資源簡(jiǎn)介

(共44張PPT)
人教版高一化學(xué)必修2第五章5.2.1
第五章　化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素
第二節(jié)　氮及其化合物
第1課時(shí) 氮?dú)馀c氮的固定 一氧化氮和二氧化氮
核心素養(yǎng)目標(biāo)
1.宏觀辨識(shí)與微觀探析：通過氮的循環(huán)，了解氮?dú)狻⒁谎趸⒍趸闹饕再|(zhì)，認(rèn)識(shí)它們?cè)谏a(chǎn)中的應(yīng)用。
2.變化觀念與平衡思想：具有理論聯(lián)系實(shí)踐的觀念，能主動(dòng)關(guān)心與環(huán)境的關(guān)系問題合理利用自然資源的觀念，通過觀察實(shí)驗(yàn)，提高獲取知識(shí)、分析知識(shí)、評(píng)價(jià)知識(shí)的能力。
3.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：從問題和假設(shè)出發(fā)，設(shè)計(jì)探究方案，探究一氧化氮和二氧化氮的性質(zhì)，在探究中互利合作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神。
4.科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)： 通過乙醇、水分別與鈉反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究，認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物分子中共價(jià)鍵的類型、極性及其與有機(jī)反應(yīng)的關(guān)系，
5.科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任 ：激發(fā)學(xué)生透過觀察探究本質(zhì)的興趣，尊重科學(xué)以發(fā)展的眼光看待科學(xué)；通過參與探究過程，培養(yǎng)自身嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和辯證分析能力。但是，我們要通過切實(shí)可行的辦法，杜絕污染，還社會(huì)一片藍(lán)天凈土。
教學(xué)目標(biāo)
教學(xué)重點(diǎn)：1．復(fù)習(xí)初中所學(xué)氮?dú)獾幕瘜W(xué)穩(wěn)定性，結(jié)合氮?dú)夥肿又械牡? 三鍵，鞏固對(duì)氮?dú)夥€(wěn)定性的理解
2．比較法學(xué)習(xí)一氧化氮和二氧化氮的性質(zhì)
3．通過氮氧化物溶于水的原理，認(rèn)識(shí)、理解并能計(jì)算氮氧化物與氧氣混合通入水中最終所得溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度
教學(xué)難點(diǎn)：通過氮氧化物溶于水的原理，認(rèn)識(shí)、理解并能計(jì)算氮氧化物與氧氣混合通入水中最終所得溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度
“死亡谷”之謎
青藏高原上的那棱格勒峽谷，每當(dāng)牧民和牲畜進(jìn)入后，風(fēng)和日麗的晴天頃刻電閃雷鳴，狂風(fēng)大作，人畜常遭雷擊而倒斃。奇怪的是這里牧草茂盛，水草肥美，被當(dāng)?shù)啬撩穹Q為“死亡谷”。
考察隊(duì)測(cè)定后發(fā)現(xiàn)，這里的磁場(chǎng)強(qiáng)度非常高。這里的地層，除了分布著大面積的三疊紀(jì)火山噴發(fā)的強(qiáng)磁性玄武巖外，還有大大小小30多個(gè)磁鐵礦脈及石英閃長(zhǎng)巖體。正是這些巖體和磁鐵礦產(chǎn)生了強(qiáng)大的地磁異常帶。夏季，它使因昆侖山的阻擋而沿山谷東西分布的雷、雨、云中的電荷常常在此匯集，形成超強(qiáng)磁場(chǎng)。一旦遇到異物，便會(huì)發(fā)生尖端放電即產(chǎn)生雷擊現(xiàn)象，使人和畜瞬間死亡。巨大的磁力還導(dǎo)致了指南針失靈，儀器不準(zhǔn)。
你知道為什么雷電如此頻繁的死亡谷卻牧草茂盛，水草肥美嗎？
情境導(dǎo)入
復(fù)習(xí)舊知
1．空氣的組成及其體積分?jǐn)?shù)：N2占78%，O2占21%，稀有氣體占0.94%，CO2占0.03%，其他占0.03%。2．舉例說明氮?dú)獾囊环N用途：化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定——作糧食保存、焊接金屬的保護(hù)氣。
