【課件】氮及其化合物-氮氣與氮的固定 一氧化氮和二氧化氮 高一化學(xué)同步備課系列（人教版2019必修第二冊）

第二節(jié)

氮及其化合物第1課時：氮氣與氮的固定

一氧化氮和二氧化氮第五章

化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素氮氣與氮的固定01一氧化氮和二氧化氮02學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.通過閱讀思考、討論交流，了解氮氣分子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)，熟悉自然界中氮的固定方式和人工固氮的常用方法，了解氮的固定的重要意義，體會性質(zhì)決定用途的核心理念。

2.通過實驗探究、原理分析，從氮的氧化物的類別及氮的化合價的角度了解一氧化氮和二氧化氮的主要性質(zhì)、用途及相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，結(jié)合真實情境中的應(yīng)用實例，熟知氮的氧化物溶于水的反應(yīng)特點，感受化學(xué)變化的奇妙。神奇的大自然“雷雨發(fā)莊稼”

在自然界里，氮元素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(nèi)的蛋白質(zhì)中，還有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸鹽和銨鹽中。在雷電的環(huán)境下，大自然中的一氧化氮或微生物生命活動放出二氧化氮。產(chǎn)生的二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸，硝酸可以供制氮肥。因此，俗語有云“雷雨發(fā)莊稼”。氮氣與氮的固定氮氣與氮的固定任務(wù)一、氮元素的存在及氮的固定學(xué)生活動1：閱讀教材P11頁第一自然段，結(jié)合視頻素材，回答氮元素在自然界的存在方式是什么？①在自然界里，氮元素主要存在于空氣中，部分氮元素存在于動植物體內(nèi)，還有部分氮元素存在于土壤、海洋里。氮氣與氮的固定任務(wù)一、氮元素的存在及氮的固定②氮元素在自然界中有兩種存在形態(tài)：游離態(tài)：主要以氮分子的形式存在于空氣中。(78%)氮氣氧氣(21%)空氣的成分(按體積)化合態(tài)：部分存在于動植物體內(nèi)的蛋白質(zhì)中；部分存在于土壤、海洋里的的硝酸鹽和銨鹽中。其他1%氮氣與氮的固定任務(wù)一、氮元素的存在及氮的固定學(xué)生活動2：閱讀教材P11頁第二自然段內(nèi)容，思考什么是氮的固定？氮的固定有哪些方法？①定義：將大氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為氮的化合物的過程叫氮的固定。②分類人工固氮：通過人工方法將游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮的過程叫人工固氮，如工業(yè)合成氨等。自然固氮：大自然通過閃電釋放能量將氮氣轉(zhuǎn)化為含氮的化合物（高能固氮），或者通過豆科植物的根瘤菌將氮氣轉(zhuǎn)化為氨（生物固氮）。氮氣與氮的固定任務(wù)一、氮元素的存在及氮的固定【溫馨提示】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)。自然中的氮循環(huán)如下圖所示：益處：人工固氮如合成氨，為農(nóng)作物的生長提供了必需的氮元素等害處：工業(yè)廢氣、汽車尾氣中的氮氧化物會造成大氣污染等對應(yīng)訓(xùn)練【典例1】下列關(guān)于氮元素說法中，不正確的是（

）

A．工業(yè)上氫氣和氮氣合成氨屬于人工固氮

B．閃電時，大氣中氮的氧化物的生成屬于氮的固定

C．氮元素在自然界有游離態(tài)和化合態(tài)

D．非金屬單質(zhì)氮氣在化學(xué)反應(yīng)中只能作氧化劑D【解析】氮的固定是指游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮的過程，工業(yè)上氫氣和氮氣合成氨屬于人工固氮，故A正確；閃電時，大氣中氮氣轉(zhuǎn)化為氮的氧化物屬于氮的固定，故B正確；氮元素在自然界有游離態(tài)(氮氣)和化合態(tài)(銨態(tài)氮和硝態(tài)氮等)，故C正確；非金屬單質(zhì)氮氣在化學(xué)反應(yīng)中能作氧化劑，也能作還原劑，如氮氣與氧氣反應(yīng)中，氮氣作還原劑，故D錯誤。對應(yīng)訓(xùn)練D【典例2】氮是動植物生長不可缺少的元素，含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如圖所示的氮元素的循環(huán)過程，下列說法不正確的是()

