【高中化学】氮及其化合物+课件+高一下学期化学人教版（2019）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人教版·新教材·化学必修第二册第1课时氮及其氧化物探究新知氮及其氧化物探究01

氮及氮的固定

情境导入氮是自然界中各种生物生命活动不可缺少的重要元素探究01

氮及氮的固定N元素存在形式在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中，少部分存在于生物的蛋白质中、以及土壤、海洋中的硝酸盐和铵盐。探究01

氮及氮的固定原子结构N

位于元素周期表第二周期、VA族+725既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。常见的化合价有-3、0、+2、+3、+4、+5探究01

氮及氮的固定

N2物理性质颜色状态气味密度溶解性_____气体_____密度与空气接近___溶于水难无色无味探究01

氮及氮的固定

化学性质电子式结构式N2化学式N

N

NN氮分子的结构食品包装袋中抽空充入氮气，防止食物变质。N2

的化学性质非常不活泼，可用作保护气体探究01

氮及氮的固定

化学性质氮气的化学性质稳定，通常很难与其他物质发生化学反应。NN1、还原性2、氧化性a、在点燃条件下与Mg反应：b、N2与H2

反应生成NH3：N2+O22NO高温或放电N2+3H22NH3催化剂N2+3MgMg3N2点燃探究01

氮及氮的固定

氮的固定(1)含义:

将大气中____________转化为____________的过程叫做氮的固定。游离态的氮氮的化合物

(2)分类:探究01

氮及氮的固定

氮的固定——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，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨，从而实现自然固氮。有句谚语“雷雨发庄稼”，你明白其中的化学道理吗?探究01

氮及氮的固定

化学性质——人工固氮1909年，德国化学家哈伯经过实验研究后发现，在500~600℃、17.5~20.0MPa和锇为催化剂的条件下可产生氨。德国工程师博施也推动了合成氨工业生产的实现和相关技术发展，哈伯和博施都获得了诺贝尔化学奖。合成氨技术的应用很大程度上解决了全球粮食饥饿问题，是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献。探究01

氮及氮的固定

自然界中氮循环练一练(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)氮的固定中氮元素一定被氧化(

)(5)豆科植物的根瘤菌固氮属于自然固氮中的高能固氮(

)(6)工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮(

)(7)N2和O2在放电条件下会生成NO2(

)(8)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(

)判断正误√×√××××√练一练氮在自然界中的循环如图所示。(1)过程①称为________，写出合成氨反应的化学方程式：________________________，该反应中氮气显____性(填“氧化”或“还原”，下同)人工固氮N2＋氧化(2)过程②中能通过______________的作用将空气中的氮气固定下来，写出③中固氮反应的化学方程式：_________________，该反应中氮气显____性。豆科植物根瘤菌还原练一练氮在自然界中的循环如图所示。(1)过程①称为________，写出合成氨反应的化学方程式：________________________，该反应中氮气显____性(填“氧化”或“还原”，下同)人工固氮N2＋氧化(2)过程②中能通过______________的作用将空气中的氮气固定下来，写出③中固氮反应的化学方程式：_________________，该反应中氮气显____性。豆科植物根瘤菌还原结论：(1)氮的固定必须为将游离态的N2转化为化合态含氮物质的过程，为氧化还原反应。(2)氮气性质的“一惰性、两反应”。氮气化学性质很稳定，通常状况下，很难与其他物质反应，但是在一定条件下，也能与氢气、氧气等反应。(3)氮元素是多价态元素，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反应)，又有还原性(与O2反应)。练一练探究02氮的氧化物

一氧化氮一、物理性质无色、无味、有毒、难溶于水的气体。二、化学性质常温下，极容易与氧气反应。2NO+O22NO2红棕色探究02氮的氧化物

二氧化氮1、物理性质：红棕色、有剌激性气味的有毒气体，密度比空气大，易液化，易溶于水。实验室如何收集NO2?向上排空气法探究02氮的氧化物

二氧化氮2NO+O2=

2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO(工业制取硝酸)结论：在一定条件下，NO与NO2可以相互转化。现象一：无色气体变红棕色NO→NO2现象二：红棕色变为无色NO2→NO实验现象分析：探究02氮的氧化物

二氧化氮解释“雷雨发庄稼”的原理N2＋O2

2NO放电2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO硝酸与土壤中矿物质作用形成可溶性硝酸盐，成为氮肥被植物吸收。探究02氮的氧化物

二氧化氮

“实验5-5”发生了哪些化学反应?如果将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施?上述实验对工业生产硝酸有什么启示?+O2+H2O3NO2+H2O=

2HNO3+NO2NO+O2=2NO22NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO探究02氮的氧化物

