資源簡介

(共46張PPT)
第5章 化工生產中的重要非金屬元素
第二節 氮及其化合物
第1課時 氮氣和氮氧化物
導入一
“死亡谷”———青藏高原上的那棱格勒峽谷,經常出現剛才還風和日麗的晴天頃刻之間便電閃雷鳴、狂風大作的天氣,但奇怪的是,這里的牧草茂盛、水草肥美,這是為什么呢
導入二
在國民經濟和日常生活中,氮氣有廣泛的用途。我們可以將它充灌在電燈泡里,防止鎢絲的氧化,延長燈泡的使用壽命。還可用它來代替惰性氣體作焊接金屬時的保護氣,容易腐敗的食物也可以充入氮氣作為保護氣。那么氮氣為什么可以作保護氣呢
導入三
通過上節課的學習,我們認識了自然界中硫元素的多樣性及其化合物之間的相互轉化,而氮元素也是地球上含量豐富的一種元素,且與我們的生態息息相關。這節課我們就來學習氮元素的有關知識。
思路一
一、氮氣與氮的固定
展示氮元素的“位-構-性”:
氮原子一般通過共用電子對與其他原子相互結合構成物質。
一、氮氣與氮的固定
氮元素在自然界中的存在形式:
游離態:主要以氮分子的形式存在于空氣中。
化合態:存在于動植物體內的蛋白質中,土壤、海洋里的硝酸鹽和銨鹽中。
氮氣的物理性質：
顏色 氣味 狀態 密度 溶解性
無色
無味
氣體
比空氣略小
難溶于水
一、氮氣與氮的固定
根據氮原子的核外電子排布和氮氣分子的結構,推測氮氣的化學性質。
氮分子內兩個氮原子間以共價三鍵(N≡N)結合,斷開該化學鍵需要較多的能量,所以氮氣的化學性質很穩定,通常情況下難以與其他物質發生反應。
一、氮氣與氮的固定
氮氣的化學性質:在高溫、放電等條件下,氮分子獲得了足夠的能量,使 N≡N斷裂,氮氣可以與鎂、氫氣、氧氣等發生化合反應。
1.與金屬鎂反應:
2.與非金屬反應:
一、氮氣與氮的固定
小試牛刀
寫出鎂條在空氣中燃燒的化學方程式。
一、氮氣與氮的固定
閱讀教材,了解氮的固定。
一、氮氣與氮的固定
閱讀教材“科學史話”欄目,了解“合成氨”的重要性。
合成氨是人類科學技術發展史上的一項重大成就,在很大程度上解決了地球上因糧食不足而導致的饑餓問題,是化學和技術對社會發展與進步的巨大貢獻。
一、氮氣與氮的固定
小試牛刀
1.判斷正誤
(1)N2和 O2在高溫條件下反應會生成 NO。 ( )
(2)N2中 N元素價態為0價,處于中間價態,因此既有氧化性,又有還原性。 ( )
(3)氮氣常用作焊接金屬、填充燈泡、保存食品的保護氣。 ( )
(4)氮的固定中氮元素一定被氧化。 ( )
(5)工業上將 NH3轉化為其他銨態化肥屬于人工固氮。( )
×
×
√
√
√
一、氮氣與氮的固定
2..自然界中時刻存在著氮的轉化。實現氮按照一定方向的轉化一直是科學領域研究的重要課題,如圖為 N2分子在催化劑的作用下發生的一系列轉化示意圖:
下列敘述正確的是 ( )
D
二、NO和NO2 的性質
氮元素是多價態元素,不同價態的氮元素可形成的氧化物的化學式應如何書寫呢
1.氮的氧化物
氮的氧化物 N2O(笑氣) NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5
氮元素的化合價
+1
+2
+3
+4
+4
+5
物質 顏色 狀態 氣味 水溶性
NO
NO2
2.歸納 NO和 NO2的物理性質
無色
氣態
無味
不溶
紅棕色
氣態
有刺激性氣味
易溶
二、NO和NO2 的性質
探究 NO、NO2 的化學性質。
1.實驗內容:
裝置
操作 (1)在一支50mL的注射器里充入20mLNO,然后吸入5mL水,
用乳膠管和彈簧夾封住管口,振蕩注射器,觀察現象;
(2)打開彈簧夾,快速吸入10mL空氣后夾上彈簧夾,觀察現象;
(3)振蕩注射器,再觀察現象
現象
(1)無明顯變化;
(2)無色氣體變為紅棕色;
(3)氣體又變為無色,同時注射器的活塞向內移動
二、NO和NO2 的性質
2.實驗結論及解釋:
(1)NO不溶于水,也不與水反應。
(3)NO2能與水反應生成無色的 NO:
3NO2+H2O 2HNO3+NO
(2)NO與 O2反應生成紅棕色的 NO2:
2NO+O2 2NO2。
二、NO和NO2 的性質
如果要將注射器中的 NO 充分轉化為硝酸,可以采取什么措施 上述實驗對工業上生產硝酸有什么啟示
采取的措施是繼續通入過量的空氣。上述實驗對工業上生產硝酸的啟示是:在用水吸收 NO2制取硝酸的過程中,要不斷地補充空氣,使 NO2盡可能多地轉化為硝酸
