人教版 (2019)必修 第二册第五章 化工生产中的重要非金属元素第二节 氮及其化合物评课ppt课件

这是一份人教版 (2019)必修 第二册第五章 化工生产中的重要非金属元素第二节 氮及其化合物评课ppt课件，共54页。PPT课件主要包含了课前自主学习，ⅤA族，共用电子对，蛋白质，氮的固定，N≡N，NO2，N2O5，不溶于，二氧化氮等内容，欢迎下载使用。
学习任务一　氮气与氮的固定任务驱动:　当豆科植物的根系在土壤中生长时,会刺激同一互接种族的根瘤菌在根系附近大量繁殖。根瘤菌与豆科植物共生,形成根瘤并将空气中的氮气转化为氨供植物营养的需要。除了转化为氨外,氮气还能转化为哪些含氮的化合物呢?
1.氮元素的存在(1)氮元素在周期表的位置:氮元素位于元素周期表的位置________________。氮原子的最外电子层有__个电子。氮原子一般通过___________与其他原子相互结合构成物质。(2)氮元素的存在:以氮分子的形式存在于空气中,部分氮元素存在于动植物体内的_______中,还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
【巧判断】(1)氮的固定过程中氮元素一定被氧化。(　　)提示:×。人工固氮合成氨反应中氮元素被还原。(2)气态含氮物质转化为固体属于氮的固定。(　　)提示:×。若是含氮化合物之间的转化则不属于氮的固定。
3.氮气(1)物理性质:___色___臭气体,密度比空气略小,___溶于水。(2)化学性质N2的电子式为____________,结构式为_____。
写出有关反应的化学方程式:①_________________, N2表现_____性。②____________________, N2表现_____性。③____________________,N2表现_____性。
N2+3Mg Mg3N2
N2+3H2 2NH3
N2+O2 2NO
【想一想】氮气保护技术通常应用于珍贵文物的保存和保护,国内外不乏先例。美国的《独立宣言》就密封在氮气环境中。空气中含有大量的氮气和氧气,它们能“和平相处”的原因是什么?为什么氮气可以作为保护气? 提示:氮气性质稳定,常温下不与氧气等物质发生反应,故氮气和氧气能共存,也常常被用作保护气。
学习任务二　一氧化氮和二氧化氮任务驱动:氮元素的化合价有多种,你能分别写出它们对应的氧化物的化学式吗?1.氮的氧化物:氮有多种价态的氧化物,如N2O、___、___、N2O4、N2O3、N2O5等,其中属于酸性氧化物的是_________。2.一氧化氮:一氧化氮是___色的有___气体,_______水,在常温下很容易与氧气化合,生成_________。反应的化学方程式为______________。
2NO+O2====2NO2
3.二氧化氮:二氧化氮是_____色、有_______气味的有___气体,密度比空气的___,易_____,易_____水。二氧化氮溶于水时生成_____和_________,工业上利用这一原理生产_____。反应的化学方程式为____________________。
3NO2+H2O====2HNO3+NO
【情境·思考】1.农业上有句谚语是“雷雨发庄稼”,该过程发生了哪些化学反应?提示:N2+O2 2NO,2NO+O2====2NO2,3NO2+H2O====2HNO3+NO。
2.汽车排放的尾气中含有NO2,NO2是城市大气污染的主要污染物之一。在日光照射下,NO2发生一系列光化学烟雾的循环反应,从而不断产生O3,加重空气污染。反应过程为①2NO2→2NO+2O;②2NO+O2→2NO2;③O+O2→O3。NO2在此过程中,起什么作用?提示:催化剂、氧化剂和还原剂。由反应过程①+②得O2→2O,③O+O2→O3,由此可知NO2起催化剂作用,反应过程中NO2既作氧化剂又作还原剂。
探究任务一 一氧化氮、二氧化氮的性质【实验情境】　如图所示,在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO,然后吸入5 mL水,用乳胶管和弹簧夹封住管口,振荡注射器,观察现象。打开弹簧夹,快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹,观察现象。振荡注射器,再观察现象。
【问题探究】1.吸入5 mL水并封住管口,振荡注射器无明显现象,这说明NO的什么性质?提示:NO不溶于水,并且不与水发生反应。2.打开弹簧夹快速吸入10 mL空气后,夹紧弹簧夹,观察到注射器气体由无色变成红棕色的原因是什么?提示:NO与O2发生反应生成了红棕色的NO2,反应的化学方程式为2NO+O2====2NO2
3.最后,振荡注射器,气体由红棕色又变成无色的原因是什么?注射器的活塞为什么内移?提示:振荡注射器后,红棕色的NO2与水发生反应:3NO2+H2O====2HNO3+NO,故气体颜色成为无色。因反应后气体的物质的量减小,故活塞内移。
