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(共46张PPT)
第5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 氮气和氮氧化物
导入一
“死亡谷”———青藏高原上的那棱格勒峡谷,经常出现刚才还风和日丽的晴天顷刻之间便电闪雷鸣、狂风大作的天气,但奇怪的是,这里的牧草茂盛、水草肥美,这是为什么呢
导入二
在国民经济和日常生活中,氮气有广泛的用途。我们可以将它充灌在电灯泡里,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,容易腐败的食物也可以充入氮气作为保护气。那么氮气为什么可以作保护气呢
导入三
通过上节课的学习,我们认识了自然界中硫元素的多样性及其化合物之间的相互转化,而氮元素也是地球上含量丰富的一种元素,且与我们的生态息息相关。这节课我们就来学习氮元素的有关知识。
思路一
一、氮气与氮的固定
展示氮元素的“位-构-性”:
氮原子一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。
一、氮气与氮的固定
氮元素在自然界中的存在形式:
游离态:主要以氮分子的形式存在于空气中。
化合态:存在于动植物体内的蛋白质中,土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
氮气的物理性质：
颜色 气味 状态 密度 溶解性
无色
无味
气体
比空气略小
难溶于水
一、氮气与氮的固定
根据氮原子的核外电子排布和氮气分子的结构,推测氮气的化学性质。
氮分子内两个氮原子间以共价三键(N≡N)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,通常情况下难以与其他物质发生反应。
一、氮气与氮的固定
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 N≡N断裂,氮气可以与镁、氢气、氧气等发生化合反应。
1.与金属镁反应:
2.与非金属反应:
一、氮气与氮的固定
小试牛刀
写出镁条在空气中燃烧的化学方程式。
一、氮气与氮的固定
阅读教材,了解氮的固定。
一、氮气与氮的固定
阅读教材“科学史话”栏目,了解“合成氨”的重要性。
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。
一、氮气与氮的固定
小试牛刀
1.判断正误
(1)N2和 O2在高温条件下反应会生成 NO。 ( )
(2)N2中 N元素价态为0价,处于中间价态,因此既有氧化性,又有还原性。 ( )
(3)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气。 ( )
(4)氮的固定中氮元素一定被氧化。 ( )
(5)工业上将 NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮。( )
×
×
√
√
√
一、氮气与氮的固定
2..自然界中时刻存在着氮的转化。实现氮按照一定方向的转化一直是科学领域研究的重要课题,如图为 N2分子在催化剂的作用下发生的一系列转化示意图:
下列叙述正确的是 ( )
D
二、NO和NO2 的性质
氮元素是多价态元素,不同价态的氮元素可形成的氧化物的化学式应如何书写呢
1.氮的氧化物
氮的氧化物 N2O(笑气) NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5
氮元素的化合价
+1
+2
+3
+4
+4
+5
物质 颜色 状态 气味 水溶性
NO
NO2
2.归纳 NO和 NO2的物理性质
无色
气态
无味
不溶
红棕色
气态
有刺激性气味
易溶
二、NO和NO2 的性质
探究 NO、NO2 的化学性质。
1.实验内容:
装置
操作 (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,观察现象;
(2)打开弹簧夹,快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹,观察现象;
(3)振荡注射器,再观察现象
现象
(1)无明显变化;
(2)无色气体变为红棕色;
(3)气体又变为无色,同时注射器的活塞向内移动
二、NO和NO2 的性质
2.实验结论及解释:
(1)NO不溶于水,也不与水反应。
(3)NO2能与水反应生成无色的 NO:
