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(共52张PPT)
氮气及氮的氧化物
第1课时
第二节　氮及其化合物
学习目标
1.通过分析氮的原子结构,从微观角度认识氮气的化学稳定性,能正确表示氮气与镁、氧气、氢气的化学反应及其条件。
2.通过了解自然界中氮的循环,能正确描述和辨识氮的固定。
3.通过对氮的氧化物性质的学习,能从物质类别和氮元素的化合价角度解释氮氧化物的性质与转化及相关实验现象,能正确表示工业制硝酸的反应原理。
元素位置 原子结构 元素性质
第 周期、 第 族 不容易得失电子,一般通过共用
电子对与其他原子结合;
主要化合价: 　
『自主梳理』
学习任务1　认识氮和氮气
1. 氮的结构及存在
(1)氮元素的“位—构—性”。
二
ⅤA
-3、0、+2、+4、+5
(2)氮元素在自然界中的存在。
游离
化合
2.氮气的性质
很稳定
NH3
NO
(1)相关反应的化学方程式。
① 。
② 。
③ 。
(2)氮的固定。
①概念:将大气中 的氮转化为 的过程。
游离态
氮的化合物
『互动探究』
探究　氮的循环
如图为自然界中氮的循环。
问题1:氮在自然界中的主要存在形式有哪些 人体里的蛋白质中的氮元素来自哪里
提示:大部分以氮气的形式存在,少部分以化合物的形式(如硝酸盐、铵盐、蛋白质等)存在;人体里的蛋白质中的氮元素是从外界摄入的,特别是肉类、蛋类等物质,若溯本求源,则来自大气中的N2。
问题2:过程①③的反应中从氧化还原角度看,氮气各表现什么性质 氮的固定途径有哪些 过程②是怎样实现的
提示:①氧化性,③还原性;固定氮的途径有自然固氮和人工固氮;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。
问题3:氮循环中含氮物质有多种形式的转化,有的对人类生产、生活有益,有的则产生负面作用,请举例说明。
提示:对人类有益的事例有人工固氮如合成氨,不仅为农作物的生长提供了必需的氮元素,而且为其他化工产品的生产提供了重要的原料。对人类有害的事例有工业废气、汽车尾气中的氮氧化物会造成大气污染;工厂废液、生活废水中的氮元素对水体造成污染等。
氮气的化学性质总结
1.氮气性质的“一惰性、三反应”。N2的化学性质很稳定,通常状况下,很难与其他物质反应,可代替稀有气体作保护气体。但在一定条件下,也能与Mg、H2、O2等反应。
2.N2的化学性质不活泼,是因为N2分子内两个氮原子间存在三键,相互作用强,不容易断裂;但氮元素是活泼非金属元素,也是多价态元素,氮气中氮元素呈0价,处于中间价态,故N2既有氧化性(与Mg、H2反应),又有还原性(与O2反应)。
归
纳
拓
展
题点一　氮气的性质
1.下列关于氮气的性质,叙述错误的是(　　)
A.氮气在通常条件下化学性质稳定
B.氮气在高温、放电等条件下可以发生化学反应
C.氮气在化学反应中只能作氧化剂
D.氮气在发生化学反应过程中发生了化学键的断裂
『题组例练』
C
解析:氮气有氮氮三键,难断裂,在通常条件下化学性质稳定,A正确;氮气在高温、放电等条件下常与氧气反应,故可以发生化学反应,
B正确;氮气与氧气反应生成一氧化氮,在化学反应中作还原剂,
C错误;氮气发生化学反应是旧键的断裂和新键的形成,D正确。
2.氮气是大气中含量最多的气体。下列有关氮气的说法正确的是(　　)
①氮元素的非金属性较强,所以氮气是一种活泼的非金属单质
②常温下,N2既能与O2反应又能与H2反应
③通过灼热的镁粉除去N2中的O2
④“雷雨发庄稼”是指雷雨时可增加土壤中氮肥的含量,此变化属于氮的固定
⑤3 mol H2与1 mol N2混合反应生成NH3,转移电子的数目小于6×6.02×1023
