【高中化學】氮及其化合物+課件+高一下學期化學人教版（2019）必修第二冊

第五章

化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第二節(jié)氮及其化合物人教版·新教材·化學必修第二冊第1課時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

情境導入氮是自然界中各種生物生命活動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氣中，少部分存在于生物的蛋白質(zhì)中、以及土壤、海洋中的硝酸鹽和銨鹽。探究01

氮及氮的固定原子結(jié)構(gòu)N

位于元素周期表第二周期、VA族+725既不容易得到3個電子，也不容易失去5個電子。常見的化合價有-3、0、+2、+3、+4、+5探究01

氮及氮的固定

N2物理性質(zhì)顏色狀態(tài)氣味密度溶解性_____氣體_____密度與空氣接近___溶于水難無色無味探究01

氮及氮的固定

化學性質(zhì)電子式結(jié)構(gòu)式N2化學式N

N

NN氮分子的結(jié)構(gòu)食品包裝袋中抽空充入氮氣，防止食物變質(zhì)。N2

的化學性質(zhì)非常不活潑，可用作保護氣體探究01

氮及氮的固定

化學性質(zhì)氮氣的化學性質(zhì)穩(wěn)定，通常很難與其他物質(zhì)發(fā)生化學反應。NN1、還原性2、氧化性a、在點燃條件下與Mg反應：b、N2與H2

反應生成NH3：N2+O22NO高溫或放電N2+3H22NH3催化劑N2+3MgMg3N2點燃探究01

氮及氮的固定

氮的固定(1)含義:

將大氣中____________轉(zhuǎn)化為____________的過程叫做氮的固定。游離態(tài)的氮氮的化合物

(2)分類:探究01

氮及氮的固定

氮的固定——自然固氮大自然通過閃電釋放的能量將空氣中的氮氣轉(zhuǎn)化為含氮的化合物，或者通過豆科植物的根瘤菌將氮氣轉(zhuǎn)化成氨，從而實現(xiàn)自然固氮。有句諺語“雷雨發(fā)莊稼”，你明白其中的化學道理嗎?探究01

氮及氮的固定

化學性質(zhì)——人工固氮1909年，德國化學家哈伯經(jīng)過實驗研究后發(fā)現(xiàn)，在500~600℃、17.5~20.0MPa和鋨為催化劑的條件下可產(chǎn)生氨。德國工程師博施也推動了合成氨工業(yè)生產(chǎn)的實現(xiàn)和相關技術發(fā)展，哈伯和博施都獲得了諾貝爾化學獎。合成氨技術的應用很大程度上解決了全球糧食饑餓問題，是化學和技術對社會發(fā)展與進步的巨大貢獻。探究01

氮及氮的固定

自然界中氮循環(huán)練一練(1)氮元素有多種化合價，其最高正價為＋5價(

)(2)氮原子與其他原子只能形成共價鍵，不能形成離子鍵(

)(3)氮氣常用作焊接金屬、填充燈泡、保存食品的保護氣(

)(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屬于自然固氮中的高能固氮(

)(6)工業(yè)上將NH3轉(zhuǎn)化為其他銨態(tài)化肥屬于人工固氮(

)(7)N2和O2在放電條件下會生成NO2(

)(8)N2中N元素價態(tài)為0價，處于中間價態(tài)，因此既有氧化性，又有還原性(

)判斷正誤√×√××××√練一練氮在自然界中的循環(huán)如圖所示。(1)過程①稱為________，寫出合成氨反應的化學方程式：________________________，該反應中氮氣顯____性(填“氧化”或“還原”，下同)人工固氮N2＋氧化(2)過程②中能通過______________的作用將空氣中的氮氣固定下來，寫出③中固氮反應的化學方程式：_________________，該反應中氮氣顯____性。豆科植物根瘤菌還原練一練氮在自然界中的循環(huán)如圖所示。(1)過程①稱為________，寫出合成氨反應的化學方程式：________________________，該反應中氮氣顯____性(填“氧化”或“還原”，下同)人工固氮N2＋氧化(2)過程②中能通過______________的作用將空氣中的氮氣固定下來，寫出③中固氮反應的化學方程式：_________________，該反應中氮氣顯____性。豆科植物根瘤菌還原結(jié)論：(1)氮的固定必須為將游離態(tài)的N2轉(zhuǎn)化為化合態(tài)含氮物質(zhì)的過程，為氧化還原反應。(2)氮氣性質(zhì)的“一惰性、兩反應”。氮氣化學性質(zhì)很穩(wěn)定，通常狀況下，很難與其他物質(zhì)反應，但是在一定條件下，也能與氫氣、氧氣等反應。(3)氮元素是多價態(tài)元素，氮氣中氮元素呈0價，處于中間價態(tài)，故氮氣既有氧化性(與H2反應)，又有還原性(與O2反應)。練一練探究02氮的氧化物