A．過程①“雷電作用”中發(fā)生的反應(yīng)是N2＋O2

2NO

B．過程③“固氮作用”中，氮氣被還原

C．⑤中涉及的反應(yīng)可能有2NO＋O2==2NO

D．⑥中涉及的反應(yīng)可能有2NO＋12H＋==N2↑＋6H2O對應(yīng)訓(xùn)練【解析】過程①“雷電作用”中氮氣與氧氣化合生成NO，即發(fā)生的反應(yīng)是N2＋O2

2NO，A正確；過程③“固氮作用”中氮元素化合價降低，氮氣被還原，B正確；⑤中NO被氧化為NO，涉及的反應(yīng)可能有2NO＋O2===2NO，C正確；⑥中氮元素化合價降低，NO被還原，涉及的反應(yīng)不可能為2NO＋12H＋===N2↑＋6H2O，因為此反應(yīng)中只有元素化合價降低，沒有元素化合價升高，且電荷不守恒，故D錯誤。氮氣與氮的固定任務(wù)二、氮氣的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)學(xué)生活動1：根據(jù)氮元素在周期表中的位置，推測氮氣的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)有何特點？①氮元素位于元素周期表的第二周期第ⅤA族，氮原子最外層有5個電子，既不容易得到3個電子，也不容易失去5個電子。②氮分子電子式：

結(jié)構(gòu)式：

球棍模型：

【溫馨提示】兩個氮原子間以共價三鍵結(jié)合，斷開該化學(xué)鍵需要較多的能量，所以氮氣的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，通常難以與其它物質(zhì)反應(yīng)。N?????電子式原子結(jié)構(gòu)氮氣與氮的固定任務(wù)一、氮氣的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)學(xué)生活動2：閱讀教材P11-12頁內(nèi)容，結(jié)合教材P12頁“科學(xué)史話”欄目，思考氮氣具有哪些重要的性質(zhì)？①物理性質(zhì)：氮氣顏色狀態(tài)氣味密度熔點沸點溶解性氣體密度與空氣接近-210℃-196℃無色無味難溶于水收集氮氣時用排水法不用排空法氮氣與氮的固定任務(wù)一、氮氣的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)②化學(xué)性質(zhì)：a.通常情況下，氮氣較穩(wěn)定，與其他物質(zhì)不反應(yīng)。b.在放電或高溫下，能與氧氣反應(yīng)生成NO：N2＋O22NO，N2體現(xiàn)還原性。氮氣與氮的固定任務(wù)一、氮氣的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)②化學(xué)性質(zhì)：c.在一定條件下雨活潑金屬反應(yīng)：3Mg+N2Mg3N2,N2體現(xiàn)氧化性。d.在高溫、高壓條件下，能與氫氣化合（工業(yè)上合成氨）：N2+3H22NH3，N2體現(xiàn)氧化性。氮氣與氮的固定任務(wù)一、氮氣的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)③用途：焊接金屬、燈泡作保護(hù)氣醫(yī)療液氮冷凍麻醉劑液氮超導(dǎo)材料化工原料硝酸食品包裝中防腐對應(yīng)訓(xùn)練【典例1】下列敘述錯誤的是（

）

A．氮元素位于元素周期表的第二周期，第VA族

B．氮元素主要以氮分子的形式存在自然界中

C．氮元素最外層有5個電子

D．氮分子中的兩個氮原子通過離子鍵結(jié)合D【解析】氮原子核外K、L層依次排有2、5個電子，氮元素位于元素周期表的第二周期、第VA族，A、C項正確；在自然界里，氮元素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(nèi)的蛋白質(zhì)中，還有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸鹽和銨鹽中，B項正確；氮分子中兩個氮原子間以共價三鍵(N≡N)結(jié)合，D項錯誤。對應(yīng)訓(xùn)練【典例2】下列關(guān)于N2的說法中錯誤的是（

