資源簡介

(共52張PPT)
氮氣及氮的氧化物
第1課時
第二節　氮及其化合物
學習目標
1.通過分析氮的原子結構,從微觀角度認識氮氣的化學穩定性,能正確表示氮氣與鎂、氧氣、氫氣的化學反應及其條件。
2.通過了解自然界中氮的循環,能正確描述和辨識氮的固定。
3.通過對氮的氧化物性質的學習,能從物質類別和氮元素的化合價角度解釋氮氧化物的性質與轉化及相關實驗現象,能正確表示工業制硝酸的反應原理。
元素位置 原子結構 元素性質
第 周期、 第 族 不容易得失電子,一般通過共用
電子對與其他原子結合;
主要化合價: 　
『自主梳理』
學習任務1　認識氮和氮氣
1. 氮的結構及存在
(1)氮元素的“位—構—性”。
二
ⅤA
-3、0、+2、+4、+5
(2)氮元素在自然界中的存在。
游離
化合
2.氮氣的性質
很穩定
NH3
NO
(1)相關反應的化學方程式。
① 。
② 。
③ 。
(2)氮的固定。
①概念:將大氣中 的氮轉化為 的過程。
游離態
氮的化合物
『互動探究』
探究　氮的循環
如圖為自然界中氮的循環。
問題1:氮在自然界中的主要存在形式有哪些 人體里的蛋白質中的氮元素來自哪里
提示:大部分以氮氣的形式存在,少部分以化合物的形式(如硝酸鹽、銨鹽、蛋白質等)存在;人體里的蛋白質中的氮元素是從外界攝入的,特別是肉類、蛋類等物質,若溯本求源,則來自大氣中的N2。
問題2:過程①③的反應中從氧化還原角度看,氮氣各表現什么性質 氮的固定途徑有哪些 過程②是怎樣實現的
提示:①氧化性,③還原性;固定氮的途徑有自然固氮和人工固氮;通過豆科植物的根瘤菌將氮氣轉化成氨,從而實現自然固氮。
問題3:氮循環中含氮物質有多種形式的轉化,有的對人類生產、生活有益,有的則產生負面作用,請舉例說明。
提示:對人類有益的事例有人工固氮如合成氨,不僅為農作物的生長提供了必需的氮元素,而且為其他化工產品的生產提供了重要的原料。對人類有害的事例有工業廢氣、汽車尾氣中的氮氧化物會造成大氣污染;工廠廢液、生活廢水中的氮元素對水體造成污染等。
氮氣的化學性質總結
1.氮氣性質的“一惰性、三反應”。N2的化學性質很穩定,通常狀況下,很難與其他物質反應,可代替稀有氣體作保護氣體。但在一定條件下,也能與Mg、H2、O2等反應。
2.N2的化學性質不活潑,是因為N2分子內兩個氮原子間存在三鍵,相互作用強,不容易斷裂;但氮元素是活潑非金屬元素,也是多價態元素,氮氣中氮元素呈0價,處于中間價態,故N2既有氧化性(與Mg、H2反應),又有還原性(與O2反應)。
歸
納
拓
展
題點一　氮氣的性質
1.下列關于氮氣的性質,敘述錯誤的是(　　)
A.氮氣在通常條件下化學性質穩定
B.氮氣在高溫、放電等條件下可以發生化學反應
C.氮氣在化學反應中只能作氧化劑
D.氮氣在發生化學反應過程中發生了化學鍵的斷裂
『題組例練』
C
解析:氮氣有氮氮三鍵,難斷裂,在通常條件下化學性質穩定,A正確;氮氣在高溫、放電等條件下常與氧氣反應,故可以發生化學反應,
B正確;氮氣與氧氣反應生成一氧化氮,在化學反應中作還原劑,
C錯誤;氮氣發生化學反應是舊鍵的斷裂和新鍵的形成,D正確。
2.氮氣是大氣中含量最多的氣體。下列有關氮氣的說法正確的是(　　)
①氮元素的非金屬性較強,所以氮氣是一種活潑的非金屬單質
②常溫下,N2既能與O2反應又能與H2反應
③通過灼熱的鎂粉除去N2中的O2
④“雷雨發莊稼”是指雷雨時可增加土壤中氮肥的含量,此變化屬于氮的固定
⑤3 mol H2與1 mol N2混合反應生成NH3,轉移電子的數目小于6×6.02×1023
A.①②③ B.②③④⑤
