氮气与氮的固定NONO2课件-高一下学期化学人教版（2019）必修第二册.pptx

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1、第二节第二节 氮及其化合物氮及其化合物第五章第五章 化工生产中的重要非金属元素化工生产中的重要非金属元素氮与氮气的固定氮与氮气的固定一一第二周期，第第二周期，第VA族族氮原子的最外层有氮原子的最外层有5个电子，既个电子，既不易得不易得到到3个电子，也个电子，也不易失不易失去去5个电子。一个电子。一般通过般通过共用电子对共用电子对与其他原子结合。与其他原子结合。常见的化合价有：常见的化合价有：3、1、2、3、4、51.1.自然界中的氮元素自然界中的氮元素氮元素氮元素动植物蛋白质动植物蛋白质土壤海洋中硝酸土壤海洋中硝酸盐和铵盐盐和铵盐空气中的氮气空气中的氮气2.氮气氮气a.物理性质物理性质b.化学

2、性质：常温下化学性质：常温下不活泼不活泼颜色颜色状态状态气味气味密度密度溶解性溶解性熔沸点熔沸点_气体气体_与空气接近与空气接近_溶于水溶于水很低很低无色无色无味无味难难断键断键需要需要吸收很多吸收很多的能量的能量 N2+O2=2NO放电或高温放电或高温N2+3H22NH3高温、高压高温、高压催化剂催化剂N2+3Mg=Mg3N2点燃点燃3.3.氮氮的固定的固定（将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程）（将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程）高能固氮高能固氮 生物固氮生物固氮工业合成氨工业合成氨仿生固氮仿生固氮1909年，德国化学家哈伯经过反复的实验研究后发现，在500600、17.520

3、.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，为促进世界农业发展做出了重大贡献。人 工 固 氮合 成 氨科学史话人 工 固 氮合 成 氨科学史话弗里茨弗里茨哈珀哈珀1918年年博施博施1931年年埃特尔埃特尔2007年年发明了发明了N2和和H2直接直接合成氨合成氨的方法的方法改进了反应条件，实现

4、改进了反应条件，实现氨的规模化氨的规模化工业生产工业生产发现了合成氨发现了合成氨的的反应机理反应机理4.4.氮气的制备氮气的制备1)工业制氮气工业制氮气分离液态空气法：在低温条件下加压，使空气转变为液态，然后蒸馏，由于液态氮的沸点是-196，比液态氧的沸点(-183)低，因此氮气首先从液态空气中蒸发出来，剩下的主要是液态氧。2)实验室制氮气实验室制氮气NH4Cl+NaNO2=NaCl+N2+2H2O一氧化氮和二氧化氮一氧化氮和二氧化氮二二氮的氧化物：氮的氧化物：N2O+1NO2+4NO+2N2O3+3N2O4+4N2O5+5其 中 属 于 酸 性 氧 化 物 的 是 N2O3、。N2O5其中属

5、于不成盐氧化物的是 。NO NO2颜色颜色状态状态气味气味毒性毒性水溶性水溶性NO色色味味溶溶NO2色色气味气味溶溶无红棕有刺激性有毒不易无 气体1.物理性质物理性质NOx是造成光化学烟雾的主要因素。是造成光化学烟雾的主要因素。实验实验现现象象无无明明显显现现象象无色气体无色气体变为红变为红棕色棕色红红棕棕色色气气体体变变浅浅至至消消失失，有有无无色色气气体体生生成成，注注射射器活塞向内滑器活塞向内滑动动化学化学方程式方程式思考思考与与讨论讨论如果要将注射器中的如果要将注射器中的NO充分充分转转化，如何操作？化，如何操作？上述实验对工业生产硝酸有什么启示？上述实验对工业生产硝酸有什么启示？2N

6、O+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO2.化学性质化学性质【实验【实验5-55-5】一支盛满一支盛满NO2的试管倒立于盛有足量水的水槽中，现象是什么？的试管倒立于盛有足量水的水槽中，现象是什么？设计实验，要求尽可能多地使设计实验，要求尽可能多地使NO2被水吸收。被水吸收。NO2和和O2混合气体溶于水的反应混合气体溶于水的反应2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO总反应：总反应：4NO2+O2+2H2O=4HNO34：14NO+3O2+2H2O=4HNO34NO2O22H2O4HNO3过量过量气体气体剩余剩余气体气体=4:14:14:1无无无无V(NO2)V(O2