）

A．豆科植物的根瘤菌將N2轉(zhuǎn)換為氮的化合物不屬于氮的固定

B．N2+O2=2NO，該反應(yīng)是汽車尾氣造成污染的主要原因之一

C．N2在空氣中約占空氣總體積的78%

D．在反應(yīng)：3Mg+N2=Mg3N2中N2作氧化劑A【解析】A．豆科植物的根瘤菌將空氣中的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮，N是游離態(tài)氮元素變化為化合態(tài)，A錯誤；B．汽車中的火花塞在打火過程中能引發(fā)氮氣和氧氣反應(yīng)生成NO，產(chǎn)生的NO會導(dǎo)致空氣污染，B正確；C．氧氣約占空氣體積的21%，氮氣約占空氣體積的78%，C正確；D．在反應(yīng)：3Mg+N2=Mg3N2中，氮由0價變?yōu)?3價，氮氣是氧化劑，D正確；故選A。一氧化氮和二氧化氮一氧化氮和二氧化氮任務(wù)一、一氧化氮和二氧化氮的性質(zhì)一氧化氮和二氧化氮任務(wù)一、一氧化氮和二氧化氮的性質(zhì)學(xué)生活動1：結(jié)合氮原子的結(jié)構(gòu)及氮元素化合價特點，思考氮元素形成氧化物的類型有哪些？氧化物

NON2O3

N2O5

對應(yīng)氮的化合價＋1＋2

＋4＋4N2ONO2N2O4＋3＋5N2O俗稱笑氣，具有麻醉作用酸性氧化物HNO2HNO3一氧化氮和二氧化氮任務(wù)一、一氧化氮和二氧化氮的性質(zhì)學(xué)生活動2：討論交流：閱讀教材P13頁內(nèi)容，完成教材P13頁【實驗5-5】（觀看實驗視頻），思考一氧化氮和二氧化氮具有哪些重要的性質(zhì)？一氧化氮和二氧化氮任務(wù)一、一氧化氮和二氧化氮的性質(zhì)【實驗5-5】一氧化氮和二氧化氮任務(wù)一、一氧化氮和二氧化氮的性質(zhì)①【實驗5-5】實驗裝置

實驗操作在一支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(xiàn)象。打開彈簧夾，快速吸入10mL空氣后夾上彈簧夾，觀察現(xiàn)象，然后振蕩注射器，再觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象振蕩前：振蕩后：無明顯現(xiàn)象無色氣體變紅棕色紅棕色變?yōu)闊o色②NO為無色無味的有毒氣體，難溶于水，常溫下，NO不穩(wěn)定，具有還原性，易被氧化：2NO＋O2===2NO2。故只能用排水法收集。NONO2一氧化氮和二氧化氮任務(wù)一、一氧化氮和二氧化氮的性質(zhì)③NO2為紅棕色、有刺激性氣味的氣體，有毒，溶于水時與水發(fā)生歧化反應(yīng)：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。只能用向上排空氣法收集。④NO2能與NaOH溶液反應(yīng)，化學(xué)方程式為2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O。⑤NO和NO2都不是酸性氧化物，NO與堿、酸都不能反應(yīng)生成鹽和水，屬于不成鹽氧化物；NO2與堿溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成兩種鹽，也不屬于酸性氧化物。對應(yīng)訓(xùn)練【典例1】最新的病毒學(xué)研究證實，一氧化氮對SARS病毒有直接抑制作用。下列關(guān)于一氧化氮的敘述正確的是()

A．一氧化氮是一種紅棕色氣體

B．常溫常壓下，一氧化氮不能與空氣中的氧氣直接化合

C．一氧化氮可由氮氣和氧氣在放電條件下直接化合得到

D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集C【解析】NO是一種無色難溶于水的氣體，可以用排水法收集；常溫常壓下，NO容易與氧氣直接化合生成NO2。對應(yīng)訓(xùn)練【典例2】下列有關(guān)NO2的說法中正確的是()

