【化学课件】氮及其化合物 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册.pptx

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1、 1940 年至年至 1960 年间年间，在美国洛杉矶在美国洛杉矶，发生了严重的，发生了严重的有毒烟雾污染大气的事件有毒烟雾污染大气的事件-光化学烟雾光化学烟雾。那么那么光化学烟光化学烟雾雾到底是什么，这一节课我们就来学习和光化学烟雾污染到底是什么，这一节课我们就来学习和光化学烟雾污染有关的一种物质有关的一种物质元素元素-N。人教版必修第二册人教版必修第二册第二节第二节 氮及其化合物氮及其化合物第一课时第一课时 氮气与氮的固定氮气与氮的固定一氧化氮和二氧化氮一氧化氮和二氧化氮1.1.自然界中的氮元素的存在自然界中的氮元素的存在氮元素氮元素土壤海洋中硝酸盐和铵盐土壤海洋中硝酸盐和铵盐空气中的氮气

2、空气中的氮气动植物蛋白质动植物蛋白质一.氮气与氮的固定 1.1.自然界中的氮元素的存在自然界中的氮元素的存在游离态：主要以 的形式存在于空气中,约占空气的78%（体积分数）。化合态：部分存在于动植物体内的 中；部分存在于土壤、海洋里的 和 中。氮分子氮分子蛋白质硝酸盐铵盐2.2.氮气的性质氮气的性质熔点：熔点：-210沸点：沸点：-196密度：密度：1.25g/L颜色颜色气味气味状态状态密度密度溶解性溶解性无色无味气体密度比空气稍小难溶于水液液 氮氮（1 1）物理性质）物理性质收集氮气时用收集氮气时用排水法排水法不用排空气法不用排空气法第二周期、第第二周期、第V A族族2.2.氮气的性质氮气的

3、性质 画画出出氮氮原原子子的的结结构构示示意意图图，分分析析氮氮的的原原子子结结构构，推断含氮物质可能的化学特性。推断含氮物质可能的化学特性。思考与交流：思考与交流：氮原子的最外电子层有氮原子的最外电子层有5 5个电子，个电子，既既不容易得到不容易得到3 3个电子，也不容易失去个电子，也不容易失去5 5个电子个电子。氮元素位于元素周期表的第二周期、第氮元素位于元素周期表的第二周期、第VAVA族。族。因此，氮原子一般通过因此，氮原子一般通过共用电子对共用电子对与其他原子相互结合构成物质。与其他原子相互结合构成物质。主要化合价：主要化合价：-3-3，0 0，+2+2，+4+4，+5+5氮气结构特点

4、：氮气结构特点：由于氮分子内两个氮原子间以共价三键结合，由于氮分子内两个氮原子间以共价三键结合，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，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化学反应，通常情况下难以与其他物质发生化学反应，无法被大多数生物体直接吸收。无法被大多数生物体直接吸收。N N N N2.2.氮气的性质氮气的性质（2 2）化学性质）化学性质电子式电子式结构式结构式2.2.氮气的性质氮气的性质但在高温、放电等条件下，氮分子获得了足够的能量，使 NN 断裂，也可以和一些物质发生化学反应。金属镁：_，氮气表现 性；氧化氧化氢气：_，氮气

5、表现 性；氧气：_，氮气表现 性。氧化氧化还原还原（2 2）化学性质）化学性质镁条在空气中燃烧，固体产物有几种？三种。Mg3N2、MgO、C（镁条可以在 CO2 中燃烧）氮气保护技术通常应用于珍贵文物的保存和保护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。国内外不乏先例。美国的美国的独立宣言独立宣言就密封在氮气环境中就密封在氮气环境中;中国博物馆和中南海毛主席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故居纪念馆也是应用氮气保护法;北京房山云居寺北京房山云居寺“9999石经回藏石经回藏”也是也是氮气保护的成功典范。氮气保护的成功典范。为什么氮气可以作为保护气为什么氮气可