一氧化氮一、物理性質(zhì)無色、無味、有毒、難溶于水的氣體。二、化學性質(zhì)常溫下，極容易與氧氣反應。2NO+O22NO2紅棕色探究02氮的氧化物

二氧化氮1、物理性質(zhì)：紅棕色、有剌激性氣味的有毒氣體，密度比空氣大，易液化，易溶于水。實驗室如何收集NO2?向上排空氣法探究02氮的氧化物

二氧化氮2NO+O2=

2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO(工業(yè)制取硝酸)結(jié)論：在一定條件下，NO與NO2可以相互轉(zhuǎn)化?，F(xiàn)象一：無色氣體變紅棕色NO→NO2現(xiàn)象二：紅棕色變?yōu)闊o色NO2→NO實驗現(xiàn)象分析：探究02氮的氧化物

二氧化氮解釋“雷雨發(fā)莊稼”的原理N2＋O2

2NO放電2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO硝酸與土壤中礦物質(zhì)作用形成可溶性硝酸鹽，成為氮肥被植物吸收。探究02氮的氧化物

二氧化氮

“實驗5-5”發(fā)生了哪些化學反應?如果將注射器中的NO充分轉(zhuǎn)化，可以采取什么措施?上述實驗對工業(yè)生產(chǎn)硝酸有什么啟示?+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

與O2

同時通入水中2NO+O2

=

2NO2

①3NO2+H2O=

2HNO3+NO

②總的化學方程式為：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

混合氣體同時溶于水中3NO2+H2O=

2HNO3+NO

①2NO+O2=

2NO2

②總的化學方程式為：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問題首先看清原理實質(zhì)，無論是單一氣體(NO2)，還是NO、NO2、O2中的兩者或三者的混合氣體溶于水，反應的實質(zhì)是：

3NO2+H2O=

2HNO3+NO

2NO+O2=

2NO2故若有氣體剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。工業(yè)生產(chǎn)硝酸的啟示探究02氮的氧化物

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

4HNO3練一練(1)由于NO極易與O2反應，并且其密度與空氣相差不多，因此收集NO只能用排水法(

)(2)由于NO2極易與水反應且密度比空氣大，因此收集NO2只能用向上排空氣法(

)(3)NO2易溶于水生成HNO3，故NO2是酸性氧化物(

)(4)N2與O2反應時，不論O2是否足量，其一步反應都只能得到NO，不能生成NO2(

)(5)NO和NO2都是有刺激性氣味的有毒氣體，它們都是大氣污染物(

)√√×√×結(jié)論：(1)NO和O2反應，不能用排空氣法收集，可以用排水法收集，NO2和水反應，不能用排水法收集，可用向上排空氣法收集。(2)NO不能和堿反應，NO2可以和堿反應生成硝酸鹽、亞硝酸鹽和水，但NO2不是酸性氧化物。(3)NO2可以使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{色，不能用濕潤的淀粉碘化鉀試紙鑒別NO2氣體和溴蒸氣。練一練練一練2.同溫同壓下，在3支相同體積的試管中分別充有等體積混合的兩種氣體，它們是①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2?，F(xiàn)將3支試管均倒置于水槽中，充分反應后，試管中剩余氣體的體積分別為V1、V2、V3，則下列關系正確的是(

)DA．V1>V2>V3B．V1>V3>V2C．V2>V3>V1D．V3>V1>V2練一練3.將一支充有12mLNO2氣體的試管倒置于水槽中，充分反應。(1)下列圖示正確的是__。C練一練(2)如水不能充滿試管，需再向試管中緩緩充入O2，現(xiàn)象為_________________________________，最終充入__mL氧氣，才能使水全部充滿。紅棕色，液面逐漸上升無色氣體變?yōu)?解析向試管中緩緩充入O2，發(fā)生反應①2NO＋O2===2NO2，故氣體顏色由無色變?yōu)榧t棕色，然后發(fā)生反應②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，故液面逐漸上升，將①和②兩式相組合得4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，要使水全部充滿試管，需充入3mL氧氣。課堂總結(jié)顏色狀態(tài)氣味密度特性無色液態(tài)