A．NO2能與水反應(yīng)生成硝酸，在反應(yīng)中NO2只是還原劑

B．除去O2中混有的NO2，可將混合氣體通過水，將NO2溶解

C．NO2與溴蒸氣的鑒別可用NaOH溶液，溶于NaOH溶液得無色溶液

的是NO2，得橙色溶液的為溴蒸氣

D．在NO2與水的反應(yīng)中氧化劑與還原劑的質(zhì)量之比為1∶2D【解析】除去O2中混有的NO2，將混合氣體通過水，NO2溶解的同時又生成新的雜質(zhì)NO，且NO又能與O2反應(yīng)，故B項錯誤；NO2、溴蒸氣分別與NaOH溶液反應(yīng)均得無色溶液，所以NaOH溶液無法鑒別NO2與溴蒸氣，故C項錯誤。一氧化氮和二氧化氮任務(wù)二、探究一氧化氮和二氧化氮與水的反應(yīng)及計算學(xué)生活動1：探究：聯(lián)系NO2、NO的性質(zhì)，若將充滿NO2、NO的試管分別倒置于水槽中（如下圖），并通過導(dǎo)管通入少量的氧氣有何現(xiàn)象？并分析其原理。①圖1中紅棕色氣體逐漸變?yōu)闊o色，試

管內(nèi)液面上升，持續(xù)通入適量O2，試管內(nèi)可充滿水。當(dāng)V(NO2)∶V(O2)＝4∶1時，NO2完全轉(zhuǎn)化成HNO3。②圖2無色氣體先變成紅棕色，后逐漸變?yōu)闊o色，試管內(nèi)液面上升，持續(xù)通入適量O2，試管內(nèi)可充滿水。當(dāng)V(NO)∶V(O2)＝4∶3時，NO完全轉(zhuǎn)化成HNO3。一氧化氮和二氧化氮任務(wù)二、探究一氧化氮和二氧化氮與水的反應(yīng)及計算學(xué)生活動2：拓展探究：結(jié)合教材P13頁“思考與討論”，思考氮的氧化物溶于水的原理是什么？對工業(yè)上生產(chǎn)硝酸有什么啟示？①氮的氧化物溶于水的相關(guān)原理：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

①2NO＋O2===2NO2 ②由方程式①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3③由方程式①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3④一氧化氮和二氧化氮任務(wù)二、探究一氧化氮和二氧化氮與水的反應(yīng)及計算②NO2氣體溶于水時僅涉及反應(yīng)①：剩余氣體為NO。③NO2和O2的混合氣體溶于水時涉及反應(yīng)③，且存在下列幾種情況：x＝V(NO2)/V(O2)0<x<4/1x＝4/1x>4/1反應(yīng)情況④NO、O2的混合氣體溶于水時涉及反應(yīng)④，也存在下列幾種情況：x＝V(NO)/V(O2)0<x<4/3x＝4/3x>4/3反應(yīng)情況O2過量，剩余氣體為O2恰好完全反應(yīng)，無氣體剩余NO2過量又發(fā)生反應(yīng)①，只剩余NOO2過量，剩余O2恰好完全反應(yīng)，無氣體剩余NO過量，剩余NO一氧化氮和二氧化氮任務(wù)二、探究一氧化氮和二氧化氮與水的反應(yīng)及計算⑤工業(yè)制取硝酸工廠的尾氣中含有NO、NO2，從減少污染物的排放及原料的充分利用角度考慮，可向尾氣中通入過量的空氣，再用足量的水吸收，即可將NO、NO2完全轉(zhuǎn)化為HNO3。【溫馨提示】①NO易與O2反應(yīng)、不溶于水、不與水反應(yīng)，因此收集NO用排水法，用排空氣法。NO2易與水反應(yīng)，但很難被O2氧化，因此收集NO2用向上排

空氣法，不可用排水法。

②NO2和N2O4是兩種不同的氧化物，通常情況下，NO2能進(jìn)行自身二聚：

2NO2(紅棕色)

