資源簡介

(共40張PPT)
第五章
化工生產中的重要非金屬元素
第二節 氮及其化合物
氮元素及其存在
原子結構：氮元素位于元素周期表的第 周期第 族，其原子結構示意圖為 ，氮原子最外層5個電子，既不容易 ，也不容易 ，一般通過 與其他原子相互結合構成物質，常見化合價為 。
自然界中的存在形態：
①游離態：以 的形式存在于空氣中。
②化合態：存在于動植物體內的 中，土壤、海洋里 的和 中。
答案：
2．氮氣的性質
（1）物理性質： 色、 味、 溶于水，密度與空氣 ，約占空氣體積的 。
（2）化學性質：氮分子內兩個氮原子間以 結合，斷開該化學鍵需要較多的能量
①通常情況下：氮氣的化學性質 ，難以與其他物質發生化學反應。
②放電、高溫條件下，能與鎂、氧氣、氫氣等物質發生化合反應，化學方程式分別為
、 、
（3）用途：a.保護氣b.液氮作深度冷凍劑c.合成氨等
答案：
1、化學性質
高溫或放電等條件下也能與氫氣、氧氣和活潑金屬反應
（1）氧化性
N2+3H2 2NH3
高溫、高壓
催化劑
N2+3Mg Mg3N2
點燃
（2）還原性
N2+O2 2NO
放電
N2 化合態氮
根瘤菌
一、氮氣
2、氮的固定：
將大氣中________的氮轉化為____________的過程。
游離態
含氮化合物
自然
人工
答案：
二、一氧化氮和二氧化氮
實驗操作 實驗現象 實驗結論
在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5mL水，用乳膠管和彈簧夾封住管口，振蕩注射器
打開彈簧夾，快速吸入10 mL空氣后夾上彈簧夾
振蕩注射器
實驗探究——NO2溶于水
無明顯現象
NO不溶于水
無色氣體變為紅棕色，注射器活塞向左移動
NO與O2 反應生成紅棕色的 NO2
紅棕色氣體變為無色，注射器活塞繼續向左移動
NO2 溶于水生成無色的NO
結論：在一定條件下，NO與NO2可以相互轉化。
反應的化學方程式為
①NO→NO2: _____________________;
②NO2→NO: __________________________(工業制取硝酸)。
思考與討論：如果要將注射器中的NO充分轉化，可以采取什么措施？寫出轉化過程的總反應化學方程式。上述實驗對工業生產硝酸有什么啟示？
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
相關反應原理 3NO2＋H2O = 2HNO3＋NO①　 2NO＋O2 = 2NO2②
由方程式①×2＋②得
4NO2＋O2＋2H2O = 4HNO3
由方程式①×2＋②×3得
4NO＋3O2＋2H2O = 4HNO3
氮的氧化物與氧氣、水反應的相關計算
2．氮的氧化物溶于水的三種類型
(1)NO2氣體：NO2氣體溶于水時僅涉及反應①：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO
剩余氣體為 ,體積為原NO2的 。
NO
1/3
例：試管中盛有12mLNO2，將試管置于水槽中，充分反應后，液體是否會充滿試管？
如未充滿，則剩余氣體為 ，體積為 ？
如果要使液體充滿試管，應如何操作？
NO
4mL
充入O2 3 mL
x＝V(NO2)/V(O2) 04
反應情況
O2過量，剩余氣體為O2
恰好完全反應，無氣體剩余
NO2過量，又發生反應①，剩余氣體為NO
(2)NO2和O2的混合氣體： 4NO2＋O2＋2H2O = 4HNO3
例：1.試管中盛有12mLNO2和4mLO2，將試管置于水槽中，充分反應后，液體是否會充滿試管？如未充滿，則剩余氣體為 ，體積為 ？
O2
1mL
2.試管中盛有12mLNO2和3mLO2，將試管置于水槽中，充分反應后，液體是否會充滿試管？
3.試管中盛有12mLNO2和1.5mLO2，將試管置于水槽中，充分反應后，液體是否會充滿試管？如未充滿，則剩余氣體為 ，體積為 ？