7、)O2O2NO2NO4NO3O22H2O4HNO3过量过量气体气体剩余剩余气体气体=4:34:34:3无无无无V(NO)V(O2)O2O2NONO1.40mLNO和和O2的混合气体充满试管并倒立于水槽中，最后剩的混合气体充满试管并倒立于水槽中，最后剩余余5mL气体，试求原混合气体中气体，试求原混合气体中NO和和O2的体积各是多少？的体积各是多少？NO20mL，O220mL或或NO25mL，O215mL题型一：题型一：NO2或或NO和和O2混合气体溶于水混合气体溶于水3.将将盛有盛有40mLNO2气体的量筒倒立于水中，同时通入气体的量筒倒立于水中，同时通入O2，最后试，最后试管内剩余气体管内剩余

8、气体10mL，求通入的，求通入的O2体积体积2.把把30mLNO2和和O2的混合气体充满试管倒立于水槽中，最后剩余的混合气体充满试管倒立于水槽中，最后剩余5mL气体，试求原混合气体中气体，试求原混合气体中NO2和和O2的体积各是多少？的体积各是多少？NO220mL，O210mL或或NO227mL，O23mL20mL或或2.5mL分情况讨论分情况讨论题型二：气体溶于水气体体积的变化题型二：气体溶于水气体体积的变化1.将一试管等体积的将一试管等体积的HCl和和N2混合气体倒置于水槽中，最后水面混合气体倒置于水槽中，最后水面上升的体积占试管总体积的上升的体积占试管总体积的2.收集一试管收集一试管NO

9、2倒置于水槽中，最后水面上升的体积占试管总倒置于水槽中，最后水面上升的体积占试管总体积的体积的2/33.将一试管等体积的将一试管等体积的NO2和和N2混合气体倒置于水槽中，最后水面混合气体倒置于水槽中，最后水面上升的体积占试管总体积的上升的体积占试管总体积的1/31/2气体体积减少多少，水面就会上升多少气体体积减少多少，水面就会上升多少4.将一试管等体积的将一试管等体积的NO2和和O2混合气体倒置于水槽中，最后水面混合气体倒置于水槽中，最后水面上升的体积占试管总体积的上升的体积占试管总体积的5/85.将一试管等体积的将一试管等体积的NO和和O2混合气体倒置于水槽中，最后水面混合气体倒置于水槽中

10、，最后水面上升的体积占试管总体积的上升的体积占试管总体积的7/8题型三：气体溶于水浓度计算题型三：气体溶于水浓度计算1.标况下标况下,收集一试管收集一试管HCl倒置于水槽倒置于水槽,假设试管内溶液不向水槽假设试管内溶液不向水槽扩散扩散,求所得溶液浓度（求所得溶液浓度（）1/22.4 mol/L2.标况下标况下,收集一试管收集一试管NO2倒置于水槽倒置于水槽,假设试管内溶液不向水槽假设试管内溶液不向水槽扩散扩散,求所得溶液浓度求所得溶液浓度:()1/22.4 mol/L3.标况下标况下,收集一试管收集一试管NO2和和O2倒置于水槽倒置于水槽,最后无气体剩余最后无气体剩余,假假设试管内溶液不向水槽

11、扩散设试管内溶液不向水槽扩散,求所得溶液浓度求所得溶液浓度:()1/28 mol/L4.标况下标况下,收集一试管收集一试管NO和和O2倒置于水槽倒置于水槽,最后无气体剩余最后无气体剩余,假设假设试管内溶液不向水槽扩散试管内溶液不向水槽扩散,求所得溶液浓度求所得溶液浓度:()1/39.2 mol/L题型四：题型四：NO2、NO和和O2三种气体混合后溶于水三种气体混合后溶于水1.恰好被水完全吸收三种气体的体积比恰好被水完全吸收三种气体的体积比2.标况下恰好被水完全吸收所得溶液的浓度范围标况下恰好被水完全吸收所得溶液的浓度范围3.三种气体混合后与水反应后若有气体剩余则考虑两种情况：三种气体混合后与水

12、反应后若有气体剩余则考虑两种情况：剩余剩余NO或或O2NOamolNO2bmolO2cmol3a+b=4c1/39.2mol1/28mol剩余剩余O218mLNO2NO6mL剩余剩余NO7.5mLNO216.5mLNO【练习】将盛有【练习】将盛有24mLNO、NO2的混合气体通入倒立于的混合气体通入倒立于水槽中盛满水的量筒内，然后再向其中通入水槽中盛满水的量筒内，然后再向其中通入12mLO2，充分反应后，量筒中剩余气体充分反应后，量筒中剩余气体3mL，求在相同情况下，求在相同情况下，原混合气体中原混合气体中NO和和NO2的体积各是多少毫升？的体积各是多少毫升？题型五：题型五：NOx与与O2溶于

