高一化学（人教版）教学课件 必修二 第五章 第二节 第1课时 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮

第二节氮及其化合物学习目标1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究,了解氮及其重要化合物的主要性质,认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。2.结合实例认识氮及其化合物的多样性,了解通过化学反应可以探索物质性质,实现物质转化,认识物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。重点难点重点1.氮及其重要化合物的性质与相互转化。2.硝酸的不稳定性和强氧化性。3.酸雨的概念。难点1.二氧化氮的化学性质。2.硝酸的强氧化性。第1课时氮气与氮的固定

一氧化氮和二氧化氮目录新知探究(一)——氮气与氮的固定新知探究(二)——NO和NO2课时跟踪检测新知探究(一)氮气与氮的固定1.氮元素结构氮元素位于元素周期表的第二周期、第ⅤA族,氮原子结构示意图为

,一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质分布在自然界里,氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中2.氮气结构氮分子内两个氮原子间以共价三键结合,电子式为

,结构式为_____物理性质无色、无味、难溶于水,密度与空气相近,约占空气体积的4/5化学性质通常情况下很稳定,难以与其他物质反应。①与氢气反应:__________________②与氧气反应:_________________③与金属镁反应:_______________︰N︙︙N︰N≡N

[微点拨]

镁条在空气中燃烧,发生Mg与O2、N2和CO2三个反应,其中Mg与CO2反应的化学方程式为2Mg+CO2

2MgO+C。所以Mg着火不能用N2或CO2去灭火。3.氮的固定(1)含义:将大气中

的氮转化为

的过程叫做氮的固定。(2)分类氮的固定

游离态氮的化合物工业合成氨4.氮的循环应用化学在国民经济和日常生活中,氮气有广泛的用途。将它充灌在电灯泡里,可防止钨丝的氧化,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。氮气为什么可以作保护气?提示:氮气的化学性质很稳定,常温下不与氧气反应,可以作保护气。1.(2024·哈尔滨期中检测)下列反应不属于氮的固定的是(

)A.工业上利用氮气和氢气合成氨气B.高温或光照时,浓硝酸受热分解C.雷雨时,空气中的氮气和氧气反应生成一氧化氮D.豆科植物粉红色的根瘤将空气中的氮气转化为含氮化合物

[题点多维训练]√解析:利用氮气和氢气合成氨气属于氮元素由游离态转化为化合态,属于氮的固定,故A错误;浓硝酸受热分解属于一种含氮化合物变为另外一种氮的化合物,不属于氮的固定,故B正确;氮气和氧气反应生成一氧化氮属于自然固氮,故C错误;豆科植物粉红色的根瘤将空气中的氮气转化为含氮化合物属于自然固氮,故D错误。2.下列关于氮气的说法中,正确的是(

)A.通常情况下,氮气性质比较稳定B.可在氧气中燃烧,生成一氧化氮C.1molN2与3molH2完全反应生成2molNH3D.氮元素是活泼的非金属元素,氮气在化学反应中只能作氧化剂√解析:氮气分子中含有氮氮三键,性质比较稳定,A正确;N2不能在O2中燃烧,N2与O2在放电或高温条件下反应生成NO,B错误;N2与H2的反应是可逆反应,1

mol

N2与3

mol

H2不可能完全反应生成2

mol

NH3,C错误;氮气中氮元素的化合价为0价,在化学反应中既可升高也可降低,氮气既可作氧化剂,也可作还原剂,D错误。3.下列关于氮元素及氮气性质的说法中,错误的是(

)A.氮气分子是双原子分子,氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在B.氮气分子中的化学键很难被破坏,因此氮气的化学性质很稳定C.反应N2+3MgMg3N2不属于氮的固定,工业合成氨的过程是固氮过程D.大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环√解析:氮的固定是游离态的氮变为化合态的氮,反应N2+3MgMg3N2属于氮的固定,C错误。4.氮是动植物生长不可缺少的元素,含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如图所示的氮元素的循环过程,下列说法不正确的是(

)

√

5.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+3H22NH3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N2+O22NO还原

acd新知探究(二)NO和NO2

导学设计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。根据实验可以得出NO的哪些性质?提示:无色气体,不溶于水。2.打开弹簧夹,快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹,观察现象。振荡注射器,再观察现象。实验现象: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。(1)根据上述实验,能得出NO、NO2的什么性质?提示:NO易被O2氧化为NO2,NO2为红棕色,易溶于水,发生反应的化学方程式为2NO+O2===2NO2,3NO2+H2O===2HNO3+NO。(2)实验室如何收集NO、NO2?提示:NO用排水法;NO2用向上排空气法。(3)已知NO2可被NaOH溶液吸收,反应的化学方程式为2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O;NO与NO2等物质的量时也可被NaOH溶液吸收,反应的化学方程式为NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O。NO和NO2是否为酸性氧化物?为什么?提示:均不是;酸性氧化物与碱不发生氧化还原反应。1.氮的氧化物其中属于酸性氧化物的是N2O3和N2O5,对应的酸分别为HNO2和HNO3。

