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人教版高一化学必修2第五章5.2.1
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
第1课时 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮
核心素养目标
1.宏观辨识与微观探析：通过氮的循环，了解氮气、一氧化氮、二氧化氮的主要性质，认识它们在生产中的应用。
2.变化观念与平衡思想：具有理论联系实践的观念，能主动关心与环境的关系问题合理利用自然资源的观念，通过观察实验，提高获取知识、分析知识、评价知识的能力。
3.证据推理与模型认知：从问题和假设出发，设计探究方案，探究一氧化氮和二氧化氮的性质，在探究中互利合作，培养团队精神。
4.科学探究与创新意识： 通过乙醇、水分别与钠反应的实验探究，认识有机化合物分子中共价键的类型、极性及其与有机反应的关系，
5.科学精神与社会责任 ：激发学生透过观察探究本质的兴趣，尊重科学以发展的眼光看待科学；通过参与探究过程，培养自身严谨的科学态度和辩证分析能力。但是，我们要通过切实可行的办法，杜绝污染，还社会一片蓝天净土。
教学目标
教学重点：1．复习初中所学氮气的化学稳定性，结合氮气分子中的氮氮 三键，巩固对氮气稳定性的理解
2．比较法学习一氧化氮和二氧化氮的性质
3．通过氮氧化物溶于水的原理，认识、理解并能计算氮氧化物与氧气混合通入水中最终所得溶液中溶质的物质的量浓度
教学难点：通过氮氧化物溶于水的原理，认识、理解并能计算氮氧化物与氧气混合通入水中最终所得溶液中溶质的物质的量浓度
“死亡谷”之谜
青藏高原上的那棱格勒峡谷，每当牧民和牲畜进入后，风和日丽的晴天顷刻电闪雷鸣，狂风大作，人畜常遭雷击而倒毙。奇怪的是这里牧草茂盛，水草肥美，被当地牧民称为“死亡谷”。
考察队测定后发现，这里的磁场强度非常高。这里的地层，除了分布着大面积的三叠纪火山喷发的强磁性玄武岩外，还有大大小小30多个磁铁矿脉及石英闪长岩体。正是这些岩体和磁铁矿产生了强大的地磁异常带。夏季，它使因昆仑山的阻挡而沿山谷东西分布的雷、雨、云中的电荷常常在此汇集，形成超强磁场。一旦遇到异物，便会发生尖端放电即产生雷击现象，使人和畜瞬间死亡。巨大的磁力还导致了指南针失灵，仪器不准。
你知道为什么雷电如此频繁的死亡谷却牧草茂盛，水草肥美吗？
情境导入
复习旧知
1．空气的组成及其体积分数：N2占78%，O2占21%，稀有气体占0.94%，CO2占0.03%，其他占0.03%。2．举例说明氮气的一种用途：化学性质稳定——作粮食保存、焊接金属的保护气。
任务探究一
N2分子结构
N2稳定性
氮的固定
一定条件
Mg3N2
NO
+O2
NO2
H2O
HNO3
自然固氮
人工固氮
NH3
氮及其氧化物
　氮及氮的固定
氮 是自然界中各种生物生命活动不可缺少的重要元素
任务探究一
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。
任务探究一
原子结构
N 位于元素周期表第二周期、VA族
+7
2
5
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
任务探究一
任务探究一(2)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　氮及氮的固定
化学性质
电子式
结构式
N2
化学式
N

