气体变为红棕色;(3)气体又变为无色,同时注射器的活塞向内移动二、NO和NO2的性质2.实验结论及解释:(1)NO不溶于水,也不与水反应。(3)NO2能与水反应生成无色的NO:3NO2+H2O

2HNO3+NO(2)NO与O2反应生成红棕色的NO2:

2NO+O2

2NO2。二、NO和NO2的性质如果要将注射器中的NO充分转化为硝酸,可以采取什么措施?上述实验对工业上生产硝酸有什么启示?采取的措施是继续通入过量的空气。上述实验对工业上生产硝酸的启示是:在用水吸收NO2制取硝酸的过程中,要不断地补充空气,使NO2尽可能多地转化为硝酸二、NO和NO2的性质NO2能溶于水并发生反应,为了使NO2尽可能地被水吸收,设计了如下实验步骤,以探究NO2被水吸收的程度。步骤①:将盛满NO2气体的试管倒置于盛水的水槽中,如图甲所示。观察现象。步骤②:将O2缓慢通入步骤①的试管中,如图乙所示。观察现象。二、NO和NO2的性质将充满NO2的试管倒置于水槽中,试管中的红棕色逐渐褪去,水槽里的水倒吸入试管中,最终试管里剩余气体占

1/3;若同时向倒置试管中通入O2,则水槽中的液体最终充满整个试管。二、NO和NO2的性质小试牛刀1.判断正误。(1)由于NO极易与O2反应,并且其密度与空气相差不多,因此收集NO只能用排水法。(

)(2)由于NO2极易与水反应且密度比空气大,因此收集NO2只能用向上排空气法。(

)(3)NO2与H2O的反应中,NO2只作氧化剂。(

)(4)NO和NO2都是有刺激性气味的有毒气体,它们都是大气污染物。(

)√√√×二、NO和NO2的性质2.现有NO2、O2的混合气体

12

mL,通入足量水中,充分反应后剩余气体

2

mL

(同温同压下),则原混合气体中氧气的体积可能是__________________。2.4

mL或1.2

mL二、NO和NO2的性质拓展延伸-氮氧化物溶于水的计算1.NO2与O2的混合气体溶于水时,由总反应4NO2+O2+2H2O

4HNO3可知:2.NO与O2的混合气体溶于水时,由总反应4NO+3O2+2H2O

4HNO3可知:二、NO和NO2的性质3.4NO2+O2和4NO+3O2从组成上均相当于2N2O5的组成,与N2O5+

H2O

2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时可利用混合气体中氮、氧原子个数比进行分析判断。二、NO和NO2的性质方法归纳1.无论是单一气体(NO2),还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体溶于水,若有气体剩余只能是NO或O2,不可能是NO2。2.对于连续发生的化学反应,可用化学方程式叠加的方法得到复合反应,解决问题更简便。三、氮氧化物对环境的影响氮氧化物存在于自然界中,对自然界中的生物会产生一定的影响。展示氮氧化物对环境的污染。三、氮氧化物对环境的影响氮氧化物对环境的污染：1.NOx在紫外线作用下与碳氢化合物发生一系列光化学反应,产生光化学烟雾。2.NOx排入大气后,与水反应生成的HNO3和HNO2随雨雪降到地面形成酸雨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。4.NO与血红蛋白结合使人中毒。三、氮氧化物对环境的影响拓展延伸-信使分子一氧化氮在人体的血管系统内具有传送信号的功能,因而有“信使分子”的誉称。一氧化氮原本是一个不起眼的化合物,直到1986年,三位科学家发现,人体动脉内膜细胞也在制造一氧化氮,它能扩张血管、降低血压、改善血流。这时一氧化氮才进入人们的视野。核酸是细胞内具有遗传功能的物质,NO属于细胞间的通讯物质,没有NO,再多的细胞也无法协同工作,相互发挥作用,生命信息无法传递,只有两者有机结合起来才能共同承担人体新陈代谢的任务。思路二一、氮元素的“价-类图”利用“价-类图”对含氮物质进行研究二、进一步认识氮气N2为无色无味的气体,难溶于水,密度比空气略小,空气中N2的体积分数约为78%。从氮气的键能的角度推测氮气的化学性质：键能是指1mol气态分子离解成气态原子所吸收的能量。几种气体的键能数据如下:N2:946kJ/mol