任務(wù)探究一
N2分子結(jié)構(gòu)
N2穩(wěn)定性
氮的固定
一定條件
Mg3N2
NO
+O2
NO2
H2O
HNO3
自然固氮
人工固氮
NH3
氮及其氧化物
　氮及氮的固定
氮 是自然界中各種生物生命活動(dòng)不可缺少的重要元素
任務(wù)探究一
N元素存在形式
在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空氣中，
少部分存在于生物的蛋白質(zhì)中、
以及土壤、海洋中的硝酸鹽和銨鹽。
任務(wù)探究一
原子結(jié)構(gòu)
N 位于元素周期表第二周期、VA族
+7
2
5
既不容易得到 3 個(gè)電子，也不容易失去 5 個(gè)電子。
常見的化合價(jià)有 -3、 0、 +2、 +3、 +4、 +5
任務(wù)探究一
任務(wù)探究一(2)氮?dú)獾奈锢硇再|(zhì)顏色狀態(tài)氣味密度溶解性_____氣體_____密度與空氣接近___溶于水無色無味難　氮及氮的固定
化學(xué)性質(zhì)
電子式
結(jié)構(gòu)式
N2
化學(xué)式
N

N



N
N
氮分子的結(jié)構(gòu)
食品包裝袋中抽空充入氮?dú)猓乐故澄镒冑|(zhì)。
N2 的化學(xué)性質(zhì)非常不活潑，可用作保護(hù)氣體
任務(wù)探究二
氮及氮的固定
化學(xué)性質(zhì)
氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，通常很難與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
N N
1、還原性
2、氧化性
a、在點(diǎn)燃條件下與 Mg 反應(yīng)： b、N2 與 H2 反應(yīng)生成 NH3 ：
N2 + O2 2NO
高溫或放電
N2 + 3H2 2NH3
催化劑
N2 + 3Mg Mg3N2
點(diǎn)燃
任務(wù)探究二
　氮及氮的固定
氮的固定
(1) 含義:
將大氣中 ____________ 轉(zhuǎn)化為 ____________ 的過程
叫做 氮的固定。
游離態(tài)的氮
氮的化合物
(2) 分類:
任務(wù)探究二
任務(wù)探究二【情境·思考】氮?dú)獗Ｗo(hù)技術(shù)通常應(yīng)用于珍貴文物的保存和保護(hù),國(guó)內(nèi)外不乏先例。美國(guó)的《獨(dú)立宣言》就密封在氮?dú)猸h(huán)境中;中國(guó)博物館和中南海毛主席故居紀(jì)念館也是應(yīng)用氮?dú)獗Ｗo(hù)法;北京房山云居寺“99石經(jīng)回藏”也是氮?dú)獗Ｗo(hù)的成功典范。為什么氮?dú)饪梢宰鳛楸Ｗo(hù)氣 提示:氮?dú)庑再|(zhì)穩(wěn)定,常溫下不與物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),故可作保護(hù)氣。某山谷經(jīng)常電閃雷鳴、雷雨交加,但樹木、灌木、草等植被非常茂密,但很少有人敢進(jìn)入這個(gè)山谷。你能解釋該山谷植被茂密的原因嗎
【情境·思考】
任務(wù)探究二
提示:雷雨天時(shí)在閃電的作用下,空氣中氮?dú)馀c氧氣反應(yīng)生成NO,然后發(fā)生NO→NO2→HNO3,HNO3隨雨水進(jìn)入土壤,為植被提供了豐富的氮肥。
任務(wù)探究二1.汽車尾氣中含有CO、NO等多種污染物，已成為城市空氣的主要污染源。汽油和柴油中基本不含氮元素，那么汽車尾氣中的NO是如何產(chǎn)生的？寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。(忽略空氣中二氧化碳)提示　汽車尾氣中的NO是由空氣中的氮?dú)夂脱鯕庠趦?nèi)燃機(jī)中高溫條件下反應(yīng)而生成，N2＋O22NO。2.金屬鎂在空氣(忽略空氣中二氧化碳)中燃燒可生成哪些產(chǎn)物？寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。　氮及氮的固定
氮的固定——自然固氮
大自然通過閃電釋放的能量將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為含氮的化合物，或者通過豆科植物的根瘤菌將氮?dú)廪D(zhuǎn)化成氨，從而實(shí)現(xiàn)自然固氮。
有句諺語“雷雨發(fā)莊稼”，