N



N
N
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
任务探究二
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。
N N
1、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 + O2 2NO
高温或放电
N2 + 3H2 2NH3
催化剂
N2 + 3Mg Mg3N2
点燃
任务探究二
　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:
任务探究二
任务探究二【情境·思考】氮气保护技术通常应用于珍贵文物的保存和保护,国内外不乏先例。美国的《独立宣言》就密封在氮气环境中;中国博物馆和中南海毛主席故居纪念馆也是应用氮气保护法;北京房山云居寺“99石经回藏”也是氮气保护的成功典范。为什么氮气可以作为保护气 提示:氮气性质稳定,常温下不与物质发生反应,故可作保护气。某山谷经常电闪雷鸣、雷雨交加,但树木、灌木、草等植被非常茂密,但很少有人敢进入这个山谷。你能解释该山谷植被茂密的原因吗
【情境·思考】
任务探究二
提示:雷雨天时在闪电的作用下,空气中氮气与氧气反应生成NO,然后发生NO→NO2→HNO3,HNO3随雨水进入土壤,为植被提供了丰富的氮肥。
任务探究二1.汽车尾气中含有CO、NO等多种污染物，已成为城市空气的主要污染源。汽油和柴油中基本不含氮元素，那么汽车尾气中的NO是如何产生的？写出有关反应的化学方程式。(忽略空气中二氧化碳)提示　汽车尾气中的NO是由空气中的氮气和氧气在内燃机中高温条件下反应而生成，N2＋O22NO。2.金属镁在空气(忽略空气中二氧化碳)中燃烧可生成哪些产物？写出有关反应的化学方程式。　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
任务探究三
任务探究三
任务探究三
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℃、17.5~20.0 MPa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。
任务探究三3.自然界中氮的循环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
任务探究三
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
任务探究三
任务探究三结论：(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)。 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 + O2 2NO2
红棕色
任务探究四
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
任务探究五
任务探究四
2.化学性质
(1)实验探究:
实验 装置
任务探究四
实验 操作 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 打开弹簧夹,快速吸
入10 mL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___________
_____
无明显现象
无色气体变红棕色
红棕色变为
无色
(2)结论:在一定条件下,NO与NO2可以相互转化,反应的
化学方程式为
①NO→NO2: ______________;
②NO2→NO: ____________________(工业制取硝酸)。
2NO+O2====2NO2
3NO2+H2O====2HNO3+NO
氮的氧化物
二氧化氮
2NO + O2 = 2NO2
3NO2 + 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：
任务探究四
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 = 2NO2
3NO2 + 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。
任务探究四
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
+ H2O
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
2NO + O2 = 2NO2
2NO + O2 = 2NO2
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
任务探究四
氮的氧化物
氮氧化合物溶于水的探究
① NO 与 O2 同时通入水中
2NO + O2 = 2NO2 ①
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO ②
总的化学方程式为： ①×3 + ②×2
4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3
任务探究五
氮的氧化物
氮氧化合物溶于水的探究
② NO2 和 O2 混合气体同时溶于水中
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO ①
2NO + O2 = 2NO2 ②
总的化学方程式为： ①×2 + ②
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
任务探究五
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
任务探究五
氮的氧化物
氮氧化合物溶于水的探究
4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
任务探究五
任务探究五结论：(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。任务探究五2.氮的氧化物溶于水的计算(1)原理解答氮的氧化物溶于水的计算问题首先明确原理,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,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,不能是NO2。(2)方法——加合式法①NO2和O2混合气体溶于水的计算由4NO2+O2+2H2O====4HNO3可知:v（NO2):V(O2)<4:1 O2过量，剩余气体为O2>4:1 NO2过量，剩余气体为NO=4:1恰好完全反应任务探究五
②NO与O2同时通入水中
2NO+O2====2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO
总的化学方程式为4NO+3O2+2H2O====4HNO3
可知:
V(NO):V(O2)
<4:3 剩余O2
=4:3 恰好完全反应
>4:3 剩余NO
③NO2、NO、O2三种混合气体通入水中:
a.可先将NO和O2转化为NO2,再按上述各种情况分别处理。
b.也可先将NO2和H2O反应转化为NO,再按4NO+3O2+2H2O ====4HNO3情况处理。
任务探究五
【知识拓展】氮的氧化物溶于水的计算的其他方法
(1)原子守恒法
4NO2+O2和4NO+3O2从组成上均相当于2N2O5的组成,都与N2O5+H2O====2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。
任务探究六
(2)电子守恒法
NO与O2的混合气体通入水中发生反应:2NO+O2====2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO,在这当中,存在着NO向NO2转化、NO2向HNO3转化的同时又生成NO的循环反应。但总体来讲,NO→HNO3,N的化合价升高是由于被O2氧化,因此可写出
在氧化还原反应中得失电子数必然相等。
任务探究六　(1)要使充满NO2和O2混合气体的试管倒扣水槽中,让水充满试管,必须按什么样的体积比混合 提示:由3NO2+H2O====2HNO3+NO和2NO+O2====2NO2得4NO2+O2+2H2O====4HNO3,即当NO2和O2的体积比为4∶1时可完全溶于水。(2)将10 mL充满NO2和O2的混合气体的试管,倒置在水槽中,反应停止后试管内剩余2 mL的无色气体,则原混合气体中O2为多少毫升 提示:①若剩余的是NO,由反应3NO2+H2O====2HNO3+NO,得NO2体积为2 mL×3=6 mL。则原有O2体积为(10 mL-6 mL)× =0.8 mL。 ②若剩余的是O2,则有10 mL-2 mL=8 mL NO2和O2的混合气体按反应4NO2+O2+2H2O====4HNO3进行。所以NO2的体积为8 mL× =6.4 mL,O2体积为10 mL-6.4 mL=3.6 mL。【思考·讨论】任务探究七
3.将一支充有12 mL NO2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
任务探究七(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。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3 mL氧气。无色气体变为红棕色，液面逐渐上升3小结
无色、无味的
气体，不溶于水
遇到氧气迅速
反应生成NO2
红棕色、有刺激性气味气体，易溶于水
与水反应生成硝酸和NO
具有较强的氧化性
合成氨反应
镁在氮气中燃烧
放电条件下与气
反应生成NO
氮气
NO
氮的氧化物
CO2
氮气、氮的固定及氮的氧化物
氮的循环
氮的固定
N2
雷电
根瘤菌
自然固氮
人工固氮
高能固氮：雷雨固氮
生物固氮：
根瘤菌固氮
合成氨
仿生固氮
NH3
NH4
NO3
植物
动物
微生物
NH4
NO3
NH3
+
_-

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