C.②④⑤ D.④⑤
D
題點二　氮的固定及循環
3.將空氣中游離態的氮轉化成含氮化合物的過程叫做氮的固定,包括自然固氮和人工固氮。下列關于氮的轉化過程,屬于人工固氮的是(　　)
A.用N2和H2合成氨
B.閃電時空氣中N2轉化為NO
C.用NH3和CO2合成尿素
D.豆科植物的根瘤菌固氮
A
解析:N2與H2在一定條件下反應生成NH3,屬于人工固氮,A正確;閃電時空氣中N2轉化為NO,屬于自然固氮,B錯誤;用NH3和CO2合成尿素,是含氮化合物間的轉化,不屬于氮的固定,C錯誤;豆科植物的根瘤菌將N2轉化為NH3,屬于自然固氮,D錯誤。
4.下列關于自然界中氮循環(如圖)的說法正確的是(　　)
A.②④⑤中氮元素均被氧化
B.包含了三種固氮方式
C.參與氮循環的都是含氮無機物
D.上述過程都是在自然條件下進行的
B
解析:①大氣中的氮氣在雷電作用下轉化為NO,進一步反應生成HNO3,
HNO3與土壤中堿性物質反應轉化為硝酸鹽,該過程屬于高能固氮;②工業上用氮氣與氫氣合成氨,屬于人工固氮且氮元素被還原;③大氣中的氮氣在根瘤菌作用下轉化為氨,屬于生物固氮;④氨或銨鹽被氧化為亞硝酸鹽;⑤亞硝酸鹽被氧化為硝酸鹽;⑥硝酸鹽在細菌作用下轉化為氮氣。根據分析可知,②中氮元素被還原,④⑤中氮元素被氧化,A錯誤;①屬于高能固氮,②屬于人工固氮,③屬于生物固氮,包含了三種固氮方式,B正確;生命體中參與氮循環的含氮化合物,例如蛋白質,是有機物,C錯誤;過程②是人工固氮,不是在自然條件下進行的,D錯誤。
比較項目 NO NO2
物理 性質 的氣體, 溶于水 色、有刺激性氣味的氣體, 溶于水,易液化
毒性 有毒(易結合血紅蛋白使人中毒) 有毒(刺激、腐蝕呼吸道黏膜)
學習任務2　探究NO和NO2的性質
『自主梳理』
1.NO與NO2性質的比較
無色
不
紅棕
易
與水反應 不溶、不反應
(工業制硝酸的原理)
與氧氣反應 不反應
收集方法 常用 法 常用 法
3NO2+H2O 2HNO3+NO
2NO+O2 2NO2
排水
向上排空氣
2.一氧化氮、二氧化氮的性質探究及相互轉化
[實驗5-5]
實驗 裝置
實驗 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,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
實驗 現象 觀察發現NO為無色氣體;吸入5 mL水后注射器內無明顯變化;快速吸入10 mL空氣后注射器內氣體變為紅棕色;振蕩注射器后氣體的紅棕色消失
實驗 結論 NO為無色氣體、難溶于水;NO易與氧氣反應;生成的物質容易與水發生反應。在一定條件下,NO和NO2可以相互轉化,化學方程式為2NO+O2 2NO2、3NO2+H2O 2HNO3+NO
『互動探究』
探究　NO和NO2的轉化
在元旦聯歡會上,某同學表演了一段魔術:首先收集一集氣瓶紅棕色的氣體,用玻璃片蓋好,然后向其中加入少量水,振蕩后變為無色,然后輕輕移動玻璃片使少量空氣進入集氣瓶,氣體又變為紅棕色,振蕩,又變為無色……
問題1:集氣瓶中氣體顏色變化的原因是什么
提示:NO2與H2O反應生成無色氣體NO,NO遇到空氣中的O2反應又生成紅棕色的NO2。
問題2:若要將NO2充分轉化為硝酸,可以采取什么措施 對工業上生產硝酸有什么啟示 試用化學方程式表示。
提示:可通入適量的氧氣。在用水吸收NO2制取硝酸的過程中,要不斷地補充一些空氣,使NO2盡可能多地轉化為硝酸。4NO2+O2+
2H2O 4HNO3。
問題3:若把NO2與O2的混合氣體同時通入水中,反應原理是什么