二、NO和NO2 的性質
NO2能溶于水并發生反應,為了使 NO2盡可能地被水吸收,設計了如下實驗步驟,以探究 NO2被水吸收的程度。
步驟①:將盛滿 NO2氣體的試管倒置于盛水的水槽中,如圖甲所示。觀察現象。
步驟②:將 O2緩慢通入步驟①的試管中,如圖乙所示。觀察現象。
二、NO和NO2 的性質
將充滿NO2的試管倒置于水槽中,試管中的紅棕色逐漸褪去,水槽里的水倒吸入試管中,最終試管里剩余氣體占 1/3;若同時向倒置試管中通入 O2,則水槽中的液體最終充滿整個試管。
二、NO和NO2 的性質
小試牛刀
1.判斷正誤。
(1)由于NO極易與 O2反應,并且其密度與空氣相差不多,因此收集 NO
只能用排水法。( )
(2)由于 NO2極易與水反應且密度比空氣大,因此收集 NO2只能用向上
排空氣法。( )
(3)NO2與 H2O的反應中,NO2只作氧化劑。 ( )
(4)NO和 NO2都是有刺激性氣味的有毒氣體,它們都是大氣污染物。
( )
√
√
√
×
二、NO和NO2 的性質
2.現有NO2、O2的混合氣體 12 mL,通入足量水中,充分反應后剩余氣體 2 mL (同溫同壓下),則原混合氣體中氧氣的體積可能是__________________。
2.4 mL或1.2 mL
二、NO和NO2 的性質
拓展延伸-氮氧化物溶于水的計算
1.NO2與 O2的混合氣體溶于水時,由總反應4NO2+O2+2H2O 4HNO3可知:
2.NO與 O2的混合氣體溶于水時,由總反應4NO+3O2+2H2O 4HNO3可知:
二、NO和NO2 的性質
3.4NO2+O2 和4NO+3O2 從組成上均相當于2N2O5 的組成,與 N2O5 + H2O 2HNO3等效。當 NO、NO2、O2的混合氣體溶于水時可利用混合氣體中氮、氧原子個數比進行分析判斷。
二、NO和NO2 的性質
方法歸納
1.無論是單一氣體 (NO2),還是 NO、NO2、O2中的兩者或三者的混合氣體溶于水,若有氣體剩余只能是 NO 或 O2,不可能是 NO2。
2.對于連續發生的化學反應,可用化學方程式疊加的方法得到復合反應,解決問題更簡便。
三、氮氧化物對環境的影響
氮氧化物存在于自然界中,對自然界中的生物會產生一定的影響。展示氮氧化物對環境的污染。
三、氮氧化物對環境的影響
氮氧化物對環境的污染：
1.NOx在紫外線作用下與碳氫化合物發生一系列光化學反應,產生光化學煙霧。
2.NOx排入大氣后,與水反應生成的 HNO3和 HNO2隨雨雪降到地面形成酸雨
3.破壞臭氧層:NO2可使平流層中的臭氧減少,導致地面紫外線輻射量增加。
4.NO與血紅蛋白結合使人中毒。
三、氮氧化物對環境的影響
拓展延伸-信使分子
一氧化氮在人體的血管系統內具有傳送信號的功能,因而有“信使分子”的譽稱。一氧化氮原本是一個不起眼的化合物,直到1986年,三位科學家發現,人體動脈內膜細胞也在制造一氧化氮,它能擴張血管、降低血壓、改善血流。這時一氧化氮才進入人們的視野。核酸是細胞內具有遺傳功能的物質,NO屬于細胞間的通訊物質,沒有 NO,再多的細胞也無法協同工作,相互發揮作用,生命信息無法傳遞,只有兩者有機結合起來才能共同承擔人體新陳代謝的任務。
思路二
一、氮元素的“價-類圖”
利用“價-類圖”對含氮物質進行研究
二、進一步認識氮氣
N2為無色無味的氣體,難溶于水,密度比空氣略小,空氣中 N2 的體積分數約為78%。
從氮氣的鍵能的角度推測氮氣的化學性質：
鍵能是指1mol氣態分子離解成氣態原子所吸收的能量。幾種氣體的鍵能數據如下:
N2:946kJ/mol O2:493kJ/mol Cl2:247kJ/mol
氮氣的化學性質很不活潑(穩定),但在獲得了足夠能量的情況下,氮氣還是能發生反應的,因此氮氣發生反應的條件往往是高溫或放電。
二、進一步認識氮氣
氮氣的化學性質:
二、進一步認識氮氣
閱讀教材,了解氮的固定、自然界氮的循環
1.自然界氮的固定的三個主要途徑:生物固氮、大氣固氮和工業固氮。
2.氮在自然界的循環:
二、進一步認識氮氣
閱讀教材,了解合成氨的發展歷程和重要性。
工業合成氨為農作物的生長提供了氮元素,為其他化工產品,如炸藥、農藥、染料等的生產提供了重要原料。
由于在合成氨領域做出的杰出貢獻,德國化學家哈伯和博施分別獲得了諾貝爾化學獎。近些年來,我國的科研水平有了很大的提高,在很多領域已處于世界領先水平。