3NO2+H2O 2HNO3+NO
(2)NO与 O2反应生成红棕色的 NO2:
2NO+O2 2NO2。
二、NO和NO2 的性质
如果要将注射器中的 NO 充分转化为硝酸,可以采取什么措施 上述实验对工业上生产硝酸有什么启示
采取的措施是继续通入过量的空气。上述实验对工业上生产硝酸的启示是:在用水吸收 NO2制取硝酸的过程中,要不断地补充空气,使 NO2尽可能多地转化为硝酸
二、NO和NO2 的性质
NO2能溶于水并发生反应,为了使 NO2尽可能地被水吸收,设计了如下实验步骤,以探究 NO2被水吸收的程度。
步骤①:将盛满 NO2气体的试管倒置于盛水的水槽中,如图甲所示。观察现象。
步骤②:将 O2缓慢通入步骤①的试管中,如图乙所示。观察现象。
二、NO和NO2 的性质
将充满NO2的试管倒置于水槽中,试管中的红棕色逐渐褪去,水槽里的水倒吸入试管中,最终试管里剩余气体占 1/3;若同时向倒置试管中通入 O2,则水槽中的液体最终充满整个试管。
二、NO和NO2 的性质
小试牛刀
1.判断正误。
(1)由于NO极易与 O2反应,并且其密度与空气相差不多,因此收集 NO
只能用排水法。( )
(2)由于 NO2极易与水反应且密度比空气大,因此收集 NO2只能用向上
排空气法。( )
(3)NO2与 H2O的反应中,NO2只作氧化剂。 ( )
(4)NO和 NO2都是有刺激性气味的有毒气体,它们都是大气污染物。
( )
√
√
√
×
二、NO和NO2 的性质
2.现有NO2、O2的混合气体 12 mL,通入足量水中,充分反应后剩余气体 2 mL (同温同压下),则原混合气体中氧气的体积可能是__________________。
2.4 mL或1.2 mL
二、NO和NO2 的性质
拓展延伸-氮氧化物溶于水的计算
1.NO2与 O2的混合气体溶于水时,由总反应4NO2+O2+2H2O 4HNO3可知:
2.NO与 O2的混合气体溶于水时,由总反应4NO+3O2+2H2O 4HNO3可知:
二、NO和NO2 的性质
3.4NO2+O2 和4NO+3O2 从组成上均相当于2N2O5 的组成,与 N2O5 + H2O 2HNO3等效。当 NO、NO2、O2的混合气体溶于水时可利用混合气体中氮、氧原子个数比进行分析判断。
二、NO和NO2 的性质
方法归纳
1.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,若有气体剩余只能是 NO 或 O2,不可能是 NO2。
2.对于连续发生的化学反应,可用化学方程式叠加的方法得到复合反应,解决问题更简便。
三、氮氧化物对环境的影响
氮氧化物存在于自然界中,对自然界中的生物会产生一定的影响。展示氮氧化物对环境的污染。
三、氮氧化物对环境的影响
氮氧化物对环境的污染：
1.NOx在紫外线作用下与碳氢化合物发生一系列光化学反应,产生光化学烟雾。
2.NOx排入大气后,与水反应生成的 HNO3和 HNO2随雨雪降到地面形成酸雨
3.破坏臭氧层:NO2可使平流层中的臭氧减少,导致地面紫外线辐射量增加。
4.NO与血红蛋白结合使人中毒。
三、氮氧化物对环境的影响
拓展延伸-信使分子
一氧化氮在人体的血管系统内具有传送信号的功能,因而有“信使分子”的誉称。一氧化氮原本是一个不起眼的化合物,直到1986年,三位科学家发现,人体动脉内膜细胞也在制造一氧化氮,它能扩张血管、降低血压、改善血流。这时一氧化氮才进入人们的视野。核酸是细胞内具有遗传功能的物质,NO属于细胞间的通讯物质,没有 NO,再多的细胞也无法协同工作,相互发挥作用,生命信息无法传递,只有两者有机结合起来才能共同承担人体新陈代谢的任务。
思路二
一、氮元素的“价-类图”
利用“价-类图”对含氮物质进行研究
二、进一步认识氮气
N2为无色无味的气体,难溶于水,密度比空气略小,空气中 N2 的体积分数约为78%。
从氮气的键能的角度推测氮气的化学性质：
键能是指1mol气态分子离解成气态原子所吸收的能量。几种气体的键能数据如下:
N2:946kJ/mol O2:493kJ/mol Cl2:247kJ/mol
氮气的化学性质很不活泼(稳定),但在获得了足够能量的情况下,氮气还是能发生反应的,因此氮气发生反应的条件往往是高温或放电。
二、进一步认识氮气
氮气的化学性质:
二、进一步认识氮气
阅读教材,了解氮的固定、自然界氮的循环
1.自然界氮的固定的三个主要途径:生物固氮、大气固氮和工业固氮。
2.氮在自然界的循环:
二、进一步认识氮气
阅读教材,了解合成氨的发展历程和重要性。