剩余氣體的情況如何
歸
納
拓
展
氮氧化物的性質總結
1.氮的氧化物
(1)氮的氧化物中屬于酸性氧化物的只有N2O3、N2O5;N2O、NO、NO2、N2O4等都不是酸性氧化物。
(2)NO2和N2O4是兩種不同的氧化物,通常情況下,NO2能進行自身二聚:2NO2(紅棕色) N2O4(無色),故NO2中會混有一定量的N2O4。
2.氮的氧化物溶于水的計算
(1)相關反應推導。
(2)氮的氧化物溶于水的三種類型。
ⅰ.NO2氣體:NO2氣體溶于水時僅涉及反應①,剩余氣體為NO。
ⅱ.NO2和O2的混合氣體:NO2和O2的混合氣體溶于水時涉及反應③:
『題組例練』
題點一　辨析NO、NO2的性質
1.下列氣體不能用排空氣法收集的是(　　)
A.SO2 B.NO C.NO2 D.CO2
B
解析:SO2、NO2、CO2的密度與空氣的密度均相差較大,且不與空氣中的成分反應,能用排空氣法收集,NO與O2反應,不能用排空氣法收集,故選B。
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,且兩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
解析:NO2是紅棕色氣體,易溶于水,并與水發生反應,3NO2+H2O 2HNO3+NO,由于反應前后氮元素的化合價發生了變化,因此NO2不是酸性氧化物,A正確;NO難溶于水,可以用排水法收集,在放電或高溫條件下可由N2和O2直接化合得到,B不正確;NO與氧氣發生反應生成NO2,NO2與水反應生成硝酸和NO,因此兩者在一定條件下可相互轉化,且兩者都是引起光化學煙霧的大氣污染物,C正確;NO、NO2都有毒,且汽車發動時,在電火花作用下N2和O2化合產生NO,NO是汽車尾氣的有害成分之一,D正確。
題點二　氮的氧化物溶于水的計算
3.將充有1.2 mol NO和NO2混合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中,再通入0.6 mol O2,充分反應后,整個試管充滿水。則原混合氣體中NO與NO2體積比為(　　 )
A.1∶2 B.1∶1
C.3∶7 D.無法確定
B
4.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可能為(　　)
A.1 mL B.2.4 mL
C.3 mL D.4 mL
D
題點三　尾氣處理
5.三效催化劑是最為常見的汽車尾氣催化劑,其催化劑表面物質轉化的關系如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.在轉化過程中,氮元素均被還原
B.依據圖示判斷催化劑不參與儲存和還原過程
C.還原過程中生成0.1 mol N2,轉移0.5 mol電子
D.三效催化劑能有效實現汽車尾氣中CO、CxHy、NOx三種成分的凈化
D
解析:根據圖示可知,NOx與BaO、O2轉化成 Ba(NO3)2 的過程中,氮元素化合價升高被氧化,BaO為催化劑且該過程中BaO參與儲存氮元素,A、B錯誤;還原過程中生成0.1 mol N2,轉移電子為0.1 mol×
(5-0)×2=1 mol,C錯誤;整個過程中,CO、CxHy、NOx轉化成CO2、H2O、N2,說明三效催化劑能有效實現汽車尾氣中CO、CxHy、NOx三種成分的凈化,D正確。
6.用石灰乳吸收硝酸工業的尾氣(含NO、NO2)可獲得Ca(NO2)2,部分工藝流程如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.吸收時主要反應的離子方程式為