6、以作为保护气?氮气性质稳定氮气性质稳定,常温下不与物质发生反应常温下不与物质发生反应,故可作保护气。故可作保护气。科学史话思考交流思考交流3.3.氮气的用途氮气的用途 化合物制造：化合物制造：化肥、氨、硝酸等化合物的制造；化肥、氨、硝酸等化合物的制造；惰性保护：惰性保护：惰性保护介质，速冻食品；惰性保护介质，速冻食品；制冷剂：制冷剂：低温粉碎等的制冷剂、冷却剂；低温粉碎等的制冷剂、冷却剂；4 4、氮的固定、氮的固定1.1.含义含义-将大气中将大气中游离态的氮游离态的氮转化为转化为氮的化合物氮的化合物的过程。的过程。2 2分类：分类：（1 1）自然固氮：自然固氮：大自然通过闪电释放的能量将空气中

7、的氮气转化为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，或豆科植物根瘤菌将氮气转化为氨。含氮的化合物，或豆科植物根瘤菌将氮气转化为氨。（2 2）人工固氮：人工固氮：如工业合成氨。如工业合成氨。自然固氮和人工固氮都是自然固氮和人工固氮都是化学变化化学变化氮的固定实验：N2+O2=2NO放电想一想：想一想：氮氮是是自自然然界界各各种种生生物物体体生生命命活活动动不不可可缺缺少少的的重重要要元元素素，自然界是怎样通过自然界是怎样通过氮的循环氮的循环为生物体提供氮元素的呢？为生物体提供氮元素的呢？自然界中氮的循环自然界中氮的循环工业合成氨为农作物为农工业合成氨为农作物为农作物的生长提供了

8、必须的作物的生长提供了必须的氮元素，为其他化工产品氮元素，为其他化工产品（如炸药、农药、染料等）（如炸药、农药、染料等）的生产提供了重要原料。的生产提供了重要原料。(1)自然界：自然界：豆科植物根部的豆科植物根部的根瘤菌根瘤菌，把，把氮气氮气转变为转变为硝酸盐硝酸盐等等含氮的化合物含氮的化合物。在在放放电电条条件件下下，空空气气中中N2与与氧氧气气化化合合为为氮氮的的氧氧化化物物，并并随随降降雨雨进进入入水水体体和和土壤中。土壤中。微微生生物物分分解解动动植植物物中中的的蛋蛋白白质质生生成成小小分分子子的的含含氮氮化化合合物物，回回到到水水体体和和土土壤壤中。中。(2)人类活动：人类活动：将空

9、气中将空气中N2合成合成氨氨，再进一步转化为其他，再进一步转化为其他含氮化合物含氮化合物，进入水体和土壤中。，进入水体和土壤中。化化石石燃燃料料燃燃烧烧、森森林林和和农农作作物物的的枝枝叶叶燃燃烧烧所所产产生生的的氮氮氧氧化化物物通通过过大大气气进进入入陆地和海洋。陆地和海洋。5.5.自然界中氮的循环自然界中氮的循环1.自自然然界界中中的的氮氮循循环环涉涉及及氮氮气气及及氮氮的的许许多多化化合合物物，请请指指出出它它们们的的物物质质类类别别和其中和其中氮元素的化合价氮元素的化合价？提示：2.人体里的蛋白质中的氮元素是从哪儿来的？人体里的蛋白质中的氮元素是从哪儿来的？提示人体里蛋白质中的氮是从外

10、界摄入的，特别是肉类、蛋类物质等。若溯本求源，则来自大气中的N2。3.氮循环中含氮物质有多种形式的转化氮循环中含氮物质有多种形式的转化，对生产生活有益，或负面作用。提示有益：人工固氮如合成氨，为农作物的生长提供必需的氮元素，为其他化工产品的生产提供重要原料。有害：工业废气、汽车尾气中的氮氧化物会造成大气污染等；工厂废液、生活废水中氮元素对水体造成污染。二.一氧化氮与二氧化氮1 1、一氧化氮和二氧化氮的性质、一氧化氮和二氧化氮的性质氧化物氧化物颜色颜色气味气味毒性毒性状态状态水溶性水溶性收集方法收集方法NONO2无色无色红棕色红棕色无味无味刺激性气味刺激性气味有毒有毒有毒有毒气体气体气体气体不溶