氮氧化合物溶于水的探究①NO

与O2

同时通入水中2NO+O2

=

2NO2

①3NO2+H2O=

2HNO3+NO

②总的化学方程式为：①×3+②×2

4NO+3O2+2H2O=4HNO3探究02氮的氧化物

氮氧化合物溶于水的探究②NO2

和O2

混合气体同时溶于水中3NO2+H2O=

2HNO3+NO

①2NO+O2=

2NO2

②总的化学方程式为：①×2+②

4NO2+O2+2H2O=

4HNO3探究02氮的氧化物

氮氧化合物溶于水的探究原理氮的氧化物溶于水的问题首先看清原理实质，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，反应的实质是：

3NO2+H2O=

2HNO3+NO

2NO+O2=

2NO2故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。工业生产硝酸的启示探究02氮的氧化物

氮氧化合物溶于水的探究4NO+3O2+2H2O=4HNO34NO2+O2+2H2O=

4HNO3练一练(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易溶于水生成HNO3，故NO2是酸性氧化物(

)(4)N2与O2反应时，不论O2是否足量，其一步反应都只能得到NO，不能生成NO2(

)(5)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(

)√√×√×结论：(1)NO和O2反应，不能用排空气法收集，可以用排水法收集，NO2和水反应，不能用排水法收集，可用向上排空气法收集。(2)NO不能和碱反应，NO2可以和碱反应生成硝酸盐、亚硝酸盐和水，但NO2不是酸性氧化物。(3)NO2可以使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色，不能用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2气体和溴蒸气。练一练练一练2.同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的两种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2。现将3支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是(

)DA．V1>V2>V3B．V1>V3>V2C．V2>V3>V1D．V3>V1>V2练一练3.将一支充有12mLNO2气体的试管倒置于水槽中，充分反应。(1)下列图示正确的是__。C练一练(2)如水不能充满试管，需再向试管中缓缓充入O2，现象为_________________________________，最终充入__mL氧气，才能使水全部充满。红棕色，液面逐渐上升无色气体变为3解析向试管中缓缓充入O2，发生反应①2NO＋O2===2NO2，故气体颜色由无色变为红棕色，然后发生反应②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，故液面逐渐上升，将①和②两式相组合得4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，要使水全部充满试管，需充入3mL氧气。课堂总结颜色状态气味密度特性无色液态

刺激性

>

易

挥发

1、硝酸的物理性质四、硝酸(1)酸的通性写出下列反应的离子方程式：①硝酸和氢氧化钠反应：_____________________________________。②硝酸和氧化钠反应：_______________________________________。③硝酸和碳酸钙反应：_______________________________________。④使指示剂变色：稀硝酸使紫色石蕊试液变红，浓硝酸使紫色石蕊试液先变红后褪色H＋＋OH－==H2O2H＋＋Na2O==2Na＋＋H2O2H＋＋CaCO3==Ca2＋＋CO2↑＋H2O2、硝酸的化学性质4HNO3(浓)====4NO2↑+O2↑+2H2O

△

或光照(2)HNO3的不稳定性问题：为什么有的浓硝酸看起来颜色发黄呢！浓硝酸见光或受热会分解产生NO2，NO2又溶于浓硝酸使其发黄。(3)HNO3的强氧化性①与Cu反应【实验5-8】如图5-14所示，在橡胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝。向两支具支试管中分别加入2mL浓硝酸和稀硝酸，用橡胶塞塞住试管口，使铜丝与硝酸接触，观察并比较实验现象。向上拉铜丝，终止反应。浓硝酸稀硝酸实验现象实验结论蓝大量气泡绿红棕色NONO23Cu+8HNO3(稀)

===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2OCu+4HNO3(浓)

===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O反应剧烈,有__________产生,溶液变_____,液面上有________气体产生反应缓慢,有

气泡产生，溶液变______,试管口有红棕色气体产生铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成_____气体铜与稀硝酸常温下缓慢反应生成_____气体少量废气处理：用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物

NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O；2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O。②钝化：

常温下，铁、铝的表面被浓硝酸或浓硫酸氧化，生成了一层致密的氧化物薄膜，这层薄膜阻止了酸与内层金属的进一步反应。加热时：Al+6HNO3(浓)===Al(NO3)3+3NO2↑+3H2O△Fe+6HNO3(浓)===Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O△C+4HNO3（浓）=2H2O+4NO2↑+CO2↑△S+6HNO3(浓)=H2SO4+6NO2↑+2H2O△③

与非金属反应思维拓展(1)硝酸与金属反应不能生成氢气。硝酸浓度不同，其还原产物不同，一般情况下，浓硝酸被还原为NO2，稀硝酸被还原为NO。(2)硝酸能与大多数金属(金、铂等除外)反应，将金属氧化为高价态金属的硝酸盐。但在常温下，浓硝酸能使铁、铝钝化。(3)热的浓硝酸可将非金属单质(碳、硫、磷等)氧化为最高价氧化物或最高价含氧酸。(4)硝酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合物或离子，如SO2、FeO、Fe2＋、Br－、I－、S2－、SO等均能被硝酸氧化。①浓硫酸、硝酸等都是氧化性酸，因为其中的