B.用石灰乳比用澄清石灰水吸收效果更好
C.采用氣液逆流接觸有利于尾氣中NO、NO2的充分吸收
D.尾氣中含有的NO不是酸性氧化物
A
解析:該工藝流程中所用石灰乳為濁液,書寫離子方程式時氫氧化鈣不能拆開,為 A錯誤;石灰乳更利于氣體附著,改為澄清石灰水吸收效率將會降低,B正確;采用氣液逆流接觸,增大了氣體和石灰乳的接觸面積,有利于尾氣中NO、NO2的充分吸收,C正確;一氧化氮不能和堿反應生成鹽和水,不是酸性氧化物,D正確。
知識整合
1.氮氣的化學性質與氮氧化物間的轉化
2.氮的固定:游離態→化合態
學科素養測評
燃油汽車對空氣環境有很大的污染。汽車尾氣凈化裝置“催化轉化器”是防止尾氣(含一氧化碳、氮氧化物等氣體)污染的有效方法之一,能使尾氣中的一氧化碳和氮氧化物發生反應生成可參與大氣生態循環的無毒氣體。
(1)汽車尾氣中易造成光化學煙霧的物質是　　　　(填字母)。
A.氮氧化物　　　　　B.二氧化碳　　　　　C.一氧化碳
A
解析:(1)汽車尾氣中含有的氮氧化物如NO、NO2造成大氣污染時產生光化學煙霧,即A正確。
(2)汽車尾氣凈化裝置里,氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的過程如圖所示:
反應的化學方程式為　 。
2NO2+4CO 4CO2+N2　
解析:(2)由題意可知,NO2和CO發生氧化還原反應生成CO2和N2,其化學方程式為2NO2+4CO 4CO2+N2。
CH4+4NO CO2+2N2+2H2O
(3)利用CH4等氣體可除去煙氣中的氮氧化物,生成物為可參與大氣循環的氣體,請寫出CH4與NO反應的化學方程式:　 。
解析:(3)CH4與NO反應生成CO2、N2、H2O,根據得失電子守恒、原子守恒可寫出該反應的化學方程式為CH4+4NO CO2+2N2+2H2O。
(4)煙道氣中的NOx是主要的大氣污染物之一,為了監測其含量,選用如下采樣和檢測方法。回答下列問題。
采樣步驟:
a.檢驗系統氣密性;b.加熱器將煙道氣加熱至140 ℃;c.打開抽氣泵置換系統內空氣;d.采集無塵、干燥的氣樣;e.關閉系統,停止采樣。
①甲中裝有無堿玻璃棉,其作用是　　　　　。
除塵
解析:(4)①甲的作用是過濾,所以其中無堿玻璃棉的作用是除去煙道氣中的粉塵。
②丙中填充的干燥劑是　　　　　(填字母)。
A.堿石灰 B.無水硫酸銅 C.P2O5
C
解析:②A.堿石灰是堿性干燥劑,可能與NOx反應,不能使用;B.無水硫酸銅的吸水能力太差,一般不用作干燥劑,不能使用;C.五氧化二磷是酸性干燥劑,與NOx不反應,能使用。
③丁中用NaOH溶液吸收等物質的量的NO和NO2氣體,得到NaNO2溶液,
該反應的離子方程式為 　　　　　　 　　　　。
④采樣步驟b加熱煙道氣的目的是　　　　　　　　　　　。
防止NOx溶于冷凝水
解析:④加熱煙道氣的目的是避免水蒸氣冷凝后,NOx溶于水中。
命題解密與解題指導
情境解讀:本題以燃油汽車尾氣的凈化處理為背景,認識氮的氧化物的性質及有關化學方程式的書寫等。
素養立意:能依據實際條件并運用所學化學知識和方法解決生產、環保中的問題,在實踐中逐步形成保護環境的觀念,培養科學態度與社會責任素養。
思路點撥:(1)NOx是大氣污染物,分析其對環境的影響。
(2)結合NOx與堿溶液的反應,監測煙道氣中NOx的含量。
謝 謝 觀 看

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