氮气与氮的固定+高一下学期化学人教版必修第二册

第五章化工生产中的非金属元素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第1课时

人教版必修第二册游离态化合态-30+1+2+3+4+5学习目标与核心素养核心素养1.通过学习氮及氮的氧化物的知识培养学生论据推理与模型认知的化学核心素养;2.通过氮的氧化物溶于水的实验进一步训练学生的操作技能，培养学生科学探究与实验创新的化学核心素养.学习目标1.了解氮元素的存在和结构，了解氮气的物理性质和化学性质;3.通过自然界中的氮循环，了解氮循环的基本过程，认识化学对社会和工农业生产的重要作用2.了解一氧化氮和二氧化氮的物理性质和化学性质;新课导入丰收的田野与快乐的农民美丽的闪电除了给我们带来的视觉和听觉上的冲击，还带来了什么？有句谚语“雷雨发庄稼”，你明白其中的化学道理吗?氮的存在1、（游离氮）在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中。2、（化合氮）少部分存在于生物的蛋白质中、土壤、海洋中的硝酸盐和铵盐。N存在形式：氮气及氮的固定氮气(1)氮气的物理性质颜色状态气味密度溶解性_____气体_____

密度与空气接近___溶于水无色无味难

氮气

熔点：-210℃

沸点：-196℃

密度：1.25g/L排水法收集氮气及氮的固定氮气

氮气的结构1.氮元素在元素周期表中的位置存在第二周期，第VA族2.写出氮气的电子式和结构式。电子式结构式N

N

NN球棍模型两个氮原子间以共价三键结合，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，通常难以与其它物质反应。氮气及氮的固定思维启迪食品包装袋中抽空充入氮气N2

的化学性质非常不活泼，可用作保护气体,例如防止食物变质、焊接金属的保护气。氮气及氮的固定氮气(2)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，使氮氮三键断裂，氮气能够与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应。①金属镁：N2+3Mg

Mg3N2点燃氧化性N2+O22NO放电或高温N2+3H22NH3

高温高压催化剂②氢气：③氧气：还原性N2不能一步转化为NO2Mg3N2会与水剧烈反应Mg3N2+6H2O═3Mg(OH)2+2NH3↑思考：镁在空气中燃烧的产物？2Mg+CO2===2MgO+C（黑白固体）点燃黄绿色粉末氮气及氮的固定氮的固定(1)含义:将大气中__

_____的氮转化为__________

_的过程叫做氮的固定。游离态含氮化合物自然固氮高能固氮(如雷雨天气N2转化为NO)根瘤固氮(如豆科植物的根瘤菌固氮)（生物）人工固氮合成氨(工业上合成氨)N2+3H22NH3高温、高压催化剂(2)分类:氮的固定NH3→NH3·H2O能称为氮的固定吗？放电或高温N2+O22NO1909年，德国化学家哈伯经过反复的实验研究后发现，在500~600℃、17.5~20.0MPa和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可达到6%以上，具备了工业化生产的可能性。哈伯(F.Haber，1868-1934)为了把哈伯合成氨的实验室方法转化为规模化的工业生产，德国工程师博施作出了重要贡献。由于合成氨工业生产的实现和相关研究对化学理论与技术发展的推动，哈伯和博施都获得了诺贝尔化学奖。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。人工固氮合成氨氮的固定氮气及氮的固定“从空气中变出面包的人”氮气及氮的固定自然界中氮的循环氮气及氮的固定课堂练习1．下列用途中应用了氮气的稳定性的是：（

）A．以氮气为原料之一制造硝酸 B．合成氨气后，制氮肥C．金属焊接时的保护气

D．镁可以和氮气反应C2．不属于氮的固定的过程是（

）A．放电条件下氮气与氧气化合B．在一定条件下用NH3与CO2合成尿素C．豆科植物根瘤菌把空气中的氮气变成含氮化合物D．工业合成氨B一氧化氮与二氧化氮雷电发庄稼雷雨发庄稼，将N2转化为硝酸盐要经过几步转化，每一步转化分别是什么？N2NONO2HNO3

NH4NO3

NO和NO2具有哪些性质？【思考】N2+O22NO放电或高温=========2NO+O2===2NO23NO2+H2O===2HNO3+NOHNO3+NH3===NH4NO3（氮肥）O2闪电O2H2ONH3一氧化氮与二氧化氮氮的氧化物有很多氧化物化合价N2ONON2O3NO2N2O4N2O5+1+2+3+4+4+5N2O5是HNO3的酸酐，N2O3是HNO2的酸酐其中只有N2O5、N2O3是酸性氧化物N2O5+H2O=2HNO3N2O3+H2O=2HNO2（与碱反应生成盐和水的氧化物）3NO2+H2O==2HNO3+NO（不是酸性氧化物）笑气酸酐NO与NO2属于不成盐氧化物。一氧化氮与二氧化氮(1)物理性质物质颜色状态气味毒性水溶性NO_____气体_____有毒___溶于水NO2_______气体______有毒___溶于水无色无味不红棕色刺激性易NO中毒原理：与CO相似，是通过呼吸道被人体吸入后与血红蛋白结合，使其失去携带O2的能力，导致中毒。NO只能用排水法收集，不能用排空气法收集一氧化氮与二氧化氮(2)化学性质

【实验5-5】NO2溶于水的实验一氧化氮与二氧化氮实验装置

实验操作打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹，观察现象，然后再振荡注射器现象_________________,