三、認識氮的氧化物
演示實驗:NO2與水的反應。
1.實驗步驟:在一支 50 mL 的注射器里充入 20 mL NO,然后吸入 5 mL 水,用乳膠管和彈簧夾封住管口,振蕩注射器,觀察現象。打開彈簧夾,快速吸入 10 mL 空氣后夾上彈簧夾,觀察現象。振蕩注射器,再觀察現象。
2.實驗討論：如果要將注射器中的NO充分轉化,可以采取什么措施 上述實驗對工業上生產硝酸有什么啟示？
三、認識氮的氧化物
1.實驗現象：第一次振蕩時，無明顯現象；吸入空氣后,氣體變為紅棕色;再振蕩后氣體又變為無色，同時注射器的活塞向內移動。
2.實驗分析:NO 不溶于水,吸入空氣后,NO 與 O2 反應生成 NO2,氣體變為紅棕色;振蕩后,NO2 溶于水生成硝酸和 NO,氣體又變為無色,同時氣體的體積有所減小。
2NO + O2 2NO
3NO2 + H2O 2HNO3 + NO
三、認識氮的氧化物
3.實驗討論:要將注射器中的 NO 充分轉化,可以繼續通入過量的空氣。上述實驗對工業上生產硝酸的啟示是:在用水吸收 NO2 制取硝酸的過程中,要不斷補充空氣,使 NO2 盡可能多地轉化為硝酸。
三、認識氮的氧化物
總結 NO和 NO2 的性質
1.一氧化氮(NO)的性質
(1)物理性質:無色的有毒氣體,難溶于水。
(2)化學性質：
①與 O2反應:2NO+O2 2NO2。
②與 O2、H2O反應:4NO+3O2+2H2O 4HNO3。
三、認識氮的氧化物
2.二氧化氮(NO2)的性質
(1)物理性質:紅棕色、有刺激性氣味的有毒氣體,密度比空氣的大,易液化,易溶于水。
(2)化學性質:
①難被氧化,易與水反應生成 HNO3和 NO:
3NO2+H2O 2HNO3+NO
②NO2的尾氣用 NaOH 溶液吸收:
2NO2+2NaOH NaNO3+NaNO2+H2O
③常溫下易轉化為 N2O4:
2NO2 N2O4
④NO2具有較強的氧化性,可使濕潤的淀粉-KI試紙變藍。
四、含氮物質對環境的影響
你還知道哪些與含氮物質的轉化有關的事實呢 含氮物質之間的轉化對人類的生產和生活都有益嗎
化學反應是把雙刃劍,在研究和看待物質時要用辯證的觀點看問題,在利用化學反應時,既要利用其有益的方面,也要控制其有害的方面,這樣才能實現綠色可持續發展。
總結
課堂練習
1.氮、鐵元素在細菌的作用下可發生如圖所示的轉化。下列說法正確的是( )
C
課堂練習
2.下列對 NO、NO2的描述不正確的是 ( )
A.NO2是紅棕色氣體,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在一定條件下可相互轉化,且二者都是引起光化學煙
霧的大氣污染物
D.NO、NO2都有毒，且NO是汽車尾氣的有害成分之一
B
課堂練習
3.利用石灰乳和硝酸工業的尾氣(含 NO、NO2)反應,既能凈化尾氣,又能獲得
應用廣泛的Ca(NO2)2,其部分工藝流程如下:
(1)一定條件下,NO與 NO2可以生成一種新的氧化物,試寫出該反應的化學方程
式:________________________。
NO+NO2 N2O3
一定條件
課堂練習
(2)上述工藝中采用氣液逆流接觸吸收(尾氣從吸收塔底部進入,石灰
乳從吸收塔頂部噴淋),其目的是_______________________________;
濾渣可循環使用,濾渣的主要成分是___________ (填化學式)。
(3)該工藝需控制 NO 和 NO2的物質的量之比接近1∶1。
①若n(NO)∶n(NO2)>1∶1,則會導致_________________________。
②若n(NO)∶n(NO2)<1∶1,則會導致____________________________。
(4)生產中溶液需保持弱堿性,在酸性溶液中Ca(NO2)2會發生分解,產物
之一是NO,其反應的離子方程式為_____________________________。
使尾氣中的 NO、NO2被充分吸收
Ca(OH)2
排放氣體中NO含量升高
產品Ca(NO2)2中Ca(NO3)2含量升高
3NO2- +2H+ NO3- +2NO↑+H2O
謝謝！

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