高中人教版 (2019)第二节 氮及其化合物多媒体教学ppt课件

这是一份高中人教版 (2019)第二节 氮及其化合物多媒体教学ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了必备知识·自主学习，关键能力·合作学习，课堂小结等内容，欢迎下载使用。
一、氮气及氮的固定1.氮气(1)氮元素的原子结构与存在①氮原子的结构原子结构示意图:______,一般通过___________与其他原子结合。②氮元素的存在
写出有关化学方程式:①____________________;②___________________;③__________________。
3Mg+N2 Mg3N2
N2+3H2 2NH3
N2+O2 2NO
2.氮的固定(1)定义:将大气中的_______的氮转化为___________的过程。(2)分类:氮的固定
【自主探索】(1)(前后串联)根据氮气中氮元素的化合价分析氮气只能表现氧化性吗?提示:不是。氮气中元素的化合价是0价,处于中间价态,既有氧化性也有还原性。
(2)(情境思考)在国民经济和日常生活中,氮气有广泛的用途。首先,利用它“性格孤独”的特点,我们将它充灌在电灯泡里,可防止钨丝的氧化延长灯泡的使用寿命。还可用它来代替惰性气体作焊接金属时的保护气。氮气为什么可以作保护气?提示:氮气化学性质很稳定,常温下不与氧气反应,可以作保护气。
(3)(教材二次开发)根据教材“氮气的熔点:-210 ℃,沸点:-196 ℃,密度:1.25 g·L-1”数据,分析医生为什么可以利用液氮给手术刀降温即被称为“冷刀”?提示:液氮沸点低,变成气体时吸收热量造成周围温度降低。
二、一氧化氮和二氧化氮1.物理性质
2.化学性质(1)实验探究
(2)相互转化请在下面的横线上写出转化的化学方程式:①______________;②____________________。
2NO+O2====2NO2
3NO2+H2O====2HNO3+NO
【自主探索】(1)能否用排空气法收集NO?能否用排水法收集NO2?提示:均不能。原因分别是NO能与空气中的氧气发生反应,NO2能与水发生反应生成硝酸和NO。(2)(教材二次开发)教材“二氧化氮溶于水时生成硝酸”可知NO2能与水反应生成酸,所以NO2是酸性氧化物吗?在该反应中,氧化剂和还原剂的比例是多少?提示:不是。1∶2。由3NO2+H2O====2HNO3+NO知,氧化剂和还原剂的比例是1∶2。
(3)(情境思考)NO日趋成为明星分子,对人体的呼吸、免疫系统的作用越来越引起人们的重视,但有信息称NO的毒作用机制是:“通过NO和氧气的相互作用,形成毒性更强的物质。”如何验证某无色气体是NO?提示:验证某无色气体为NO的方法是向无色气体中通入O2(或空气),无色气体变为红棕色。
　知识点一　NO和NO2的性质对比 
【知识拓展】1.NO不与NaOH溶液反应,2NO2+2NaOH====NaNO3+NaNO2+H2O,因此NO、NO2都不是酸性氧化物。2.工业上可用NaOH溶液吸收NO2气体,也可吸收NO、NO2的混合气体[n(NO)∶n(NO2)≤1∶1],发生反应:NO+NO2+2NaOH====2NaNO2+H2O。
【合作探究】(1)(知识关联)“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”现在已被列入《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,所以生成1 ml N2O,转移电子的物质的量为6 ml。
(2)(思维升华) 教材“实验5-5”对工业上生产硝酸有什么启示?如何由①3NO2+H2O====2HNO3+NO及②2NO+O2====2NO2 推导出4NO2+O2+2H2O====4HNO3、 4NO+3O2+2H2O====4HNO3?(证据推理与模型认知)提示:工业上生产硝酸时,O2要过量,且要反复氧化(NO NO2)和吸收(NO2 HNO3)。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。
(3)(情境应用)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。
图1、图2试管中观察到的实验现象分别是什么?NO2与O2、NO与O2的体积满足怎样的比例,才能使混合气体完全转化成HNO3?(科学探究与创新意识)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。当V(NO2)∶V(O2)=4∶1时,NO2完全转化成HNO3。当V(NO)∶V(O2)=4∶3时,NO完全转化成HNO3。
(4)(教材二次开发)“工业上利用二氧化氮溶于水生产硝酸”工业生产硝酸的尾气中含有氮氧化物NOx(NO和NO2的混合物),对生态环境和人类健康带来较大的威胁,已知2NO2+2NaOH====NaNO2+NaNO3+H2O。根据学过的氮氧化合物的知识,你能想出一条解决的策略吗?提示:将混合气体充入足量氧气后,再通过氢氧化钠溶液。
【典例示范】【典例】(2020·舟山高一检测)已知:实验室制取NO2的反应为Cu+4HNO3(浓)====Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。某学校化学学习小组为探究二氧化氮的性质,按如图所示装置进行实验。