振荡后________________，注射器中气体体积变小结论无明显现象无色气体变红棕色红棕色变为无色在一支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(2)化学性质NO不溶于水，也不与水反应在一定条件下，NO和NO2可以相互转化。一氧化氮与二氧化氮(2)化学性质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→NONO2能氧化KI，使湿润的淀粉KI试纸变蓝。NO2+SO2=NO+SO3补充：(检验NO)歧化反应红棕色褪去一氧化氮与二氧化氮(1)NO和NO2分别采用什么方法收集？(2)

NO2转化为NO的变化中，NO2只能作氧化剂吗?，氧化剂与还原剂的物质的量之比是多少?NO2与水反应转化为NO的同时生成HNO3，NO2既作氧化剂又作还原剂。【思考与讨论】常温下NO能与O2反应，只能用排水法收集；NO2能与水反应生成NO，故只能用排空气法收集。3NO2+H2O=2HNO3+NO氧化剂与还原剂的物质的量之比是1:21、下列关于NO和NO2的说法正确的是(

)A．NO2是红棕色气体，易溶于水，属于酸性氧化物B．NO2可由N2和O2直接化合得到C．NO和NO2均既可以用排空气法收集又可以用排水法收集D．NO和NO2在一定条件下可以相互转化课堂练习D课堂练习2.

对3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应的下列说法正确是（

）A.氧化剂与还原剂的质量比为1∶2B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2C.NO2是氧化剂，H2O是还原剂D.在反应中若有6molNO2参与反应时，有3mol电子发生转移A一氧化氮与二氧化氮思考讨论：“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?+O2NO

NO2

HNO3+NOO2H2O硝酸工业常在吸收反应进行过程中，补充一些空气，使生成的NO被氧化成NO2，NO2溶于水又生成HNO3和NO，经过多次氧化和吸收，NO可以完全转化为HNO3,减少环境污染。一氧化氮与二氧化氮NO、NO2、O2、H2O的反应(2)化学性质思考：设混合气体中NO的体积为V1，NO2的体积为V2，则剩余气体的体积为多少？（1）NO与NO2

同时通入水中3NO2+H2O=

2HNO3+NO一氧化氮与二氧化氮（2）NO与O2同时通入水中2NO+O2===2NO2①

3NO2+H2O===2HNO3+NO

②①×3+②×2总的化学方程式为4NO+3O2+2H2O===4HNO3V(NO):V(O2)<4:3剩余O2=4:3恰好完全反应>4:3剩余NO(2)化学性质NO、NO2、O2、H2O的反应一氧化氮与二氧化氮（3）NO2和O2混合气体溶于水的计算3NO2+H2O===2HNO3+NO

①2NO+O2===2NO2

②①×2+②

总的化学方程式为4NO2+O2+2H2O===4HNO3V(NO2):V(O2)<4:1O2过量，剩余气体为O2=4:1恰好完全反应>4:1

NO2过量，剩余气体为NO(2)化学性质NO、NO2、O2、H2O的反应一氧化氮与二氧化氮（4）NOx和O2混合气体溶于水，从组成上看相当于

n(N):n(O)=2:5恰好完全反应＜2:5剩余O2>2:5

剩余NO(2)化学性质NO、NO2、O2、H2O的反应原子守恒法4NO+3O2+2H2O===4HNO34NO2+O2+2H2O===4HNO3N2O5+H2O===2HNO3课堂练习1.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，下列关系正确的是(

)A．V1＞V2＞V3

B．V1＞V3＞V2

C．V2＞V3＞V1

D．V3＞V1＞V2D3NO2+H2O===2HNO3+NO4NO2+O2+2H2O===4HNO3

课堂练习2.如图所示的试管中装有12mLNO，然后间歇缓慢地通入8mLO2。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(

)CA．①③B．②④⑤C．②④⑥D．②③⑤4NO+3O2+2H2O=4HNO3说明NO过量①实验室碱液吸收法2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2ONO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O一氧化氮与二氧化氮NO、NO2有毒气体，实验过程中如何进行尾气处理？【思考与交流】NO、NO2不是酸性氧化物NO2：NO：歧化反应归中反应NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是：n(NO2)：n(NO)＞1:1。课堂练习1.工业制HNO3的过程中排放的NO2和NO常用NaOH溶液吸收，反应的化学方程式为NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O、2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O，NO不能被NaOH溶液吸收。若同温同压下NO2与NO的体积之比如下，其中不能被NaOH溶液完全吸收的是（）A.1∶1B.1∶3C.2∶1D.3∶1 B一氧化氮与二氧化氮酸雨【危害】NONO2HNO3

O2H2O光化学烟雾破坏臭氧层NO2使平流层中的臭氧减少NOx在紫外线作用下，与碳氢混合物发生一系列光化学反应，主要来自汽车尾气排放一氧化氮与二氧化氮②催化转化法在催化剂、加热条件下，NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。用尾气处理装置处理无害气体：2CO+2NO2CO2+N24CO+2NO24CO2+N22xCO+2NOx

2xCO2+N2（无害物质）

催化剂======

加热

催化剂======

加热

催化剂======

加热性质NONO2物理性质毒性与水反应与氧气反应实验室制备收集方法其他对环境影响无色、无味、有毒，难溶于水红棕色、有刺激性气味、有毒不反应(难溶于水)3NO2+H2O==2HNO3+NO2NO+O2==2NO2不反应铜与稀硝酸反应铜与浓硝酸反应常用排水法常用向上排空气法2NO2（红棕色）

N2O4

（无色）

导致光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层有毒（跟血红蛋白结合）有毒课堂练习1.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