4.将充满NO2、NO的试管分别倒置于水槽中,并通过导管通入少量的氧气。
(1)图1试管中观察到的实验现象是什么?图2试管中观察到的实验现象是什么?提示:图1中红棕色气体逐渐变为无色,试管内液面上升,持续通入适量O2,试管内可充满水。图2中无色气体先变成红棕色,后逐渐变为无色,试管内液面上升,持续通入适量O2,试管内可充满水。
(2)图1中NO2与O2的体积满足怎样的比例,才能使NO2完全转化成HNO3?提示:3NO2+H2O====2HNO3+NO和2NO+O2====2NO2这两个反应是循环发生的,采用方程式加和的方法,加和后方程式右边不剩余任何气体,左边只剩H2O、NO2和O2。整理以下反应3NO2+H2O====2HNO3+NO①2NO+O2====2NO2②由方程式①×2+②得:4NO2+O2+2H2O====4HNO3,即当NO2和O2的体积比为4∶1时可完全溶于水生成硝酸。
(3)图2中NO与O2的体积满足怎样的比例,才能使NO完全转化成HNO3?提示:NO和O2同时通入水中时,其反应为2NO+O2====2NO2①3NO2+H2O====2HNO3+NO②由方程式①×3+②×2得4NO+3O2+2H2O====4HNO3,即当NO和O2的体积比为4∶3 时可完全溶于水生成硝酸。
【探究总结】氮的氧化物溶于水的计算方法(1)NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应:4NO2+O2+2H2O ====4HNO3,其计算如表:
(2)NO和O2的混合气体溶于水时涉及反应:4NO+3O2+2H2O====4HNO3,其计算如表:
【知识拓展】氮的氧化物溶于水的计算的其他方法(1)原子守恒法4NO2+O2和4NO+3O2从组成上均相当于2N2O5的组成,都与N2O5+H2O====2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中氮、氧原子个数比进行分析判断。
(2)电子守恒法NO与O2的混合气体通入水中发生反应:2NO+O2====2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO,在这当中,存在着NO向NO2转化、NO2向HNO3转化的同时又生成NO的循环反应。但总体来讲,NO→HNO3,N的化合价升高是由于被O2氧化,因此可写出 在氧化还原反应中得失电子数必然相等。
【探究特训】1.下列有关环境问题的说法正确的是(　　)A.燃煤时加入适量石灰石,可减少废气中SO2的量B.“雾霾天气”“温室效应”“光化学烟雾”的形成都与氮氧化物有关C.pH在5.6～7.0之间的降水通常称为酸雨D.NO使人体的中毒原理与CO不同
【解析】选A。温室效应的形成与CO2等有关,B错误;酸雨是pH小于5.6的雨水,C错误;CO与NO均与人体中的血红蛋白结合,中毒原理相同,D错误。
2.随着我国汽车年销量的大幅增加,空气环境受到了很大的污染。汽车尾气装置里,气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示,下列说法正确的是(　　)A.反应中NO为氧化剂,N2为氧化产物B.汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2C.NO和O2必须在催化剂表面才能反应D.催化转化总化学方程式为2NO+O2+4CO 4CO2+N2
【解析】选D。反应过程中NO、O2为氧化剂,N2为还原产物,A错误;汽车尾气中的N2不是污染物,B错误;NO和O2的反应不需要催化剂,C错误;根据题中的图示,可将反应的过程分成如下两步写:2NO+O2====2NO2,2NO2+4CO N2+4CO2,将两步反应合并可得总化学方程式为2NO+O2+4CO 4CO2+N2,D正确。
3.将10 mL充满NO2和O2混合气体的试管,倒置在水槽中,反应停止后试管内剩余2 mL的无色气体,求原混合气体中NO2和O2各多少毫升?【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)NO2、O2混合溶于水的反应原理。(2)剩余无色气体为NO或O2,不可能为混合气体。
【解析】剩余2 mL气体可能是NO或O2,分两种情况讨论:(1)若剩余的是NO,可以看成发生了反应:4NO2+O2+2H2O====4HNO3。剩余的NO2又与水作用,最终有2 mL NO产生。由反应3NO2+H2O====2HNO3+NO得,剩余的NO2体积为2 mL×3=6 mL。则原有O2体积为(10 mL-6 mL)× =0.8 mL,NO2体积为10 mL-0.8 mL=9.2 mL。(2)若剩余的是O2,则有10 mL-2 mL=8 mL NO2和O2的混合气体按反应4NO2+O2+ 2H2O====4HNO3进行。所以NO2的体积为8 mL× =6.4 mL,O2体积为10 mL-6.4 mL=3.6 mL。