刺激性

>

易

揮發(fā)

1、硝酸的物理性質(zhì)四、硝酸(1)酸的通性寫出下列反應的離子方程式：①硝酸和氫氧化鈉反應：_____________________________________。②硝酸和氧化鈉反應：_______________________________________。③硝酸和碳酸鈣反應：_______________________________________。④使指示劑變色：稀硝酸使紫色石蕊試液變紅，濃硝酸使紫色石蕊試液先變紅后褪色H＋＋OH－==H2O2H＋＋Na2O==2Na＋＋H2O2H＋＋CaCO3==Ca2＋＋CO2↑＋H2O2、硝酸的化學性質(zhì)4HNO3(濃)====4NO2↑+O2↑+2H2O

△

或光照(2)HNO3的不穩(wěn)定性問題：為什么有的濃硝酸看起來顏色發(fā)黃呢！濃硝酸見光或受熱會分解產(chǎn)生NO2，NO2又溶于濃硝酸使其發(fā)黃。(3)HNO3的強氧化性①與Cu反應【實驗5-8】如圖5-14所示，在橡膠塞側(cè)面挖一個凹槽，并嵌入下端卷成螺旋狀的銅絲。向兩支具支試管中分別加入2mL濃硝酸和稀硝酸，用橡膠塞塞住試管口，使銅絲與硝酸接觸，觀察并比較實驗現(xiàn)象。向上拉銅絲，終止反應。濃硝酸稀硝酸實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論藍大量氣泡綠紅棕色NONO23Cu+8HNO3(稀)

===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2OCu+4HNO3(濃)

===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O反應劇烈,有__________產(chǎn)生,溶液變_____,液面上有________氣體產(chǎn)生反應緩慢,有

氣泡產(chǎn)生，溶液變______,試管口有紅棕色氣體產(chǎn)生銅與濃硝酸常溫下劇烈反應生成_____氣體銅與稀硝酸常溫下緩慢反應生成_____氣體少量廢氣處理：用氫氧化鈉溶液可以吸收廢氣中的氮氧化物

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

常溫下，鐵、鋁的表面被濃硝酸或濃硫酸氧化，生成了一層致密的氧化物薄膜，這層薄膜阻止了酸與內(nèi)層金屬的進一步反應。加熱時：Al+6HNO3(濃)===Al(NO3)3+3NO2↑+3H2O△Fe+6HNO3(濃)===Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O△C+4HNO3（濃）=2H2O+4NO2↑+CO2↑△S+6HNO3(濃)=H2SO4+6NO2↑+2H2O△③

與非金屬反應思維拓展(1)硝酸與金屬反應不能生成氫氣。硝酸濃度不同，其還原產(chǎn)物不同，一般情況下，濃硝酸被還原為NO2，稀硝酸被還原為NO。(2)硝酸能與大多數(shù)金屬(金、鉑等除外)反應，將金屬氧化為高價態(tài)金屬的硝酸鹽。但在常溫下，濃硝酸能使鐵、鋁鈍化。(3)熱的濃硝酸可將非金屬單質(zhì)(碳、硫、磷等)氧化為最高價氧化物或最高價含氧酸。(4)硝酸的強氧化性還表現(xiàn)在可以氧化具有還原性的化合物或離子，如SO2、FeO、Fe2＋、Br－、I－、S2－、SO等均能被硝酸氧化。①濃硫酸、硝酸等都是氧化性酸，因為其中的

易獲得電子，表現(xiàn)出很強的氧化性；而鹽酸、稀硫酸、碳酸等的酸根部分不能或不易獲得電子，是非氧化性酸。②在水溶液中任何酸都能電離出H＋，H＋在一定條件下可獲得電子，被還原為H2，從這一點來說，酸都具有氧化性，但此時H＋表現(xiàn)出的性質(zhì)是酸性，這與氧化性酸中心元素獲得電子表現(xiàn)出的氧化性不同。酸的氧化性與氧化性酸相關鏈接勞厄和弗蘭克，曾獲得1914年和1925年的物理學獎，德國納粹政府要沒收他們的諾貝爾獎牌，他們輾轉(zhuǎn)來到丹麥，請求丹麥同行、1922年物理學獎得主玻爾幫忙保存。1940年，納粹德國占領丹麥，受人之托的玻爾急得團團轉(zhuǎn)。同在實驗室工作的一位匈牙利化學家赫維西（1943年化學獎得主）幫他想了個好主意：將獎牌放入“王水”中，純金獎牌便溶解了。玻爾于是將溶液瓶放在實驗室架子上，來搜查的納粹士兵果然沒有發(fā)現(xiàn)這一秘密。戰(zhàn)爭結(jié)束后，溶液瓶里的黃金被還原后送到斯德哥爾摩，按當年的模子重新鑄造，于1949年完璧歸趙。能使不溶于硝酸的金屬如金、鉑等溶解。濃硝酸和濃鹽酸按體積比為1∶3混合得到的混合物。王

