資源簡介

(共28張PPT)
第二節 氮及其化合物　
第1課時 氮和氮的氧化物
人教版必修第二冊
榆次一中 李金虎
學習目標
1． 結合真實情境中的應用實例或通過實驗探究，了解氮及其重要化合物的主要性質，認識其在生產中的應用和對生態環境的影響。
2．結合實例認識氮及其氧化物的性質，了解通過化學反應可以探索物質性質、實現物質轉化。
3．認識物質及其轉化在促進社會文明進步、自然資源綜合利用和環境保護中的重要價值。
學習目標
1．通過從結構分析氮和氮氧化物的性質，培養學生“宏觀辨識與微觀探析”的學科素養。
2．通過對氮的氧化物的污染與防治的學習，培養學生“科學態度與社會責任”的學科素養。
素養目標
情境引入
據說在新疆與青海兩省區交界處有一狹長山谷，每當人畜進入后，經常電閃雷鳴，狂風暴雨把人畜擊斃。然而谷內卻是牧草茂盛，四季常青，被當地牧民稱為“魔鬼谷”。為什么魔鬼谷牧草旺盛
有句諺語“雷雨發莊稼”，你明白其中的化學道理嗎
教學過程
一、氮氣與氮的固定
1．氮元素的位置、結構與存在
(1)氮元素位于元素周期表的第二周期、第ⅤA族。氮原子的最外電子層有5個電子，既不容易得到3個電子，也不容易失去5個電子。因此，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。
(2)氮元素在自然界中主要以氮分子的形式存在于空氣中，部分氮元素存在于動植物體內的蛋白質中，還有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸鹽和銨鹽中。
教學過程
一、氮氣與氮的固定
2．氮的固定
[注意]　氮的固定是化學變化，實質是游離態的N2轉化為化合態的化合物。
教學過程
(1)自然固氮：大自然通過閃電釋放的能量將空氣中的氮氣轉化為含氮的化合物，或者通過豆科植物的根瘤菌將氮氣轉化成氨。
(2)人工固氮：人類通過控制條件，將氮氣氧化或還原為氮的化合物，最重要的人工固氮途徑就是工業合成氨。
2．氮的固定
教學過程
2．N2的性質及應用
物理性質
化學性質
無色無味的氣體，密度比空氣略小，難溶于水，熔點、沸點比O2的低。
[注意]　氮元素是一種活潑非金屬，但N2穩定的原因是N2分子中氮氮三鍵很穩定，不易斷裂，難發生化學反應。
典例1．
下列關于氮氣的說法中錯誤的是(　　)
A．通常情況下N2性質很穩定，所以N2可以在電焊時作保護氣
B．N2+O2 2NO，該反應是汽車尾氣造成污染的主要因素之一
C．N2在空氣中約占的質量比為
D．在反應3Mg+N2 Mg3N2中，N2作氧化劑
【答案】C
【解析】N2很穩定，常用作保護氣；但在高溫下N2與O2產生的NO易被氧化為NO2，故汽車尾氣會造成環境污染；N2在空氣中的體積含量約為4/5；N2與金屬、H2反應時作氧化劑。
課堂練習
教學過程
二、氮的氧化物
氧化物的化學式 N2O NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5
氮元素的價態
(1)N2O俗稱笑氣。
(2)N2O3、N2O5是HNO2、HNO3相應的酸性氧化物(或酸酐)。
(3)NO2與N2O4可相互轉化：2NO2 N2O4
1．氮有多種價態的氧化物
+1
+2
+3
+4
+5
教學過程
NO NO2
顏色 無色 紅棕色
毒性 有毒 有毒
溶解性 難溶于水 易溶于水
與O2或與H2O反應 2NO＋O2===2NO2 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
收集方法 排水法 向上排空氣法
與人體、環境 的關系 ①與血紅蛋白結合，使人中毒；②轉化成NO2，形成酸雨、光化學煙霧 形成酸雨、光化學煙霧
2．一氧化氮和二氧化氮
典例2．
關于NO的敘述正確的是(　　)
①NO可以是某些含低價氮的物質氧化的產物?、贜O是亞硝酸的酸酐?、跱O可以是某些含高價氮的物質還原的產物?、躈O是無色氣體，在空氣中可變為紅棕色
A．全部 B．①③④ C．②③④ D．①④
【答案】B
【解析】NO中氮元素的化合價處于中間價態，它可以是還原產物，如HNO3→NO，也可以是氧化產物，如NH3→NO；HNO2的酸酐是N2O3；NO是無色氣體，可被空氣中的氧氣氧化為紅棕色的NO2。
課堂練習
實驗探究
二氧化氮溶于水的實驗
實驗探究
實驗步驟 實驗現象 實驗結論
把充滿NO2的試管倒立水中，再通入O2
3．二氧化氮溶于水的實驗分析
試管內氣體顏色慢慢變為無色，水面不斷上升，最后靜止在距試管底部約1/3處
NO2不能全部被水吸收，有無色氣體NO生成
水面不斷上升，最后試管內無色氣體約為原NO2體積的1/3，通入適量O2后液面繼續上升，最后試管全部充滿液體
NO2溶于水生成的NO全部與O2反應被水吸收
水面不斷上升，最后試管全部充滿液體
NO2可被NaOH溶液全部吸收
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
教學過程
4．氮的氧化物溶于水的計算方法
教學過程
典例3．
在一定條件下，將NO2和O2的混合氣體12 mL通入足量水中，充分反應后剩余2 mL氣體(同溫同壓下)，則原混合氣體中氧氣的體積為(　　)
①1.2 mL　 ②2.4 mL　 ③3 mL　 ④4 mL
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
【答案】D