11、不溶易溶易溶（1 1）物理性质）物理性质排水法排水法向上排空气法向上排空气法【实验【实验5-5】如图如图5-10所示，在一支所示，在一支50mL的注射器里充入的注射器里充入20mLNO,然后吸入然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，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，快速吸入振荡注射器，观察现象，打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后空气后夹上弹簧夹，观察现象，振荡注射器，再观察现象。夹上弹簧夹，观察现象，振荡注射器，再观察现象。实验操作实验现象实验结论在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器打开弹簧夹

12、，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹振荡注射器【实验实验5-55-5】注射器内无明显变化注射器内无明显变化NO难溶于水难溶于水注射器内气体变注射器内气体变为红棕色为红棕色注射器活塞向左移动注射器活塞向左移动NO和和O2反应反应生成生成红棕色红棕色NO2气体的红棕色消失，气体的红棕色消失，注射器活塞继续向左移动注射器活塞继续向左移动NO2 溶于水生成溶于水生成无色的无色的NO二氧化氮溶于水的实验视频：二氧化氮溶于水的实验视频：1.1.实验实验5-5中发生了哪些化学反应？中发生了哪些化学反应？2.2.如果要将注射器中的如果要将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？充分转化，可以采取什么措施？3

13、.3.上述实验对工业上生产硝酸有什么启示？上述实验对工业上生产硝酸有什么启示？思考与讨论：思考与讨论：2NO+O2 =2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO继续通入过量的空气继续通入过量的空气在用水吸收在用水吸收NO2制取硝酸的反应过程中，制取硝酸的反应过程中，要不断地补充一些空气，使要不断地补充一些空气，使NO2尽可能多地转化为硝酸尽可能多地转化为硝酸1 1、一氧化氮和二氧化氮的性质、一氧化氮和二氧化氮的性质（2 2）化学性质）化学性质易被易被O2氧化为氧化为NO2 、NO6NO+4NH3 5N2+6H2O催化剂催化剂 =加热加热2NO+O2=2NO2与与NH3反应：反应：氧化性氧化性2

14、NO+2CO N2+2CO2氧化性氧化性与与CO反应：反应：难被氧化，易与水反应生成难被氧化，易与水反应生成HNO3和和NO 3NO2+H2O=2HNO3+NONO2单独与单独与NaOH溶液反应溶液反应、NO22NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O（2 2）化学性质）化学性质1 1、一氧化氮和二氧化氮的性质、一氧化氮和二氧化氮的性质NO与与NO2一起与一起与NaOH溶液反应溶液反应NO单独不与单独不与NaOH溶液反应溶液反应NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2ONO NO2均为不成盐氧化物均为不成盐氧化物 NO2具有较强的氧化性，可使湿润的具有较强的氧化性，可使湿润的KI

15、淀粉试纸变蓝淀粉试纸变蓝2NO2 N2O4NO2+SO2=SO3+NO常温下易转化为常温下易转化为 N2O4 还可将还可将SO2氧化氧化：红棕色红棕色无色无色【提示】【提示】由于由于NO2和和Br2在性质上有不少相似性：在性质上有不少相似性：思考思考：NO2和溴蒸气都是和溴蒸气都是红棕色红棕色、有刺激性气味的气体，怎样加以区别？、有刺激性气味的气体，怎样加以区别？但二者性质又有差别。但二者性质又有差别。可以用下列方法鉴别：可以用下列方法鉴别：AgNO3溶液；溶液；CCl4；用水洗法。用水洗法。均具有氧化性；均具有氧化性；溶于水均有酸生成；溶于水均有酸生成；均可与碱反应；均可与碱反应；均为红棕色

16、等。均为红棕色等。所以不能用淀粉所以不能用淀粉KI试纸、试纸、pH试纸、试纸、NaOH溶液来鉴别，溶液来鉴别，加溴产生淡黄色沉淀，加加溴产生淡黄色沉淀，加NO2不变色不变色CCl4层有色的是溴层有色的是溴溴溶于水即为溴水，橙黄色。溴溶于水即为溴水，橙黄色。NO2溶于水红棕色褪去溶于水红棕色褪去你知道“雷雨发庄稼”背后的原理吗？2 2、氮的氧化物溶于水的计算、氮的氧化物溶于水的计算无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2H2O=2HNO3NO，故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。2NOO2=2NO2，2 2、氮的氧化物溶于水的计算