A.①②③ B.②③④⑤
C.②④⑤ D.④⑤
D
题点二　氮的固定及循环
3.将空气中游离态的氮转化成含氮化合物的过程叫做氮的固定,包括自然固氮和人工固氮。下列关于氮的转化过程,属于人工固氮的是(　　)
A.用N2和H2合成氨
B.闪电时空气中N2转化为NO
C.用NH3和CO2合成尿素
D.豆科植物的根瘤菌固氮
A
解析:N2与H2在一定条件下反应生成NH3,属于人工固氮,A正确;闪电时空气中N2转化为NO,属于自然固氮,B错误;用NH3和CO2合成尿素,是含氮化合物间的转化,不属于氮的固定,C错误;豆科植物的根瘤菌将N2转化为NH3,属于自然固氮,D错误。
4.下列关于自然界中氮循环(如图)的说法正确的是(　　)
A.②④⑤中氮元素均被氧化
B.包含了三种固氮方式
C.参与氮循环的都是含氮无机物
D.上述过程都是在自然条件下进行的
B
解析:①大气中的氮气在雷电作用下转化为NO,进一步反应生成HNO3,
HNO3与土壤中碱性物质反应转化为硝酸盐,该过程属于高能固氮;②工业上用氮气与氢气合成氨,属于人工固氮且氮元素被还原;③大气中的氮气在根瘤菌作用下转化为氨,属于生物固氮;④氨或铵盐被氧化为亚硝酸盐;⑤亚硝酸盐被氧化为硝酸盐;⑥硝酸盐在细菌作用下转化为氮气。根据分析可知,②中氮元素被还原,④⑤中氮元素被氧化,A错误;①属于高能固氮,②属于人工固氮,③属于生物固氮,包含了三种固氮方式,B正确;生命体中参与氮循环的含氮化合物,例如蛋白质,是有机物,C错误;过程②是人工固氮,不是在自然条件下进行的,D错误。
比较项目 NO NO2
物理 性质 的气体, 溶于水 色、有刺激性气味的气体, 溶于水,易液化
毒性 有毒(易结合血红蛋白使人中毒) 有毒(刺激、腐蚀呼吸道黏膜)
学习任务2　探究NO和NO2的性质
『自主梳理』
1.NO与NO2性质的比较
无色
不
红棕
易
与水反应 不溶、不反应
(工业制硝酸的原理)
与氧气反应 不反应
收集方法 常用 法 常用 法
3NO2+H2O 2HNO3+NO
2NO+O2 2NO2
排水
向上排空气
2.一氧化氮、二氧化氮的性质探究及相互转化
[实验5-5]
实验 装置
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,观察现象。打开弹簧夹,快速吸入10 mL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 观察发现NO为无色气体;吸入5 mL水后注射器内无明显变化;快速吸入10 mL空气后注射器内气体变为红棕色;振荡注射器后气体的红棕色消失
实验 结论 NO为无色气体、难溶于水;NO易与氧气反应;生成的物质容易与水发生反应。在一定条件下,NO和NO2可以相互转化,化学方程式为2NO+O2 2NO2、3NO2+H2O 2HNO3+NO
『互动探究』
探究　NO和NO2的转化
在元旦联欢会上,某同学表演了一段魔术:首先收集一集气瓶红棕色的气体,用玻璃片盖好,然后向其中加入少量水,振荡后变为无色,然后轻轻移动玻璃片使少量空气进入集气瓶,气体又变为红棕色,振荡,又变为无色……
问题1:集气瓶中气体颜色变化的原因是什么
提示:NO2与H2O反应生成无色气体NO,NO遇到空气中的O2反应又生成红棕色的NO2。
问题2:若要将NO2充分转化为硝酸,可以采取什么措施 对工业上生产硝酸有什么启示 试用化学方程式表示。
提示:可通入适量的氧气。在用水吸收NO2制取硝酸的过程中,要不断地补充一些空气,使NO2尽可能多地转化为硝酸。4NO2+O2+
2H2O 4HNO3。
问题3:若把NO2与O2的混合气体同时通入水中,反应原理是什么