NO
2mL
(3)NO和O2的混合氣體： 4NO＋3O2＋2H2O = 4HNO3
x＝V(NO)/V(O2) 04/3
反應情況
O2過量，剩余氣體為O2
恰好完全反應，無氣體剩余
NO過量，剩余氣體為NO
例：1.試管中盛有12mLNO和10mLO2，將試管置于水槽中，充分反應后，液體是否會充滿試管？如未充滿，則剩余氣體為 ，體積為 ？
O2
1mL
2.試管中盛有12mLNO和9mLO2，將試管置于水槽中，充分反應后，液體是否會充滿試管？
3.試管中盛有12mLNO和3mLO2，將試管置于水槽中，充分反應后，液體是否會充滿試管？如未充滿，則剩余氣體為 ，體積為 ？
NO
8mL
NO、O2難溶于水，但NO2易溶于水且與水反應，所以氮氧化物溶于水的各種情況中，剩余氣體可為NO或O2，但不可能是NO2或NO與O2同時剩余。
1．下列關于氮氣性質的說法中，錯誤的是(　　)
A．氮在自然界中既以游離態存在又以化合態存在
B．Mg可以在N2中燃燒生成Mg3N2
C．可在氧氣中燃燒生成一氧化氮
D．大氣、陸地和水體中的氮元素在不停地進行著氮的循環
2．通常情況下，氮氣性質不活潑，其原因是(　　)
A．氮分子是雙原子分子 B．氮元素的非金屬性很強
C．氮原子的半徑較小 D．氮分子中的化學鍵很難破壞
C
D
3．下列反應不屬于氮的固定反應的是(　　)
A．N2＋3Mg Mg3N2 B．
C．2NO＋O2===2NO2 D．N2＋O2 2NO
4．下列氣體中，不能用排空氣法收集的是(　　)
A．H2 B．NO2 C．NO D．CO2
5．下列關于氮的氧化物的說法中，正確的是(　　)
A．氮的氧化物都是酸性氧化物
B．氮的氧化物都既有氧化性，又有還原性
C．NO2與H2O反應生成HNO3，所以NO2是酸性氧化物
D．NO和NO2均有毒
C
C
D
新課展示
硝 酸
1、物理性質
純凈的硝酸是無色、有刺激性氣味的液體，易揮發。
硝酸可以與水以任意比互溶,質量分數為95%以上的硝酸叫發煙硝酸。
2、化學性質
（1） 不穩定性，見光或受熱易分解
4HNO3 4NO2↑ + O2↑ + 2H2O
光照或加熱
貯存：
一般將濃硝酸保存在棕色試劑瓶中，并放置于陰涼處。
濃硝酸顯黃色是
因為硝酸分解的二氧化氮溶解在其中
（2）強氧化性，硝酸濃度不同，與金屬反應的產物也不同
【實驗5-8】如圖 5-14 所示，在橡膠塞側面挖一個凹槽，并嵌入下端卷成螺旋狀的銅絲。向兩支具支試管中分別加入 2mL 濃硝酸和稀硝酸，用橡膠塞塞住試管口，使銅絲與硝酸接觸，觀察并比較實驗現象。向上拉銅絲，終止反應。
實驗展示
稀硝酸 濃硝酸
實驗 現象 反應緩慢,有少量氣泡產生,__________,試管口有紅棕色氣體產生 反應劇烈,有__________產生,__________,液面上有______氣體產生
實驗 結論 銅與稀硝酸常溫下緩慢反應生成_____氣體 銅與濃硝酸常溫下劇烈反應生成_____氣體
溶液變藍
大量氣泡
溶液變綠
紅棕色
NO
NO2
Cu2+的藍色和NO2的紅棕色混合成綠色（光學原理）
也可能是Cu2+的濃度過大
① 常溫下，能與不活潑金屬 ( Cu ) 反應
濃硝酸的還原產物為 NO2，稀硝酸的還原產物為 NO 。
與 Cu 反應
Cu + 4HNO3(濃) Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
3Cu + 8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
吸收NO2，防止污染空氣
控制反應的發生和停止
HNO3既表現氧化性又表現酸性：
氧化性：HNO3→NO2、NO，酸性：HNO3→Cu(NO3)2，
銅與濃硝酸方程式