17、、氮的氧化物溶于水的计算（1）有关化学反应方程式有关化学反应方程式3NO2H2O=2HNO3NO2NOO2=2NO2所以所以2+得得4NO2O22H2O4HNO3 3+2得得4NO3O22H2O=4HNO3也就是按此比例的气体可以和水完全反应生成硝酸。也就是按此比例的气体可以和水完全反应生成硝酸。若 NO2 通入水中，关系式为 3NO2H2O=2HNO3 NO。剩余气体为剩余气体为NO2 2、氮的氧化物溶于水的计算、氮的氧化物溶于水的计算剩余剩余V(NO)=若 NO 和 NO2 通入水中，总关系式为3NO2H2O=2HNO3 NO。剩余气体为剩余气体为NO剩余剩余V(NO)=2 2、氮的氧化物

18、溶于水的计算、氮的氧化物溶于水的计算若 NO 和 O2 通入水中，总关系式为 4NO3O22H2O=4HNO3。2 2、氮的氧化物溶于水的计算、氮的氧化物溶于水的计算当体积比当体积比V(NO)V(O2)4 3NO过量，剩余气体为NO剩余剩余V(NO)=若 NO2 和 O2 通入水中，总关系式为 4NO2O22H2O=4HNO3。2 2、氮的氧化物溶于水的计算、氮的氧化物溶于水的计算 4 1NO2过量，剩余气体为NO（过量NO2与H2O反应生成NO）剩余剩余V(NO)=3NO2H2O=2HNO3 NO剩余剩余V(O2)=值得注意的是：值得注意的是：当NO2或NO转化为HNO3时要失去电子,若上述

19、两种气体与O2混合通入水中时,O2得电子,且得失电子数必须相等,这是电子守恒法解答此类题目的依据。2 2、氮的氧化物溶于水的计算、氮的氧化物溶于水的计算知识精讲汽车、工厂等污染源排入大气的氮氧化物与碳氢化合物（一次污染物），经紫外线照射发生光化学反应生成以臭氧为主的二次污染物，参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物，称为光化学烟雾。光化学烟雾危害人体健康和植物生长。资料卡片光化学烟雾(1)光化学烟雾：光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾。一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾。3 3、氮氧化物对环境

20、的污染、氮氧化物对环境的污染(2)酸雨：酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成排入大气中后，与水反应生成HNO3和和HNO2，随雨雪降到地面。随雨雪降到地面。(3)(3)破坏臭氧层：破坏臭氧层：NO2可使平流层中的可使平流层中的臭氧臭氧减少，减少，导致地面紫外线辐射量增加。导致地面紫外线辐射量增加。3 3、氮氧化物对环境的污染、氮氧化物对环境的污染(4)(4)NO与血红蛋白结合使人中毒，与血红蛋白结合使人中毒，与与CO相同相同。NO与血红蛋白的结合能力大于与血红蛋白的结合能力大于CONONO2物理性质物理性质毒性毒性与水与水与与O2与与O2、H2O2NO+O2=2NO24NO+3O2+2H2O

21、=4HNO34NO2+O2+2H2O=4HNO3无色，无味无色，无味 有毒（机理同有毒（机理同CO）有毒有毒红棕色红棕色，刺激性气味，刺激性气味4 4、一氧化氮和二氧化氮的性质比较、一氧化氮和二氧化氮的性质比较 3NO2+H2O=2HNO3+NO【效果自测】1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。(1)N2在高温条件下与O2发生反应生成NO2。()(2)氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键()(3)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气()(4)白磷(P4)空气中自燃而氮气稳定存在，说明非金属性P比N强()(5)NO2与H2O反应时,NO