[系统融通知能]N的化合价+1+2+3+4+5对应氧化物N2O(笑气)NON2O3NO2、N2O4N2O52.NO和NO2的物理性质物质颜色、状态气味水溶性NO无色气体无味不溶于水NO2红棕色气体有刺激性气味易溶于水3.NO和NO2的化学性质物质NONO2与氧气反应2NO+O2===2NO2不反应与水反应不反应3NO2+H2O===2HNO3+NO与氢氧化钠的反应不反应2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O[注意]

3NO2+H2O===2HNO3+NO反应中NO2既是氧化剂也是还原剂,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2。应用化学发射“嫦娥”六号探测器运载火箭的推进剂引燃后,产生大量高温气体从尾部喷出。该气体主要成分是CO2、H2O、N2、NO等,在发射现场可看到火箭尾部产生大量红棕色气体,你能解释其中原因吗?提示:NO遇空气生成NO2。题点(一)

NO、NO2的性质1.下列对NO、NO2的描述不正确的是(

)A.NO2是红棕色气体B.NO通常用排空气法收集C.NO、NO2在一定条件下可相互转化D.NO、NO2都有毒,且NO是汽车尾气的有害成分之一解析:NO与O2反应,不能用排空气法收集,应用排水法收集。

[题点多维训练]√2.如图所示,试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物),当倒扣在盛有水的水槽中时,试管内水面上升,但不能充满试管,当向试管内鼓入氧气后,可以观察到试管中水柱继续上升,经过多次重复后,试管完全被水充满,原来试管中盛装的不可能是(

)A.氮气与二氧化氮的混合气体B.氧气与二氧化氮的混合气体C.一氧化氮与二氧化氮的混合气体D.二氧化氮气体√解析:二氧化氮与水、氧气可发生反应:4NO2+O2+2H2O===4HNO3,一氧化氮与水、氧气可发生反应:4NO+3O2+2H2O===4HNO3,因此B、C、D项水均能充满试管;氮气不溶于水,在溶液中不能与氧气反应,水不能完全充满试管,A项符合题意。

4mL或1.2mL4.如图所示,向盛有3.0mLNO的试管中缓缓通入1.5mLO2(所有气体体积均在标准状况下测定)。试回答下列问题:(1)写出观察到的现象(可不写满,也可补充):①

。②

。③

。试管内的无色气体变为红棕色试管内液面上升

试管内剩余无色气体解析:NO遇O2迅速反应生成NO2:2NO+O2===2NO2,然后NO2与水反应:3NO2+H2O===2HNO3+NO,导致试管中的液面上升,最终剩余的气体是无色的NO。(2)最终试管中剩余的气体是

,其体积为

。

解析:将分析(1)中两个反应合并可得:4NO+2H2O+3O2===4HNO34

3V(NO)

1.5

mL解得V(NO)=2.0

mL,故最终试管内剩余NO气体,其体积为(3.0-2.0)mL=1.0

mL。NO1.0mL题点(二)

NO、NO2的性质实验探究5.已知浓硝酸与铜反应产生NO2。利用NO、O2和Na2CO3溶液反应制备NaNO2的装置如图所示(盛放浓硝酸的仪器为分液漏斗),下列关于该实验的描述正确的是(

)A.A、B、C装置中只有A中发生的反应属于氧化还原反应B.实验过程中,装置B有防止倒吸的作用C.装置C中发生反应的化学方程式为Na2CO3+4NO+O2===4NaNO2+2CO2D.最后得到的尾气可以被NaOH溶液完全吸收√解析:装置A中浓HNO3与铜反应制备二氧化氮,产生的二氧化氮与B装置的水反应可以产生NO,二者都是氧化还原反应,根据C项方程式可知,C中也是氧化还原反应,故A错误;B装置产生一氧化氮,不能防止倒吸,故B错误;根据原子守恒可知装置C中发生反应的化学方程式为2Na2CO3+4NO+O2===4NaNO2+2CO2,故C正确;尾气中有氮气,不能被碱液吸收,所以D项错误。6.为了有效实现NO和NO2的相互转化,设计如下实验:按图组装好实验装置,并检验装置气密性,实验前用排水法收集半瓶NO气体。(1)打开止水夹,推动针筒活塞,使O2进入烧瓶。关闭止水夹,首先观察到烧瓶中的现象:

,

产生此现象的化学方程式为

。

解析:无色NO气体被氧化为红棕色的NO2气体,2NO+O2===2NO2。烧瓶中气体由无色变为红棕色2NO+O2===2NO2(2)轻轻摇动烧瓶,观察到烧瓶中的现象为①