你明白其中的化學(xué)道理嗎
任務(wù)探究三
任務(wù)探究三
任務(wù)探究三
化學(xué)性質(zhì)——人工固氮
1909年，德國(guó)化學(xué)家哈伯經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)，在500~600℃、17.5~20.0 MPa和鋨為催化劑的條件下可產(chǎn)生氨。
德國(guó)工程師博施也推動(dòng)了合成氨工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)和相關(guān)技術(shù)發(fā)展，哈伯和博施都獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
任務(wù)探究三3.自然界中氮的循環(huán)氮在自然界中的循環(huán)如圖所示。
(1)過程①稱為________，寫出合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式：____
____________________，該反應(yīng)中氮?dú)怙@____性(填“氧化”或“還原”，下同)
人工固氮
N2＋
氧化
(2)過程②中能通過______________的作用將空氣中的氮?dú)夤潭ㄏ聛恚瑢懗觫壑泄痰磻?yīng)的化學(xué)方程式：_________________，該反應(yīng)中氮?dú)怙@____性。
豆科植物根瘤菌
還原
任務(wù)探究三
氮在自然界中的循環(huán)如圖所示。
(1)過程①稱為________，寫出合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式：____
____________________，該反應(yīng)中氮?dú)怙@____性(填“氧化”或“還原”，下同)
人工固氮
N2＋
氧化
(2)過程②中能通過______________的作用將空氣中的氮?dú)夤潭ㄏ聛恚瑢懗觫壑泄痰磻?yīng)的化學(xué)方程式：_________________，該反應(yīng)中氮?dú)怙@____性。
豆科植物根瘤菌
還原
任務(wù)探究三
任務(wù)探究三結(jié)論：(1)氮的固定必須為將游離態(tài)的N2轉(zhuǎn)化為化合態(tài)含氮物質(zhì)的過程，為氧化還原反應(yīng)。(2)氮?dú)庑再|(zhì)的“一惰性、兩反應(yīng)”。氮?dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，通常狀況下，很難與其他物質(zhì)反應(yīng)，但是在一定條件下，也能與氫氣、氧氣等反應(yīng)。(3)氮元素是多價(jià)態(tài)元素，氮?dú)庵械爻?價(jià)，處于中間價(jià)態(tài)，故氮?dú)饧扔醒趸?與H2反應(yīng))，又有還原性(與O2反應(yīng))。 氮的氧化物
一氧化氮
一、物理性質(zhì)
無色、無味、有毒、難溶于水的氣體。
二、化學(xué)性質(zhì)
常溫下，極容易與氧氣反應(yīng)。
2NO + O2 2NO2
紅棕色
任務(wù)探究四
氮的氧化物
二氧化氮
1、物理性質(zhì)：
紅棕色、有剌激性氣味的有毒氣體，密度比空氣大，易液化，易溶于水。
實(shí)驗(yàn)室如何收集 NO2
向上排空氣法
任務(wù)探究五
任務(wù)探究四
2.化學(xué)性質(zhì)
(1)實(shí)驗(yàn)探究:
實(shí)驗(yàn) 裝置
任務(wù)探究四
實(shí)驗(yàn) 操作 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 打開彈簧夾,快速吸
入10 mL空氣后夾上
彈簧夾,觀察現(xiàn)象,然
后再振蕩注射器
現(xiàn)象 ___________ _________________,
振蕩后___________
_____
無明顯現(xiàn)象
無色氣體變紅棕色
紅棕色變?yōu)?br/>無色
(2)結(jié)論:在一定條件下,NO與NO2可以相互轉(zhuǎn)化,反應(yīng)的
化學(xué)方程式為
①NO→NO2: ______________;
②NO2→NO: ____________________(工業(yè)制取硝酸)。
2NO+O2====2NO2
3NO2+H2O====2HNO3+NO
氮的氧化物
二氧化氮
2NO + O2 = 2NO2
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