剩余气体的情况如何
归
纳
拓
展
氮氧化物的性质总结
1.氮的氧化物
(1)氮的氧化物中属于酸性氧化物的只有N2O3、N2O5;N2O、NO、NO2、N2O4等都不是酸性氧化物。
(2)NO2和N2O4是两种不同的氧化物,通常情况下,NO2能进行自身二聚:2NO2(红棕色) N2O4(无色),故NO2中会混有一定量的N2O4。
2.氮的氧化物溶于水的计算
(1)相关反应推导。
(2)氮的氧化物溶于水的三种类型。
ⅰ.NO2气体:NO2气体溶于水时仅涉及反应①,剩余气体为NO。
ⅱ.NO2和O2的混合气体:NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应③:
『题组例练』
题点一　辨析NO、NO2的性质
1.下列气体不能用排空气法收集的是(　　)
A.SO2 B.NO C.NO2 D.CO2
B
解析:SO2、NO2、CO2的密度与空气的密度均相差较大,且不与空气中的成分反应,能用排空气法收集,NO与O2反应,不能用排空气法收集,故选B。
2.下列对NO、NO2的描述,不正确的是(　　)
A.NO2是红棕色气体,易溶于水,不是酸性氧化物
B.NO可以用排水法收集,但不能由N2和O2直接化合得到
C.NO、NO2在一定条件下可相互转化,且两者都是引起光化学烟雾的大气污染物
D.NO、NO2都有毒,且NO是汽车尾气的有害成分之一
B
解析:NO2是红棕色气体,易溶于水,并与水发生反应,3NO2+H2O 2HNO3+NO,由于反应前后氮元素的化合价发生了变化,因此NO2不是酸性氧化物,A正确;NO难溶于水,可以用排水法收集,在放电或高温条件下可由N2和O2直接化合得到,B不正确;NO与氧气发生反应生成NO2,NO2与水反应生成硝酸和NO,因此两者在一定条件下可相互转化,且两者都是引起光化学烟雾的大气污染物,C正确;NO、NO2都有毒,且汽车发动时,在电火花作用下N2和O2化合产生NO,NO是汽车尾气的有害成分之一,D正确。
题点二　氮的氧化物溶于水的计算
3.将充有1.2 mol NO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中,再通入0.6 mol O2,充分反应后,整个试管充满水。则原混合气体中NO与NO2体积比为(　　 )
A.1∶2 B.1∶1
C.3∶7 D.无法确定
B
4.在一定条件下,将NO2和O2的混合气体12 mL通入足量水中,充分反应后剩余2 mL气体(同温、同压下),则原混合气体中氧气的体积可能为(　　)
A.1 mL B.2.4 mL
C.3 mL D.4 mL
D
题点三　尾气处理
5.三效催化剂是最为常见的汽车尾气催化剂,其催化剂表面物质转化的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.在转化过程中,氮元素均被还原
B.依据图示判断催化剂不参与储存和还原过程
C.还原过程中生成0.1 mol N2,转移0.5 mol电子
D.三效催化剂能有效实现汽车尾气中CO、CxHy、NOx三种成分的净化
D
解析:根据图示可知,NOx与BaO、O2转化成 Ba(NO3)2 的过程中,氮元素化合价升高被氧化,BaO为催化剂且该过程中BaO参与储存氮元素,A、B错误;还原过程中生成0.1 mol N2,转移电子为0.1 mol×
(5-0)×2=1 mol,C错误;整个过程中,CO、CxHy、NOx转化成CO2、H2O、N2,说明三效催化剂能有效实现汽车尾气中CO、CxHy、NOx三种成分的净化,D正确。