;②

。产生此现象的化学方程式为

。解析:NO2气体与水反应生成NO气体,同时气体体积减小,烧瓶内压强减小引起倒吸,3NO2+H2O===2HNO3+NO。烧瓶中红棕色气体又变为无色烧杯中的水倒吸到烧瓶中(或烧瓶中液面上升)3NO2+H2O===2HNO3+NO课时跟踪检测(选择题第1~10小题,每小题3分,第14小题5分,本检测满分70分)1412345678910111315√121.下列关于氮气的说法中错误的是(

)A.通常情况下氮气性质很稳定,所以氮气可以在电焊时作保护气B.N2+O2

2NO,该反应是汽车尾气造成污染的主要因素之一C.氮气在空气中的质量分数约占78%D.在反应3Mg+N2

Mg3N2中,氮气作氧化剂141234567891011131512解析:氮气分子中存在氮氮三键,结构稳定,所以氮气可以在电焊时作保护气,故A正确;N2+O2

2NO,一氧化氮有毒,该反应是汽车尾气造成污染的主要因素之一,故B正确;氮气在空气中的体积分数约占78%,故C错误;氮气与镁反应生成氮化镁,反应中氮元素的化合价降低,氮气为氧化剂,故D正确。√1245678910111213141532.据研究,NO广泛分布于生物体内各组织中,可将积存在血管壁上的脂肪、胆固醇带走,被称为“血管清道夫”。下列说法中错误的是(

)A.NO极易与氧气反应生成一种红棕色气体B.NO可以是某些低价含氮物质的氧化产物C.人体吸入大量NO气体,可以预防心血管疾病D.NO是汽车尾气排放的污染物之一解析:NO有毒,人体不能吸收大量NO气体,C错误。1245678910111213141533.自然界中氮的循环如图所示。下列说法中,不正确的是(

)124567891011121314153A.工业合成氨属于人工固氮B.雷电作用下N2与O2发生了化学反应C.在氮的循环中不涉及氧化还原反应D.含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化√124567891011121314153解析:人工固氮是人为的条件下将氮元素的单质转化为化合物的过程,工业合成氨属于人类活动,属于人工固氮,故A正确;氮气与氧气在放电条件下生成一氧化氮,所以雷电作用下N2和O2发生了化学反应,故B正确;在氮循环过程中,氮气转化为氮的化合物,N元素的化合价发生变化,涉及氧化还原反应,故C错误;氮循环中铵盐和蛋白质可相互转化,铵盐属于无机物,蛋白质属于有机物,含氮无机物和含氮有机物可相互转化,故D正确。√1245678910111213141534.下列关于NO和NO2的说法正确的是(

)A.NO是无色、无味气体,易溶于水,属于酸性氧化物B.NO2与H2O的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1C.NO和NO2在一定条件下可以相互转化D.NO和NO2均可用排空气法收集或用排水法收集124567891011121314153解析:NO是无色、无味气体,不溶于水,不属于酸性氧化物,A项错误;NO2与水反应可生成HNO3、NO,化学方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO,其中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2,B项错误,C项正确;NO易与O2发生反应,因此不能用排空气法收集,NO2能与水发生反应,因此NO2不能用排水法收集,D项错误。√1245678910111213141535.某集气瓶中的气体呈红棕色,加入足量水,盖上玻璃片,振荡,得到橙色溶液,气体颜色消失,移走玻璃片后瓶中气体又变为红棕色,该气体可能是下列混合气体中的(

)A.N2、NO2、Br2

B.NO2、NO、N2C.NO2、O2、NO D.N2、O2、Br2124567891011121314153解析:集气瓶中气体呈红棕色,可能含Br2蒸气或NO2气体。加水原气体红棕色消失,溶液呈橙色,说明混合气体中一定含Br2蒸气;移走玻璃片后瓶中气体又变红棕色,说明原气体溶于水后产生了NO,NO由NO2溶于水得到,发生反应为3NO2+H2O===2HNO3+NO,故原混合气体中一定含有Br2蒸气和NO2气体。√1245678910111213141536.某NO中混有少量的NO2,下列除杂方法可行的是(

)A.通过盛有纯硫酸的洗气瓶B.通过盛有无水氯化钙的干燥管C.先通过盛有纯硫酸的洗气瓶,然后再通过盛有蒸馏水的洗气瓶D.先通过盛有蒸馏水的洗气瓶,然后再通过盛有纯硫酸的洗气瓶解析:NO2与H2O反应生成HNO3和NO,D项正确。√1245678910121113141537.按图进行实验。试管中装有12mLNO,然后间歇而又缓慢地通入8mLO2,下列是有关最终状态的描述:①试管内气体呈红棕色;②试管内气体呈无色;③试管内液面不变;④试管内液面上升;⑤试管内气体是O2;⑥试管内气体是NO。其中正确的是(