(工業(yè)制取硝酸)
結(jié)論：在一定條件下，NO 與 NO2 可以相互轉(zhuǎn)化。
現(xiàn)象一：無色氣體變紅棕色 NO → NO2
現(xiàn)象二：紅棕色變?yōu)闊o色 NO2 → NO
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析：
任務(wù)探究四
氮的氧化物
二氧化氮
解釋“雷雨發(fā)莊稼”的原理
N2＋O2 2NO
放電
2NO + O2 = 2NO2
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
硝酸與土壤中礦物質(zhì)作用形成可溶性硝酸鹽，
成為氮肥被植物吸收。
任務(wù)探究四
氮的氧化物
二氧化氮
“實(shí)驗(yàn)5-5”發(fā)生了哪些化學(xué)反應(yīng) 如果將注射器中的 NO 充分轉(zhuǎn)化，可以采取什么措施 上述實(shí)驗(yàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)硝酸有什么啟示
+ O2
+ H2O
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
2NO + O2 = 2NO2
2NO + O2 = 2NO2
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
任務(wù)探究四
氮的氧化物
氮氧化合物溶于水的探究
① NO 與 O2 同時(shí)通入水中
2NO + O2 = 2NO2 ①
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO ②
總的化學(xué)方程式為： ①×3 + ②×2
4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3
任務(wù)探究五
氮的氧化物
氮氧化合物溶于水的探究
② NO2 和 O2 混合氣體同時(shí)溶于水中
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO ①
2NO + O2 = 2NO2 ②
總的化學(xué)方程式為： ①×2 + ②
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
任務(wù)探究五
氮的氧化物
氮氧化合物溶于水的探究
原理
氮的氧化物溶于水的問題首先看清原理實(shí)質(zhì)，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，反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是：
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 2NO + O2 = 2NO2
故若有氣體剩余只能是 NO 或 O2 ，不可能是NO2。
工業(yè)生產(chǎn)硝酸的啟示
任務(wù)探究五
氮的氧化物
氮氧化合物溶于水的探究
4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
任務(wù)探究五
任務(wù)探究五結(jié)論：(1)NO和O2反應(yīng)，不能用排空氣法收集，可以用排水法收集，NO2和水反應(yīng)，不能用排水法收集，可用向上排空氣法收集。(2)NO不能和堿反應(yīng)，NO2可以和堿反應(yīng)生成硝酸鹽、亞硝酸鹽和水，但NO2不是酸性氧化物。(3)NO2可以使?jié)駶?rùn)的淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)色，不能用濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙鑒別NO2氣體和溴蒸氣。任務(wù)探究五2.氮的氧化物溶于水的計(jì)算(1)原理解答氮的氧化物溶于水的計(jì)算問題首先明確原理,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,反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是3NO2+H2O====2HNO3+NO,2NO+O2====2NO2,故若有氣體剩余只能是NO或O2,不能是NO2。(2)方法——加合式法①NO2和O2混合氣體溶于水的計(jì)算由4NO2+O2+2H2O====4HNO3可知:v（NO2):V(O2)<4:1 O2過量，剩余氣體為O2>4:1 NO2過量，剩余氣體為NO=4:1恰好完全反應(yīng)任務(wù)探究五