水資料卡片【思考與交流】寫出有關化學方程式:N2→NH3:________________________________。NH3→NO:_______________________________。NO→NO2:_______________________________。NO2→HNO3:_____________________________。4NH3+5O2

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

2NH3高溫高壓催化劑重要的化工原料，用于制化肥，農(nóng)藥，炸藥，染料等。3、硝酸的作用

煤、石油和某些金屬礦物中含有硫，在燃燒或冶煉時往往會生成二氧化硫。

在機動車發(fā)動機中，燃料燃燒產(chǎn)生的高溫條件會使空氣中的氮氣與氧氣反應，生成氮氧化物。它們會引起呼吸道疾病，危害人體健康，嚴重時會使人死亡。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：主要是大氣中的SO2與NOx溶于水形成的。1.酸雨的形成(1)對人體的直接危害首先是它的刺激性，其次是它會形成硫酸霧和硫酸鹽霧，其毒性比SO2大，能浸入人的肺部，引起肺水腫等疾病而使人致死。(2)引起河流、湖泊的水體酸化，嚴重影響水生動物生長。(3)破壞土壤、植被、森林。(4)腐蝕金屬、油漆、皮革、紡織品及建筑材料等。(5)滲入地下，可引起地下水酸化，酸化后的地下水中鋁、銅、鋅、鎘等對人體有害金屬元素的含量會偏高。2.酸雨的危害(1)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，積極開發(fā)新能源。(2)對煤（其中含硫為0.3%-5%)進行處理，如選洗加工、綜合開發(fā)、在煤中加入適量的生石灰、對排放的煙進行處理等。(3)種植能夠吸收SO2的有關樹木(如臭椿、垂柳、柳杉）等。(4)加強工廠廢氣的回收處理。(5)改進汽車尾氣的處理技術，控制尾氣排放。3.酸雨的防治環(huán)境污染形成原因主要危害溫室效應大氣中CO2含量不斷增加全球變暖，冰川融化酸雨SO2和氮氧化物的排放土壤酸化，腐蝕建筑物光化學煙霧氮氧化物和碳氫化合物的排放危害人體健康和植物生長臭氧空洞氮氧化物和氟氯代烴的排放地球上的生物受太陽紫外線的傷害加劇常見的環(huán)境污染相關鏈接赤潮和水華含磷洗衣粉的大量使用及廢水的任意排放使藻類過度繁殖，水質(zhì)惡化，發(fā)生在海水中為赤潮，淡水中為水華

硝酸與金屬反應計算規(guī)律課堂延伸一、原子守恒法金屬與硝酸反應的計算例1：若將12.8克Cu與一定量的濃HNO3反應，銅全部溶解時，共產(chǎn)生5.6L氣體（標準狀況），則所消耗的HNO3的物質(zhì)的量為________解：n(反應的HNO3)=n(被還原的HNO3)+n(表現(xiàn)酸性的HNO3)=n(NOx)+2n(Cu2+)

=5.6L/22.4L/mol+2ⅹ12.8g/64g/mol

=0.65mol0.65mol

例2：64gCu投入一定量濃硝酸中，銅完全溶解，共收集到22.4L氣體。將此氣體與一定體積的O2一起通入水中，恰好完全溶解，則O2的體積為（氣體體積均按標準狀況下計量）________

因為HNO3NOxHNO3

CuO2所以2n(Cu)=4n(O2)n(O2)=n(Cu)/2=0.5mol反應步驟比較多金屬與硝酸反應的計算二、電子守恒法11.2LHNO3過量時，反應后溶液中（不考慮OH-）：

c(NO3-)=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金屬離子)三、電荷守恒法例3.

3.2g銅與過量硝酸反應，硝酸被還原為NO2和NO。反