易获得电子，表现出很强的氧化性；而盐酸、稀硫酸、碳酸等的酸根部分不能或不易获得电子，是非氧化性酸。②在水溶液中任何酸都能电离出H＋，H＋在一定条件下可获得电子，被还原为H2，从这一点来说，酸都具有氧化性，但此时H＋表现出的性质是酸性，这与氧化性酸中心元素获得电子表现出的氧化性不同。酸的氧化性与氧化性酸相关链接劳厄和弗兰克，曾获得1914年和1925年的物理学奖，德国纳粹政府要没收他们的诺贝尔奖牌，他们辗转来到丹麦，请求丹麦同行、1922年物理学奖得主玻尔帮忙保存。1940年，纳粹德国占领丹麦，受人之托的玻尔急得团团转。同在实验室工作的一位匈牙利化学家赫维西（1943年化学奖得主）帮他想了个好主意：将奖牌放入“王水”中，纯金奖牌便溶解了。玻尔于是将溶液瓶放在实验室架子上，来搜查的纳粹士兵果然没有发现这一秘密。战争结束后，溶液瓶里的黄金被还原后送到斯德哥尔摩，按当年的模子重新铸造，于1949年完璧归赵。能使不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。浓硝酸和浓盐酸按体积比为1∶3混合得到的混合物。王

水资料卡片【思考与交流】写出有关化学方程式:N2→NH3:________________________________。NH3→NO:_______________________________。NO→NO2:_______________________________。NO2→HNO3:_____________________________。4NH3+5O2

4NO+6H2O2NO+O2===2NO23NO2+H2O===2HNO3+NON2+3H2

2NH3高温高压催化剂重要的化工原料，用于制化肥，农药，炸药，染料等。3、硝酸的作用

煤、石油和某些金属矿物中含有硫，在燃烧或冶炼时往往会生成二氧化硫。

在机动车发动机中，燃料燃烧产生的高温条件会使空气中的氮气与氧气反应，生成氮氧化物。它们会引起呼吸道疾病，危害人体健康，严重时会使人死亡。五、酸雨及防治酸雨：主要指pH小于5.6

的雨水，其主要是含有硫酸和硝酸。SSO2SO3H2SO4硫酸型酸雨：硝酸型酸雨：NO2HNO3成因：主要是大气中的SO2与NOx溶于水形成的。1.酸雨的形成(1)对人体的直接危害首先是它的刺激性，其次是它会形成硫酸雾和硫酸盐雾，其毒性比SO2大，能浸入人的肺部，引起肺水肿等疾病而使人致死。(2)引起河流、湖泊的水体酸化，严重影响水生动物生长。(3)破坏土壤、植被、森林。(4)腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料等。(5)渗入地下，可引起地下水酸化，酸化后的地下水中铝、铜、锌、镉等对人体有害金属元素的含量会偏高。2.酸雨的危害(1)调整能源结构，积极开发新能源。(2)对煤（其中含硫为0.3%-5%)进行处理，如选洗加工、综合开发、在煤中加入适量的生石灰、对排放的烟进行处理等。(3)种植能够吸收SO2的有关树木(如臭椿、垂柳、柳杉）等。(4)加强工厂废气的回收处理。(5)改进汽车尾气的处理技术，控制尾气排放。3.酸雨的防治环境污染形成原因主要危害温室效应大气中CO2含量不断增加全球变暖，冰川融化酸雨SO2和氮氧化物的排放土壤酸化，腐蚀建筑物光化学烟雾氮氧化物和碳氢化合物的排放危害人体健康和植物生长臭氧空洞氮氧化物和氟氯代烃的排放地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧常见的环境污染相关链接赤潮和水华含磷洗衣粉的大量使用及废水的任意排放使藻类过度繁殖，水质恶化，发生在海水中为赤潮，淡水中为水华

硝酸与金属反应计算规律课堂延伸一、原子守恒法金属与硝酸反应的计算例1：若将12.8克Cu与一定量的浓HNO3反应，铜全部溶解时，共产生5.6L气体（标准状况），则所消耗的HNO3的物质的量为________解：n(反应的HNO3)=n(被还原的HNO3)+n(表现酸性的HNO3)=n(NOx)+2n(Cu2+)

=5.6L/22.4L/mol+2ⅹ12.8g/64g/mol

=0.65mol0.65mol

例2：64gCu投入一定量浓硝酸中，铜完全溶解，共收集到22.4L气体。将此气体与一定体积的O2一起通入水中，恰好完全溶解，则O2的体积为（气体体积均按标准状况下计量）________

因为HNO3NOxHNO3

CuO2所以2n(Cu)=4n(O2)n(O2)=n(Cu)/2=0.5mol反应步骤比较多金属与硝酸反应的计算二、电子守恒法11.2LHNO3过量时，反应后溶液中（不考虑OH-）：

c(NO3-)=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)三、电荷守恒法例3.

3.2g铜与过量硝酸反应，硝酸被还原为NO2和NO。反