13、水电子守恒法溶于水电子守恒法电子守恒法：当电子守恒法：当NOx转化为硝酸时要失去电子，转化为硝酸时要失去电子，O2得到得到电子，则得失电子数相等电子，则得失电子数相等aNOxbO2a(5-2x)=4b小本小本P107【练习】设空气中【练习】设空气中O2体积分数为体积分数为0.25，N2的体积分数为的体积分数为0.75，有水存在的条件下，氮的氧化物和一定量空气混合恰好完，有水存在的条件下，氮的氧化物和一定量空气混合恰好完全反应，反应后气体体积减小一半，该氮的氧化物为（全反应，反应后气体体积减小一半，该氮的氧化物为（）n(NO):n(NO2)=1:1两种方法2NOO2=2NO23NO2H2O=2H

14、NO3NO硝酸与土壤中矿物质作用形成硝酸与土壤中矿物质作用形成硝酸与土壤中矿物质作用形成硝酸与土壤中矿物质作用形成可溶性硝酸盐可溶性硝酸盐，成为，成为，成为，成为氮肥氮肥被植物吸收被植物吸收被植物吸收被植物吸收 【学以致用】【学以致用】有句谚语叫做有句谚语叫做“雷雨发庄稼雷雨发庄稼”，其中，其中的科学道理？的科学道理？【拓展【拓展1 1】氮氧化物对环境的污染及防治氮氧化物对环境的污染及防治(1)常见的污染类型常见的污染类型光光化化学学烟烟雾雾：NOx在在紫紫外外线线作作用用下下，与与碳碳氢氢化化合合物物发发生生一一系系列列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾。光化学反应，产生了一种有毒的烟雾。酸酸

15、雨雨：NOx排排入入大大气气中中后后，与与水水反反应应生生成成HNO3和和HNO2，随随雨雨雪降到地面。雪降到地面。破破坏坏臭臭氧氧层层：NO2可可使使平平流流层层中中的的臭臭氧氧减减少少，导导致致地地面面紫紫外外线线辐射量增加。辐射量增加。NO与血红蛋白结合使人中毒，结合能力比与血红蛋白结合使人中毒，结合能力比CO强强。(2)常见的常见的NOx尾气处理方法尾气处理方法碱液吸收法碱液吸收法工工业业尾尾气气中中NOx常常用用碱碱液液吸吸收收处处理理，NO2、NO的的混混合合气气体体能能被被足足量烧碱溶液完全吸收的条件量烧碱溶液完全吸收的条件是是n(NO2)n(NO)。NO2+2NaOH=NaNO

16、2+NaNO3+H2ONO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O催化转化法催化转化法在在催催化化剂剂、加加热热条条件件下下，氨氨可可将将氮氮氧氧化化物物转转化化为为无无毒毒气气体体(N2)，或或NOx与与CO在在一一定定温温度度下下催催化化转转化化为为无无毒毒气气体体(N2和和CO2)。一一般般适用于汽车尾气的处理。适用于汽车尾气的处理。【拓展【拓展2】二氧化氮和溴蒸气的鉴别二氧化氮和溴蒸气的鉴别NO2和溴蒸气在性质上的相似之处：和溴蒸气在性质上的相似之处：A均有氧化性均有氧化性B溶于水后溶液呈酸性溶于水后溶液呈酸性C能与碱溶液反应能与碱溶液反应D.红棕色红棕色鉴别两者不能用淀粉鉴别两者不

17、能用淀粉KI试纸、碱溶液等。试纸、碱溶液等。NO2和溴蒸气在性质上的差异之处：和溴蒸气在性质上的差异之处：A.通入水中，通入水中，NO2溶于水发生反应后溶液无色溶于水发生反应后溶液无色而溴蒸气溶于水溶液呈橙色而溴蒸气溶于水溶液呈橙色B.通入通入AgNO3溶液，有淡黄色沉淀生成的为溴蒸气溶液，有淡黄色沉淀生成的为溴蒸气C.通入通入CCl4有机溶剂中，有机溶剂中，溶于溶于CCl4而且而且CCl4溶液呈橙红色的为溶液呈橙红色的为Br2(g)D.将盛有溴蒸气和将盛有溴蒸气和NO2气体试管放入冷水中冷却，气体颜色变浅的为气体试管放入冷水中冷却，气体颜色变浅的为NO2【思考】【思考】怎样鉴别怎样鉴别NO2和溴蒸汽？和溴蒸汽？A.水水B.AgNO3溶液溶液C.CCl4等有机溶剂中等有机溶剂中