N2O4(無色)，故NO2中總混有N2O4。一氧化氮和二氧化氮【歸納總結(jié)】一氧化氮和二氧化氮的比較性質(zhì)NONO2物理性質(zhì)毒性與水反應(yīng)與氧氣反應(yīng)實驗室制備收集方法對環(huán)境影響無色、無味的有毒氣體，難溶于水紅棕色、有刺激性氣味的有毒氣體不反應(yīng)(難溶于水)3NO2+H2O====2HNO3+NO2NO+O2====2NO2不反應(yīng)?銅與稀硝酸反應(yīng)?銅與濃硝酸反應(yīng)常用排水法常用向上排空氣法導(dǎo)致光化學(xué)煙霧和酸雨，破壞臭氧層有毒（跟血紅蛋白結(jié)合）有毒對應(yīng)訓(xùn)練【典例1】一定條件下，將等體積的NO和O2的混合氣體置于試管中，并將試管倒立于水槽中，充分反應(yīng)后剩余氣體的體積為原總體積的()

A.1/4

B.3/4

C.1/8

D.3/8C【解析】NO、O2、H2O之間的反應(yīng)，先判斷是否過量，若過量，找出剩余的氣體，計算其體積是多少，最后算出剩余氣體的體積占原總體積的分?jǐn)?shù)。由方程式4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3計算，NO和O2等體積混合，剩余O2體積1/4，是原混合氣體的1/8。對應(yīng)訓(xùn)練【典例2】如圖所示，試管中盛裝的是紅棕色氣體，當(dāng)?shù)箍墼谑⒂兴?/p>

水槽中時，試管內(nèi)水面上升，但不能充滿試管，當(dāng)向試管內(nèi)鼓入氧氣

后，可以觀察到試管中水柱繼續(xù)上升，經(jīng)過多次重復(fù)后，試管內(nèi)完全被水充滿，對原試管中盛裝氣體的說法正確的是()

①可能是N2與NO2的混合氣體②可能是NO2氣體

③可能是NO與NO2的混合氣體④只可能是NO2一種氣體

A．①②

B．②③

C．③④

D．①④B【解析】是紅棕色氣體，那么一定有二氧化氮的存在，與水反應(yīng)后生成一氧化氮，所以沒有充滿試管，繼續(xù)通入氧氣，最終充滿試管，則①肯定錯誤；如果有少量的氧氣，大量的二氧化氮時②可以成立；③中通入足量的氧氣，NO也可以全部被吸收。1．下列關(guān)于氮氣的說法中，正確的是()A．通常情況下，氮氣性質(zhì)比較穩(wěn)定B．可在氧氣中燃燒，生成一氧化氮C．1molN2與3molH2完全反應(yīng)生成2molNH3D．氮元素是活潑的非金屬元素，氮氣在化學(xué)反應(yīng)中只能作氧化劑A【解析】氮氣分子中含有氮氮三鍵，性質(zhì)比較穩(wěn)定，A項正確；N2不能在O2中燃燒，N2與O2在放電或高溫條件下反應(yīng)生成NO，B項錯誤；N2與H2的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，1molN2與3molH2不可能完全反應(yīng)生成2molNH3，C項錯誤；氮氣中氮元素的化合價為0價，在化學(xué)反應(yīng)中既可以升高也可以降低，既可作氧化劑，也可作還原劑，D項錯誤。2．下列有關(guān)NO2的說法正確的是()A．NO2可由N2與O2反應(yīng)直接制備B．NO2有毒，但因其易溶于水且與水反應(yīng)，因此不屬于大氣污染物C．NO2既有氧化性也有還原性D．NO2為紅棕色氣體，因此將NO2通入水中，溶液顯紅棕色C【解析】N2與O2在放電或高溫條件下反應(yīng)生成NO，不能直接生成NO2，A項錯誤；NO2屬于大氣污染物，B項錯誤；NO2與H2O反應(yīng)生成HNO3和NO，說明NO2既有氧化性也有還原性，C項正確；NO2通入水中，生成NO和HNO3，溶液呈無色，D項錯誤。3.某無色混合氣體中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的兩種或多種?，F(xiàn)將此混合氣體通過品紅溶液，品紅溶液褪色；然后向剩余氣體中通入空氣，很快