22、2是氧化剂,H2O是还原剂。()(6)闪电时氮气与氧气化合生成NO,属于自然固氮。()(7)将氨转化为固态铵盐的过程属于人工固氮。()(8)氮气化学性质很稳定,所以镁着火时,可用氮气灭火。()(9)高温、高压、催化剂条件下,1molN2与3molH2混合可生成2molNH3。()1.NO吸收治疗法可快速改善吸收治疗法可快速改善SARS重症患者的缺氧状况，重症患者的缺氧状况，缓解病情，病毒学研究同时证实，缓解病情，病毒学研究同时证实，NO对对SARS病毒有直病毒有直接抑制作用。下列关于接抑制作用。下列关于NO的叙述正确的是的叙述正确的是()ANO是一种红棕色气体是一种红棕色气体B常温常压下，常温

23、常压下，NO不能与空气中的氧气直接化合不能与空气中的氧气直接化合C含等质量的氧元素的含等质量的氧元素的NO和和CO的质量相等的质量相等DNO难溶于水，可以用排水法收集难溶于水，可以用排水法收集D课后练习课后练习解析：解析：NO是一种无色难溶于水的气体，可以用排水法是一种无色难溶于水的气体，可以用排水法收集；常温常压下，收集；常温常压下，NO易与氧气直接化合生成易与氧气直接化合生成NO2。答案：答案：D2汽车尾气主要含有汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质，这种等物质，这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。汽车尾气中尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。汽车尾气中的的CO、

24、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。反应的化学方程式互反应生成参与大气循环的无毒气体。反应的化学方程式可表示为可表示为_。2xCO2NOx 2xCO2N2催化剂催化剂=加热加热课后练习课后练习3.汽油中氮元素及其微量，为什么汽车排放的尾气中因含有氮汽油中氮元素及其微量，为什么汽车排放的尾气中因含有氮 的氧化物，而污染大气，造成产生氮的氧化物的主要原因是（的氧化物，而污染大气，造成产生氮的氧化物的主要原因是（）A燃烧含氮化合物燃料引起的燃烧含氮化合物燃料引起的 B燃烧含铅汽油引起的燃烧含铅汽油引起的C是由于燃烧不

25、充分引起的是由于燃烧不充分引起的 D是在气缸中是在气缸中N2被氧化生成的被氧化生成的D 课后练习课后练习解析：汽车排放的尾气中因含有氮的氧化物而污染大解析：汽车排放的尾气中因含有氮的氧化物而污染大 气气.产生氮的氧化物的主要原因是在汽缸中产生氮的氧化物的主要原因是在汽缸中N2被氧化生成的。被氧化生成的。4.一定温度和压强下，将装有一定温度和压强下，将装有N2和和NO2混合气体的试管混合气体的试管 倒立在水中，经足够时间后，试管内气体体积缩小为倒立在水中，经足够时间后，试管内气体体积缩小为 原体积的原体积的3/5，则混合气体中，则混合气体中N2和和NO2的体积比为的体积比为()A2 3 B3 2

26、 C3 5 D5 3课后练习课后练习A解析：解析：3NO2+H2O=2HNO3+NO，所以设，所以设N2为为a体积，体积，NO2为为b体积，则总体积为体积，则总体积为a+b。反应后为。反应后为a+（1/3）b，因为试管内，因为试管内气体的体积缩小为原体积的气体的体积缩小为原体积的3/5所以所以 a+（1/3）b/（a+b）=3/5，a：b=2：3将盛将盛N2和和NO2混合气体的试管倒立于混合气体的试管倒立于水水中中,经过长时间后经过长时间后,试管内试管内气体体积气体体积缩小为原来一半缩小为原来一半,则则原原混合气体中混合气体中N2和和NO2的的体积比体积比是是()。A.1 1B.1 2 C.1 3D.3 1解析:只有只有NO2与与H2O反应反应,剩余气体为生成的剩余气体为生成的NO与不反应的与不反应的N2。设原混合气体的体积为设原混合气体的体积为V,NO2的体积为的体积为x,根据差量法求解。根据差量法求解。3NO2+H2O2HNO3+NOV减3 1 2xC【典型例题典型例题】下课 记得复习和做作业