答案:若剩余的气体是NO,则NO2和O2的体积分别为9.2 mL和0.8 mL;若剩余的气体是O2,则NO2和O2的体积分别为6.4 mL和3.6 mL。
【延伸探究】若剩余2 mL气体为NO,再通O2使其恰好溶解,需O2多少毫升?提示:根据反应4NO+3O2+2H2O====4HNO3可知,使2 mL NO完全溶于水需1.5 mL O2。
4.近年出现了一种叫“嗨气球”的东西,通俗地说,就是向气球里面打入一种俗称“笑气”的气体,据说吸食了“笑气”之后就会开心。这种所谓“上头快、不上瘾、没伤害”的致幻方式爆红,但致人死亡的报道也屡屡见报。“笑气”又称一氧化二氮,是一种无色有甜味的气体,在室温下稳定,有轻微麻醉作用,并能致人发笑。故“笑气”现在已被列为《危险化学品目录》。下列过程能产生“笑气”N2O:3CO+2NO2====3CO2+N2O。
(1)该反应中的氧化剂和还原剂分别是什么?提示:该反应中的氧化剂是二氧化氮,还原剂是一氧化碳。(2)在此反应中每生成1 ml N2O,转移电子的物质的量是多少?提示:该反应中氮原子的化合价由+4价变为+1价,所以每生成1 ml N2O转移电子的物质的量为6 ml。
【补偿训练】　　1.标准状况下将盛满NO2的大试管倒扣在盛水的水槽中,充分吸收后,试管内溶液的物质的量浓度为(假设溶质不扩散)(　　) ml·L-1　　　 ml·L- ml·L-1 ml·L-1【解析】选A。设试管的容积为V L,由3NO2+H2O====2HNO3+NO知,n(HNO3)= ml,c(HNO3)=　 ml·L-1≈0.045 ml·L-1。
2.(2020·福州高一检测)按图进行实验,试管内装有12 mL NO,然后间歇而缓慢地通入8 mL O2,下面有关实验最终状态的描述正确的是(　　)A.试管内气体呈红棕色B.试管内气体无色,是NOC.试管内气体无色,是O2D.试管内液面高度不变
【解析】选B。试管内装有12 mL NO,然后间歇而缓慢地通入8 mL O2。依据反应定量关系分析,当一氧化氮和氧气恰好反应生成硝酸发生的反应为:4NO+3O2+2H2O====4HNO3,结合一氧化氮和氧气按照4∶3全部溶于水,试管内装有12 mL NO,然后间歇而缓慢地通入8 mL O2,反应后剩余NO为:12 mL- mL= mL。
3.如图所示,试管中盛装的是红棕色气体,当倒扣在盛有水的水槽中时,试管内水面上升,但不能充满试管,当向试管内鼓入氧气后,可以观察到试管中水柱继续上升,经过多次重复后,试管内完全被水充满,对原试管中盛装气体的说法正确的是(　　)①可能是N2与NO2的混合气体②可能是NO2气体③可能是NO与NO2的混合气体④只可能是NO一种气体A.①②　　　B.②③　　　C.③④　　　D.①④
【解题指南】解答本题应注意以下两点:(1)二氧化氮和一氧化氮气体的颜色。(2)对氮的氧化物溶于水问题的正确分析。【解析】选B。是红棕色气体,一定有二氧化氮的存在,与水反应后生成一氧化氮,所以没有充满试管,继续通入氧气,最终充满试管,则①肯定错误;如果有少量的氧气,大量的二氧化氮时②可以成立;③中通入足量的氧气,NO也可以全部被吸收。
【延伸探究】(1)在题目中NO2被水吸收的反应中,发生还原反应的物质和发生氧化反应的物质的质量比是多少?提示:1∶2。3NO2+H2O====2HNO3+NO,3 ml NO2中,有2 ml氮原子的价态升高,1 ml氮原子的价态降低,所以发生还原反应的NO2与发生氧化反应的NO2的质量比为1∶2。
(2)一定条件下,将等体积的NO和O2的混合气体置于试管并将该试管倒置于水槽中至液面不再上升时,剩余气体的体积约为原试管气体总体积的多少?提示: 。根据4NO+3O2+2H2O====4HNO3可知,O2过量。设NO和O2的体积各1 L,则1 L NO消耗O2 L,剩余O2 L,所以
1.(双选)下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是(　　)A.人工固氮可以得到硝酸盐B.人工固氮时,氮元素均被氧化C.雷电作用可以将氮气直接转化为铵盐D.亚硝酸盐转化为硝酸盐的过程中,氮元素被氧化
【解析】选B、C。工业上以氮气合成氨,然后通过氨的催化氧化制硝酸,再以硝酸制硝酸盐,人工固氮可以得到硝酸盐,A正确;人工固氮时N2生成NH3过程中氮元素被还原,B错误;雷电作用只能将氮气直接转化为一氧化氮,一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮,二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮,硝酸可以转化为硝酸盐,雷电作用不可以将氮气直接转化为铵盐,C不正确;亚硝酸盐转化为硝酸盐的过程中,氮元素被氧化,D正确。