6.用石灰乳吸收硝酸工业的尾气(含NO、NO2)可获得Ca(NO2)2,部分工艺流程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.吸收时主要反应的离子方程式为
B.用石灰乳比用澄清石灰水吸收效果更好
C.采用气液逆流接触有利于尾气中NO、NO2的充分吸收
D.尾气中含有的NO不是酸性氧化物
A
解析:该工艺流程中所用石灰乳为浊液,书写离子方程式时氢氧化钙不能拆开,为 A错误;石灰乳更利于气体附着,改为澄清石灰水吸收效率将会降低,B正确;采用气液逆流接触,增大了气体和石灰乳的接触面积,有利于尾气中NO、NO2的充分吸收,C正确;一氧化氮不能和碱反应生成盐和水,不是酸性氧化物,D正确。
知识整合
1.氮气的化学性质与氮氧化物间的转化
2.氮的固定:游离态→化合态
学科素养测评
燃油汽车对空气环境有很大的污染。汽车尾气净化装置“催化转化器”是防止尾气(含一氧化碳、氮氧化物等气体)污染的有效方法之一,能使尾气中的一氧化碳和氮氧化物发生反应生成可参与大气生态循环的无毒气体。
(1)汽车尾气中易造成光化学烟雾的物质是　　　　(填字母)。
A.氮氧化物　　　　　B.二氧化碳　　　　　C.一氧化碳
A
解析:(1)汽车尾气中含有的氮氧化物如NO、NO2造成大气污染时产生光化学烟雾,即A正确。
(2)汽车尾气净化装置里,气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示:
反应的化学方程式为　 。
2NO2+4CO 4CO2+N2　
解析:(2)由题意可知,NO2和CO发生氧化还原反应生成CO2和N2,其化学方程式为2NO2+4CO 4CO2+N2。
CH4+4NO CO2+2N2+2H2O
(3)利用CH4等气体可除去烟气中的氮氧化物,生成物为可参与大气循环的气体,请写出CH4与NO反应的化学方程式:　 。
解析:(3)CH4与NO反应生成CO2、N2、H2O,根据得失电子守恒、原子守恒可写出该反应的化学方程式为CH4+4NO CO2+2N2+2H2O。
(4)烟道气中的NOx是主要的大气污染物之一,为了监测其含量,选用如下采样和检测方法。回答下列问题。
采样步骤:
a.检验系统气密性;b.加热器将烟道气加热至140 ℃;c.打开抽气泵置换系统内空气;d.采集无尘、干燥的气样;e.关闭系统,停止采样。
①甲中装有无碱玻璃棉,其作用是　　　　　。
除尘
解析:(4)①甲的作用是过滤,所以其中无碱玻璃棉的作用是除去烟道气中的粉尘。
②丙中填充的干燥剂是　　　　　(填字母)。
A.碱石灰 B.无水硫酸铜 C.P2O5
C
解析:②A.碱石灰是碱性干燥剂,可能与NOx反应,不能使用;B.无水硫酸铜的吸水能力太差,一般不用作干燥剂,不能使用;C.五氧化二磷是酸性干燥剂,与NOx不反应,能使用。
③丁中用NaOH溶液吸收等物质的量的NO和NO2气体,得到NaNO2溶液,
该反应的离子方程式为 　　　　　　 　　　　。
④采样步骤b加热烟道气的目的是　　　　　　　　　　　。
防止NOx溶于冷凝水
解析:④加热烟道气的目的是避免水蒸气冷凝后,NOx溶于水中。
命题解密与解题指导
情境解读:本题以燃油汽车尾气的净化处理为背景,认识氮的氧化物的性质及有关化学方程式的书写等。
素养立意:能依据实际条件并运用所学化学知识和方法解决生产、环保中的问题,在实践中逐步形成保护环境的观念,培养科学态度与社会责任素养。
思路点拨:(1)NOx是大气污染物,分析其对环境的影响。
(2)结合NOx与碱溶液的反应,监测烟道气中NOx的含量。
谢 谢 观 看

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