【解析】混合氣體通入水中，涉及的反應有①4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，②3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。剩余氣體為NO或O2。若剩余的氣體是O2，則V(NO2)＝(4/5)×(12－2)mL＝8 mL，V(O2)＝12 mL－8 mL＝4 mL。若剩余的氣體是NO(2 mL) 6 mL NO2，則V(O2)＝(1/5)×(12－6)mL＝1.2 mL。
課堂練習
課堂練習
如圖所示，相同條件下，兩個容積相同的試管分別裝滿NO2和NO氣體，分別倒置于水槽中，然后通過導管緩慢通入氧氣，邊通邊慢慢搖動試管，直到兩個試管內充滿液體。假設試管內的溶質不向水槽中擴散，則兩個試管內溶液物質的量濃度之比為(　 )
A．1∶1 B．5∶7 C．7∶5 D．4∶3
典例4．
【答案】A
【解析】NO2、NO裝滿試管，則體積相同，根據阿伏加德羅定律：n(NO2)＝n(NO)，根據氮原子守恒所得硝酸的物質的量相同，溶液的體積相同，所以兩個試管中溶液物質的量濃度之比為1∶1。
　
教學過程
三、氮氧化物對環境的污染及防治
1．常見的污染類型
(1)光化學煙霧：NOx 在紫外線作用下，與碳氫化合物發生一系列光化學反應，產生的一種有毒的煙霧。
(2)酸雨：NOx 排入大氣中后，與水反應生成HNO3和HNO2，隨雨雪降到地面。
(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。
教學過程
(1)調整能源結構，發展清潔能源。
(2)研究煤的脫硫技術，改進燃燒技術，減少SO2和氮的氧化物的排放。
(3)加強工廠廢氣的回收處理。
(4)改進汽車尾氣的處理技術，控制汽車尾氣排放標準。
2．防治措施
教學過程
3．常見的NOx尾氣處理方法
(1)堿液吸收法
工業尾氣中NOx常用堿液吸收處理，NO2、NO的混合氣體能被足量燒堿溶液完全吸收的條件是n(NO2)≥n(NO)。
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
(2)氨氣吸收法
8NH3＋6NO2 7N2＋12H2O 4NH3＋6NO 5N2＋6H2O
(3)催化轉化法
在催化劑、加熱條件下，氨可將氮氧化物轉化為無毒氣體(N2)；NOx與CO在一定溫度下催化轉化為無毒氣體(N2和CO2)(一般適用于汽車尾氣的處理)。
2CO＋2NO 2CO2＋N2
典例5．
隨著我國汽車年銷量的大幅增加，空氣環境受到了很大的污染。汽車 尾氣裝置里，氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的過程如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．反應中NO為氧化劑，N2為氧化產物
B．汽車尾氣的主要污染成分包括CO、NO和N2
C．NO和O2必須在催化劑表面才能反應
D．催化轉化總化學方程式為2NO＋O2＋4CO 4CO2＋N2
課堂練習
【答案】D
【解析】反應過程中NO、O2為氧化劑，N2為還原產物；汽車尾氣中的N2不是污染物；NO和O2的反應不需要催化劑；根據題中的圖示，可將反應的過程分成如下兩步寫：2NO＋O2===2NO2,2NO2＋4CO ===N2＋4CO2，將兩步反應式合并可得總化學方程式為2NO＋O2＋4CO 4CO2＋N2。
典例6．
氮的氧化物和硫的氧化物是導致酸雨的物質。
(1)形成酸雨的原理之一可簡單表示如下：
回答下列問題：
①酸雨的pH________(填“＞”、“＜”或“=”)5.6。
②D物質的化學式為____________。
③反應②的化學方程式為_________________________________________。
(2)在一定條件下氨氣亦可用來將氮氧化物轉化為無污染的物質。寫出氨氣和二氧化氮在一定條件下反應的化學方程式：_____________________________________，反應中氧化劑是_______，還原劑是_______。
課堂練習
教學過程
(3)用氫氧化鈉溶液可以吸收廢氣中的氮氧化物，反應的化學方程式如下：
NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O，
2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O
現有V L某NaOH溶液能完全吸收n mol NO2和m mol NO組成的大氣污染物。
①所用燒堿溶液的物質的量濃度至少為________ mol·L 1。
②若所得溶液中c(NO3-)∶c(NO2-)=1∶9，則原混合氣體中NO2和NO的物質的量之比n∶m=______。
③用含n和m的代數式表示所得溶液中濃度的比值c(NO3-)∶c(NO2-)=________。
教學過程
教學過程
【解析】(1)酸雨的pH＜5.6，正常雨水的pH=5.6。由圖示轉化可知：A為SO2，B為SO3，D為H2SO3。
(2)NH3 和NO2反應生成的無污染物質是N2和H2O。
(3)①因產物NaNO3、NaNO2中n(Na+)=n(N)，故n(NaOH)=n(NO)+n(NO2)=(m+n) mol，c(NaOH)= mol·L 1。②NO2與NO混合氣體與NaOH溶液反應可以認為先后發生如下反應：
教堂小結
氮及其氧化物轉化的“價類二維圖”
課后小任務
根據下圖簡單描述氮在自然界的循環過程，并思考和討論以下問題：
（1）氮在自然界中主要以哪些形式存在？ （2）人體蛋白質中的氮是從哪里來的？
（3）自然界中的有哪些固定氮的途徑？ （4）人類的哪些活動參與了氮的循環？
感 謝 傾 聽　

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