工业合成氨为农作物的生长提供了氮元素,为其他化工产品,如炸药、农药、染料等的生产提供了重要原料。
由于在合成氨领域做出的杰出贡献,德国化学家哈伯和博施分别获得了诺贝尔化学奖。近些年来,我国的科研水平有了很大的提高,在很多领域已处于世界领先水平。
三、认识氮的氧化物
演示实验:NO2与水的反应。
1.实验步骤: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。
2.实验讨论：如果要将注射器中的NO充分转化,可以采取什么措施 上述实验对工业上生产硝酸有什么启示？
三、认识氮的氧化物
1.实验现象：第一次振荡时，无明显现象；吸入空气后,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。
2.实验分析:NO 不溶于水,吸入空气后,NO 与 O2 反应生成 NO2,气体变为红棕色;振荡后,NO2 溶于水生成硝酸和 NO,气体又变为无色,同时气体的体积有所减小。
2NO + O2 2NO
3NO2 + H2O 2HNO3 + NO
三、认识氮的氧化物
3.实验讨论:要将注射器中的 NO 充分转化,可以继续通入过量的空气。上述实验对工业上生产硝酸的启示是:在用水吸收 NO2 制取硝酸的过程中,要不断补充空气,使 NO2 尽可能多地转化为硝酸。
三、认识氮的氧化物
总结 NO和 NO2 的性质
1.一氧化氮(NO)的性质
(1)物理性质:无色的有毒气体,难溶于水。
(2)化学性质：
①与 O2反应:2NO+O2 2NO2。
②与 O2、H2O反应:4NO+3O2+2H2O 4HNO3。
三、认识氮的氧化物
2.二氧化氮(NO2)的性质
(1)物理性质:红棕色、有刺激性气味的有毒气体,密度比空气的大,易液化,易溶于水。
(2)化学性质:
①难被氧化,易与水反应生成 HNO3和 NO:
3NO2+H2O 2HNO3+NO
②NO2的尾气用 NaOH 溶液吸收:
2NO2+2NaOH NaNO3+NaNO2+H2O
③常温下易转化为 N2O4:
2NO2 N2O4
④NO2具有较强的氧化性,可使湿润的淀粉-KI试纸变蓝。
四、含氮物质对环境的影响
你还知道哪些与含氮物质的转化有关的事实呢 含氮物质之间的转化对人类的生产和生活都有益吗
化学反应是把双刃剑,在研究和看待物质时要用辩证的观点看问题,在利用化学反应时,既要利用其有益的方面,也要控制其有害的方面,这样才能实现绿色可持续发展。
总结
课堂练习
1.氮、铁元素在细菌的作用下可发生如图所示的转化。下列说法正确的是( )
C
课堂练习
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,且二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
课堂练习
3.利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含 NO、NO2)反应,既能净化尾气,又能获得
应用广泛的Ca(NO2)2,其部分工艺流程如下:
(1)一定条件下,NO与 NO2可以生成一种新的氧化物,试写出该反应的化学方程
式:________________________。
NO+NO2 N2O3
一定条件
课堂练习
(2)上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底部进入,石灰
乳从吸收塔顶部喷淋),其目的是_______________________________;
滤渣可循环使用,滤渣的主要成分是___________ (填化学式)。
(3)该工艺需控制 NO 和 NO2的物质的量之比接近1∶1。
①若n(NO)∶n(NO2)>1∶1,则会导致_________________________。
②若n(NO)∶n(NO2)<1∶1,则会导致____________________________。
(4)生产中溶液需保持弱碱性,在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解,产物
之一是NO,其反应的离子方程式为_____________________________。
使尾气中的 NO、NO2被充分吸收
Ca(OH)2
排放气体中NO含量升高
产品Ca(NO2)2中Ca(NO3)2含量升高
3NO2- +2H+ NO3- +2NO↑+H2O
谢谢！

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