O2:493kJ/mol

Cl2:247kJ/mol氮气的化学性质很不活泼(稳定),但在获得了足够能量的情况下,氮气还是能发生反应的,因此氮气发生反应的条件往往是高温或放电。二、进一步认识氮气氮气的化学性质:二、进一步认识氮气阅读教材,了解氮的固定、自然界氮的循环1.自然界氮的固定的三个主要途径:生物固氮、大气固氮和工业固氮。2.氮在自然界的循环:二、进一步认识氮气阅读教材,了解合成氨的发展历程和重要性。工业合成氨为农作物的生长提供了氮元素,为其他化工产品,如炸药、农药、染料等的生产提供了重要原料。由于在合成氨领域做出的杰出贡献,德国化学家哈伯和博施分别获得了诺贝尔化学奖。近些年来,我国的科研水平有了很大的提高,在很多领域已处于世界领先水平。三、认识氮的氧化物演示实验:NO2与水的反应。1.实验步骤:在一支

50

mL

的注射器里充入

20

mL

NO,然后吸入

5

mL

水,用乳胶管和弹簧夹封住管口,振荡注射器,观察现象。打开弹簧夹,快速吸入

10

mL

空气后夹上弹簧夹,观察现象。振荡注射器,再观察现象。2.实验讨论：如果要将注射器中的NO充分转化,可以采取什么措施?上述实验对工业上生产硝酸有什么启示？三、认识氮的氧化物1.实验现象：第一次振荡时，无明显现象；吸入空气后,气体变为红棕色;再振荡后气体又变为无色，同时注射器的活塞向内移动。2.实验分析:NO不溶于水,吸入空气后,NO与O2反应生成NO2,气体变为红棕色;振荡后,NO2溶于水生成硝酸和NO,气体又变为无色,同时气体的体积有所减小。2NO

+

O2

2NO3NO2

+

H2O

2HNO3

+

NO三、认识氮的氧化物3.实验讨论:要将注射器中的NO充分转化,可以继续通入过量的空气。上述实验对工业上生产硝酸的启示是:在用水吸收NO2制取硝酸的过程中,要不断补充空气,使NO2尽可能多地转化为硝酸。三、认识氮的氧化物总结NO和NO2的性质1.一氧化氮(NO)的性质(1)物理性质:无色的有毒气体,难溶于水。(2)化学性质：①与O2反应:2NO+O2

2NO2。②与O2、H2O反应:4NO+3O2+2H2O

4HNO3。三、认识氮的氧化物2.二氧化氮(NO2)的性质(1)物理性质:红棕色、有刺激性气味的有毒气体,密度比空气的大,易液化,易溶于水。(2)化学性质:①难被氧化,易与水反应生成HNO3和NO:3NO2+H2O

2HNO3+NO②NO2的尾气用NaOH溶液吸收:2NO2+2NaOH

NaNO3+NaNO2+H2O③常温下易转化为N2O4:2NO2

N2O4④NO2具有较强的氧化性,可使湿润的淀粉-KI试纸变蓝。四、含氮物质对环境的影响你还知道哪些与含氮物质的转化有关的事实呢?含氮物质之间的转化对人类的生产和生活都有益吗?化学反应是把双刃剑,在研究和看待物质时要用辩证的观点看问题,在利用化学反应时,既要利用其有益的方面,也要控制其有害的方面,这样才能实现绿色可持续发展。总结课堂练习1.氮、铁元素在细菌的作用下可发生如图所示的转化。下列说法正确的是(

)C课堂练习2.下列对NO、NO2的描述不正确的是(

)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3.利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应,既能净化尾气,又能获得应用广泛的Ca(N