Cu＋4HNO3(濃)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 　
①用雙線橋表示電子轉移的方向和數目
1
失去
2e－
×
得到
e－
2
×
②改寫為離子方程式
Cu＋4H＋＋2NO3－＝Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O 　
銅與稀硝酸方程式
3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 　
①用雙線橋表示電子轉移的方向和數目
3
失去
2e－
×
得到
3e－
2
×
②改寫為離子方程式
3Cu＋8H＋＋2NO3－＝3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O 　
②硝酸與較活潑金屬( Fe、Al )
怎樣反應呢
a. 稀硝酸與較活潑金屬 ( Fe、Al ) 反應
Al + 4HNO3(稀) Al(NO3)3 + NO↑ + 2H2O
Fe + 4HNO3(稀) Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O
b. 常溫下，濃硝酸能使較活潑金屬 ( Fe、Al ) 鈍化
冷的濃硝酸或濃硫酸使金屬表面生成一層致密的氧化物薄膜，阻止內層金屬被進一步腐蝕。
c. 加熱下，濃硝酸與較活潑金屬 ( Fe、Al ) 直接反應
Al + 6HNO3(濃) Al(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O
Fe + 6HNO3(濃) Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O
③. 加熱下，濃硝酸與非金屬 ( C、S ) 反應
S + 6HNO3(濃) H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2O
C + 4HNO3(濃) CO2 ↑ + 4NO2↑ + 2H2O
只表現氧化性
④. 濃硝酸能與 H2S、SO2、Fe2+ 等還原性物質反應
3Fe2++4H++NO3-=3Fe3++NO↑+2H2O
Fe2+、H+ 和NO3-不能大量共存
[特別提醒]含NO3-的溶液中離子共存問題
在中性或堿性的稀溶液中NO3-不表現氧化性，
但當水溶液中有大量H＋存在時，NO3-表現出強氧化性，
如存在H＋、NO3-的溶液中不能大量存在 Fe2＋、S2－、I－、SO32-、Br－等
還原性離子。
在加入鐵粉能放出氫氣的溶液中能大量共存的離子組是
A. Na＋、Fe2＋、 Cl－、 NO3－
B. K＋、Na＋、SO42－、Cl－
C. CO32－、Cl－、I－、NH4＋
D. NH4＋、Ba2＋、K＋、OH－
訓練1
在下列反應中，HNO3表現出什么性質？
A．酸性 B．還原性 C．氧化性
（1）H2S + 2HNO3 === S↓+ 2NO2↑+ 2H2O（ ）
（2）CuO + 2HNO3 === Cu(NO3)2 + H2O（ ）
（3）4HNO3 === 4NO2↑+ O2↑+ 2H2O（ ）
（4）3Cu + 8HNO3(稀) === 3Cu(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O（ ）
C
A
BC
AC
訓練2
思考討論
硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、農藥、炸藥、染料等。工業上制硝酸的原理是將氨經過一系列反應得到硝酸，如下圖所示：
(1) 寫出每一步反應的化學方程式。
(2) 請分析上述反應中的物質類別和氮元素化合價的變化情況，以
及每一步反應中含氮物質發生的是氧化反應還是還原反應。