2.(2020·全国Ⅰ卷)下列气体去除杂质的方法中,不能实现目的的是(　　)
【解析】选A。SO2会被酸性高锰酸钾溶液氧化,A错误;这是实验室制取氯气的除杂步骤,通过Cl2和HCl在饱和食盐水中的溶解度差异进行除杂和分离,B正确; N2性质极其稳定,不会与灼热的Cu发生反应,而氧气则会氧化Cu发生反应:2Cu+O2 2CuO,可以达到除杂目的,C正确;NO不会与NaOH发生反应,而NO2可以与NaOH反应:2NO2+2NaOH====NaNO3+NaNO2+H2O,因此可以达到除杂目的,D正确。
3.众所周知,一氧化氮是一种大气污染物,是吸烟、汽车尾气及垃圾燃烧等释放出的有害气体,但是这种最常见、最简单的气体小分子在生物体内却是一种重要的信使分子,具有保护心血管,降低血压以及提高性能力的作用。下列关于NO的说法中错误的是(　　)A.NO是无色气体B.NO是汽车尾气的有害成分之一C.可以用向上排空气法收集NOD.NO在一定条件下也可作氧化剂【解析】选C。因NO可与空气中的O2反应生成NO2,故NO不能用排空气法收集,只能用排水法收集。
4.(2020·武汉高一检测)把少量的NO2气体通入过量的小苏打溶液中,再使逸出的气体通过装有足量过氧化钠颗粒的干燥管,最后收集到的气体是(　　)A.O2　　B.NO2　　C.NO2和O2　　D.CO2和NO
【解析】选C。设NO2为3 ml,涉及的反应有:3NO2+H2O====2HNO3+NO,HNO3+ NaHCO3====NaNO3+CO2↑+H2O,2Na2O2+2CO2====2Na2CO3+O2,2NO+O2====2NO2,则3 ml NO2生成2 ml HNO3和1 ml NO,通入小苏打后气体为2 ml CO2和1 ml NO,通入足量过氧化钠后气体为1 ml O2和1 ml NO,1 ml O2和1 ml NO反应后生成1 ml NO2,剩余0.5 ml O2,故最后收集到的气体为1 ml NO2和0.5 ml O2。
【补偿训练】　　(2019·淮南高一检测)将NO2、CO2的混合气体通过装有足量Na2O2的容器后,再用干燥烧瓶收集得到混合气体2.5 ml,然后倒立于水槽中,最后水充满整个烧瓶,则混合气体中NO2的物质的量是(　　)A.4 ml　　　B.3 ml　　　C.2 ml　　　D.1 ml【解析】选C。由于水能充满整个烧瓶,由反应4NO2+O2+2H2O====4HNO3可知n(NO2)= ×2.5 ml=2 ml。
【方法规律】氮的氧化物溶于水的计算的相关反应原理:3NO2+H2O====2HNO3+NO①2NO+O2====2NO2②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
5.严重的雾霾天气的形成与汽车尾气排放有关。汽车尾气中常含有CO、NOx等气体,为减轻污染,一般汽车都加装了“催化净化器”,可将汽车尾气中的有毒气体转化为无污染的气体。某化学兴趣小组在实验室模拟汽车尾气处理,设计了如图所示装置(部分夹持装置已略去)。
(1)装置Ⅲ的主要作用为________________。 (2)停止加热,打开活塞K,放入适量氧气时,装置Ⅱ中可观察到的现象是____________________。 (3)该套装置中有不完善之处,还应在装置Ⅳ后补充________________。 (4)工业上常用纯碱液来吸收NOx,有关反应的化学方程式为2NO2+Na2CO3 ====NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO3====2NaNO2+CO2。现有标准状况下a L NO2和b L NO的混合气体恰好被200 mL Na2CO3溶液完全吸收,则a、b应满足的关系为________。Na2CO3溶液的物质的量浓度为________ml·L-1(不必化简)。 
【解析】(1)CO、NO在催化剂条件下转化为N2和CO2,澄清石灰水是为了检验CO是否转化为CO2。(2)放入适量氧气时,NO与O2反应生成NO2,出现红棕色气体。(3)尾气中有未反应的CO、NO,应该有尾气处理装置。(4)根据反应2NO2+Na2CO3====NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO3====2NaNO2+CO2可知,NO2和NO的物质的量之比应大于或等于1∶1,气体才会反应完全。与NO2和NO反应的Na2CO3的物质的量为 ml,与NO2单独反应的Na2CO3的物质的量为 ml,故Na2CO3的物质的量浓度为c(Na2CO3)= ml·L-1。