)A.①③

B.②④⑤C.②④⑥ D.②③⑤124567891012111314153

1245678910111213141538.(2024·咸阳秦都区阶段检测)开发常压旋转滑行弧实现高效固氮具有广阔的应用前景,原理如图所示。下列叙述正确的是(

)124567891011121314153A.N2和O2在光照或风能作用下直接生成NO2B.该过程涉及2种能量转化形式C.该固氮过程均发生氧化还原反应D.上述过程包括4NO+3O2+2H2O===4HNO3√124567891011121314153解析:氮气和氧气在放电条件下生成NO,不能生成NO2,故A错误;根据图示可知,该过程涉及太阳能、风能、电能、化学能间的转化,能量转化形式大于2种,故B错误;固氮过程中NH3与HNO3结合生成NH4NO3时无元素化合价变化,不涉及氧化还原反应,故C错误;根据图示可知,题中过程包括4NO+3O2+2H2O===4HNO3,故D正确。√1245678910111213141539.实验室以空气和镁为原料制备Mg3N2的装置如图所示(夹持和加热装置略去)。下列说法正确的是(

)A.装置A、B中可依次加入浓硫酸、NaOH溶液B.若去掉装置C,对产品纯度无影响C.实验时应先加热装置C,通入一段时间空气后再加热装置DD.装置E中碱石灰的作用是吸收尾气124567891011121314153解析:A错,要制备氮化镁,需要除去空气中的氧气、CO2和水蒸气,则装置A、B中可依次加入NaOH溶液、浓硫酸;B错,若去掉装置C,镁与氧气反应生成氧化镁,对产品纯度有影响;C对,实验时,应先加热装置C,通入一段时间空气除去氧气,然后再加热装置D;D错,装置E中碱石灰的作用是吸收空气中的水蒸气和二氧化碳。124567891011121314153

√124567891011121314153

101245678911121314153

12456789101112131415311.(8分)氮氧化物会严重污染大气,所以实验室必须对含有氮氧化物的废气进行处理。用NaOH溶液可以吸收废气中的氮氧化物,反应的化学方程式如下:①NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O②2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O(1)在反应①中,参加反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为

。

1∶1124567891011121314153(2)下列措施能提高尾气中NO和NO2去除率的是

(填字母)。

A.加快通入尾气的速率B.采用气、液逆流的方式吸收尾气C.吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液BC124567891011121314153

NaNO3NO

12124567891011131415312.(8分)某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应进行如图所示实验(已知乙中现象为红棕色消失)。(1)图甲两集气瓶中

(填“上”或“下”)瓶气体颜色深。

解析:NO2呈红棕色,SO2为无色气体,故下瓶气体颜色深。下124567891011121314153(2)图丙中“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有

,体现NO2的

性。

解析:“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有NO,NO遇空气被氧化成NO2,SO2与NO2

的反应中体现了NO2的氧化性。(3)由图乙和图丙中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式:

。解析:

NO2和SO2反应的化学方程式为NO2+SO2===NO+SO3。NO氧化NO2+SO2===NO+SO312456789101112131415313.(9分)氮循环是自然界中一种重要的物质循环方式,主要有以下2种方式:124567891011121314153(1)通常我们把大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程称为氮的固定,主要有3种途径。如①N2→NO称为大气固氮,②N2

NH3称为

,还有一种是工业固氮,其反应的化学方程式是_________

。解析:根据题意N2NH3是生物将游离态的氮气转变为化合态的氮,称为生物固氮,还有一种是工业固氮,是氢气和氮气在高温、高压与催化剂作用下反应生成氨气,其反应的化学方程式是N2+3H2

2NH3。生物固氮N2+3H22NH3124567891011121314153(2)在自然界中第①种循环是很少的,主要是第一步N2→NO的反应很难发生,请结合N2的结构说明N2→NO的反应很难发生的原因__________________________________________________________________

。

解析:化学反应的实质是先断键,后成键,氮氮之间有三条共价键,键能很大,很难断开,所以反应很难进行。化学反应的实质是先断键,后成键,N和N之间有三条共价键,键能很大,很难断开,所以反应很难进行124567891011121314153(3)写出氮循环①中NO2→HNO3的化学方程式:

。解析:氮循环①中NO2→HNO3是二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮,其化学方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO。

3NO2+H2O===2HNO3+NO124567891011121314153(4)P和N属于周期表的第

族,非金属性较强的是

(用元素符号表示),举一个能证明该结论的实验事实。__________________

解析:P和N均属于周期表的第ⅤA族元素,根据同主族从上到下非金属性逐渐减弱,因此非金属性较强的是N,通过最高价氧化物对应水化物的酸性强弱证明,即酸性:HNO3>H