① N2 → NH3 ：______________________________
② NH3 → NO ：______________________________
③ NO → NO2 ：______________________________
④ NO2 → HNO3 ：______________________________
(1) 寫出每一步反應的化學方程式。
N2 + 3H2 2NH3
催化劑
2NO + O2 2NO2
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
催化劑
4NH3 + 5O2 4N2 + 6H2O
足量的Cu中加入少量的濃硝酸，可能會發生什么反應
1
一開始是銅與濃硝酸反應
Cu＋4HNO3(濃)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 　
2
隨著反應進行, 硝酸由濃變稀,則發生
3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 　
3
反應停止后, 加入什么物質可再反應？
鹽酸或硫酸
資料卡片
能使不溶于硝酸的金屬如 金、鉑 等溶解。
濃硝酸 和 濃鹽酸 按體積比為 1∶3
混合得到的混合物。
王 水
勞厄和弗蘭克，曾獲得1914年和1925年的物理學獎，德國納粹政府要沒收他們的諾貝爾獎牌，他們輾轉來到丹麥，請求丹麥同行、1922年物理學獎得主玻爾幫忙保存。1940年，納粹德國占領丹麥，受人之托的玻爾急得團團轉。同在實驗室工作的一位匈牙利化學家赫維西（1943年化學獎得主）幫他想了個好主意：將獎牌放入“王水” 中，純金獎牌便溶解了。玻爾于是將溶液瓶放在實驗室架子上，來搜查的納粹士兵果然沒有發現這一秘密。戰爭結束后，溶液瓶里的黃金被還原后送到斯德哥爾摩，按當年的模子重新鑄造，于1949年完璧歸趙。
王水溶解獎牌
酸雨：主要指 pH小于5.6 的雨水，主要含有硫酸和硝酸
SO2
SO3
H2SO4
硫酸型酸雨：
硝酸型酸雨：
NO2
HNO3
成因：主要是大氣中的 SO2 與 NOx 溶于雨水形成的
1. 酸雨的形成
燃燒含硫的燃料
工業排出的廢氣
汽車尾氣
……
NO
SO2
空氣
陽光、塵埃
NO2
SO3
HNO3
H2SO4
酸雨
(pH＜5.6)
H2SO3
途徑1：2NO＋O2= 2NO2 、 3NO2＋H2O＝2HNO3+NO。
途徑3：SO2＋H2O＝H2SO3、2H2SO3＋O2＝2H2SO4。
途徑2：空氣中飄塵的催化作用， 2SO2＋O2===== 2SO3 、 SO3＋H2O＝H2SO4。
催化劑
我們面臨著嚴峻的大氣污染，
SO2 和 NO2 是主要的污染物。
空氣中SO2、氮氧化物的來源 ？
(1) SO2 主要來自于化石燃料的燃燒、（ 如煤與石油 ）
含硫金屬的冶煉以及制造硫酸、磷肥等產生的廢氣。
(2) NO2 主要來自于汽車尾氣 。
2. 酸雨的危害
(1) 對人體直接造成危害，能浸入
人的肺部，引起肺水腫等疾病，
而使人致死；
(2) 引起河流、湖泊的水體酸化；
(3) 破壞土壤、植被、森林；
(4) 腐蝕建筑物，橋梁，工業設備和電纜等。
(1)調整能源結構，積極開發新能源
(2)對煤（其中含硫為0.3%-5%)進行處理，如選洗加工、綜合
開發、在煤中加入適量的生石灰、對排放的煙進行處理等
(3)種植能夠吸收SO2的有關樹木(如臭椿、垂柳、柳杉）等
(4)加強工廠廢氣的回收處理
(5)改進汽車尾氣的處理技術，控制尾氣排放
3. 酸雨的防治
硝酸 酸雨防治
一、硝酸的物理性質
二、硝酸化學性質
1、不穩定性
2、強氧化性
a、加熱下與 Cu 反應
b、常溫下使 Fe、Al 鈍化
c、加熱下與 Fe、Al 直接反應
d、加熱下與 C 反應
e、與還原性物質反應
課堂總結

展開更多......

收起↑