②NO與O2同時(shí)通入水中
2NO+O2====2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO
總的化學(xué)方程式為4NO+3O2+2H2O====4HNO3
可知:
V(NO):V(O2)
<4:3 剩余O2
=4:3 恰好完全反應(yīng)
>4:3 剩余NO
③NO2、NO、O2三種混合氣體通入水中:
a.可先將NO和O2轉(zhuǎn)化為NO2,再按上述各種情況分別處理。
b.也可先將NO2和H2O反應(yīng)轉(zhuǎn)化為NO,再按4NO+3O2+2H2O ====4HNO3情況處理。
任務(wù)探究五
【知識(shí)拓展】氮的氧化物溶于水的計(jì)算的其他方法
(1)原子守恒法
4NO2+O2和4NO+3O2從組成上均相當(dāng)于2N2O5的組成,都與N2O5+H2O====2HNO3等效。當(dāng)NO、NO2、O2的混合氣體溶于水時(shí)利用混合氣體中N、O原子個(gè)數(shù)比進(jìn)行分析判斷。
任務(wù)探究六
(2)電子守恒法
NO與O2的混合氣體通入水中發(fā)生反應(yīng):2NO+O2====2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO,在這當(dāng)中,存在著NO向NO2轉(zhuǎn)化、NO2向HNO3轉(zhuǎn)化的同時(shí)又生成NO的循環(huán)反應(yīng)。但總體來講,NO→HNO3,N的化合價(jià)升高是由于被O2氧化,因此可寫出
在氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)必然相等。
任務(wù)探究六　(1)要使充滿NO2和O2混合氣體的試管倒扣水槽中,讓水充滿試管,必須按什么樣的體積比混合 提示:由3NO2+H2O====2HNO3+NO和2NO+O2====2NO2得4NO2+O2+2H2O====4HNO3,即當(dāng)NO2和O2的體積比為4∶1時(shí)可完全溶于水。(2)將10 mL充滿NO2和O2的混合氣體的試管,倒置在水槽中,反應(yīng)停止后試管內(nèi)剩余2 mL的無色氣體,則原混合氣體中O2為多少毫升 提示:①若剩余的是NO,由反應(yīng)3NO2+H2O====2HNO3+NO,得NO2體積為2 mL×3=6 mL。則原有O2體積為(10 mL-6 mL)× =0.8 mL。 ②若剩余的是O2,則有10 mL-2 mL=8 mL NO2和O2的混合氣體按反應(yīng)4NO2+O2+2H2O====4HNO3進(jìn)行。所以NO2的體積為8 mL× =6.4 mL,O2體積為10 mL-6.4 mL=3.6 mL。【思考·討論】任務(wù)探究七
3.將一支充有12 mL NO2氣體的試管倒置于水槽中，充分反應(yīng)。
(1)下列圖示正確的是__。
C
任務(wù)探究七(2)如水不能充滿試管，需再向試管中緩緩充入O2，現(xiàn)象為_________________________________，最終充入__mL氧氣，才能使水全部充滿。解析　向試管中緩緩充入O2，發(fā)生反應(yīng)①2NO＋O2===2NO2，故氣體顏色由無色變?yōu)榧t棕色，然后發(fā)生反應(yīng)②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，故液面逐漸上升，將①和②兩式相組合得4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，要使水全部充滿試管，需充入3 mL氧氣。無色氣體變?yōu)榧t棕色，液面逐漸上升3小結(jié)
無色、無味的
氣體，不溶于水
遇到氧氣迅速
反應(yīng)生成NO2
紅棕色、有刺激性氣味氣體，易溶于水
與水反應(yīng)生成硝酸和NO
具有較強(qiáng)的氧化性
合成氨反應(yīng)
鎂在氮?dú)庵腥紵?br/>放電條件下與氣
反應(yīng)生成NO
氮?dú)?br/>NO
氮的氧化物
CO2
氮?dú)狻⒌墓潭暗难趸?br/>氮的循環(huán)
氮的固定
N2
雷電
根瘤菌
自然固氮
人工固氮
高能固氮：雷雨固氮
生物固氮：
根瘤菌固氮
合成氨
仿生固氮
NH3
NH4
NO3
植物
動(dòng)物
微生物
NH4
NO3
NH3
+
_-

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