请回答下列问题:(1)装置甲中盛放浓硝酸的仪器A的名称是________,该装置中发生反应的离子方程式为___________________。 (2)实验过程中,装置乙、丙中出现的现象分别是________________________; __________________________________________________________________; 装置丙中的试管内发生反应的离子方程式为___________________________。 
(3)为了探究NO的还原性,可以在装置丁的导气管C中通入一种气体,通入的这种气体的名称是________。 (4)若装置丙中盛有FeSO4溶液,反应过程中溶液变为黄色,说明NO2具有________性。为了证明铁元素在该反应中的产物,可以再在溶液中滴加KSCN溶液,溶液变为________色。 
【解题指南】解答本题要明确如下三点:(1)NO2中氮元素处于中间价态,既表现氧化性,又表现还原性;(2)NO2溶于水,NO不溶于水;(3)氮氧化物都是有毒气体,实验中需要尾气吸收装置。
【解析】(1)根据仪器A的结构特点知,A为分液漏斗;在反应Cu+4HNO3(浓)==== Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O中,HNO3和Cu(NO3)2能够拆成离子形式,其余物质保留化学式形式,反应的离子方程式为Cu+4H++2 ====Cu2++2NO2↑+2H2O;(2)NO2是红棕色气体,与水反应生成无色气体NO,所以实验过程中,装置乙、丙中出现的现象分别是乙中充满红棕色气体。丙中红棕色气体溶于水,逸出无色气体;装置丙中的试管内发生反应的离子方程式为3NO2+H2O====2H++2 +NO;(3)NO能与氧气反应生成NO2,体现NO的还原性,所以通入的这种气体的名称是氧气;(4)装置丙中溶液变为黄色,说明生成了Fe3+,即Fe2+被氧化成Fe3+,说明NO2表现氧化性。检验Fe3+存在可以加入KSCN溶液,若溶液呈红色,说明生成了Fe3+。
答案:(1)分液漏斗　Cu+4H++2 ====Cu2++2NO2↑+2H2O(2)乙中充满红棕色气体　丙中红棕色气体溶于水,逸出无色气体　3NO2+H2O====2H++2 +NO(3)氧气　(4)氧化　红
【母题追问】(1)装置丙中的试管内发生反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为多少?提示:1∶2。该反应为3NO2+H2O====2HNO3+NO,2 ml NO2变成HNO3,发生氧化反应,作还原剂;1 ml NO2变成NO,发生还原反应,作氧化剂,所以氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2。(2)NO2能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,变色过程中NO2表现何种性质?提示:氧化性。湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,说明产生了I2,即KI→I2,碘元素的化合价升高,被氧化,则NO2表现氧化性。
【素养训练】1.在常温下NO2是一种能和水反应的气体,密度比空气大,现要收集一瓶气体,可采用的方法是(　　)A.向下排空气法　　　　　B.排水集气法C.向上排空气法D.排水集气法或向下排空气法【解析】选C。二氧化氮在常温下是一种能和水反应的气体,密度比空气大,因此不能采用排水法收集,只能够采用向上排空气法收集。
2.一氧化氮是最简单的分子之一,尽管它的结构简单,但对机体健康至关重要,它能防止心血管系统的老化,促进血管扩张等作用。下列关于NO的叙述不正确的是(　　)A.NO不溶于水,是一种大气污染物B.NO是一种红棕色的有毒气体C.NO结合血红蛋白的能力比CO还强D.NO与氧气反应生成NO2,体现其还原性
【解析】选B。NO是一种不溶于水的大气污染物,A项正确;NO是一种无色的气体,B项错误;NO与血红蛋白的结合能力大于CO,C项正确;NO与氧气反应的过程中化合价升高,表现还原性,D项正确。
3.将一支充满NO2红棕色气体的试管倒立在烧杯中(水中已预先加入数滴石蕊试液)。(1)试描述可能出现的实验现象_______________; ____________等。 
(2)已知带火星的木条可以在NO2中复燃,NO2的复燃能力与氧气相当,试问下列各组气体按体积比4∶1(前者∶后者)的比例混合,能使带火星的木条复燃的有________(填序号)。 A.NO2、O2　　　　　　　B.CO2、NO2C.O2、NO2D.N2、NO2
【解题指南】解答本题注意以下两个方面:(1)NO2与水反应仍有不溶于水的气体,试管中有水进入但注意进入的比例。(2)注意信息“已知带火星的木条可以在NO2中复燃,NO2的复燃能力与氧气相当”的转化及应用。
【解析】(1)将一支充满NO2红棕色气体的试管倒立在烧杯中时,二氧化氮和水反应生成一氧化氮和硝酸,试管中的压强减小,在外界大气压的作用下,溶液会进入试管;硝酸属于酸,水溶液显酸性,能使石蕊试液变红色。(2)因为NO2的复燃能力与氧气相当,故A、C相当于纯氧,故带火星的木条可以复燃,氧气约占空气体积的五分之一,空气不能使带火星的木条复燃,而B、D中NO2只占混合气体体积的五分之一,相当于空气中的氧气含量,故不会使带火星的木条复燃。答案:(1)红棕色气体颜色变浅至消失,水进入试管形成液柱,液柱高度大约占试管高度的 　溶液变红色　(2)A、C
【母题追问】(1)相同条件下,将NO和O2按体积比2∶1混合时能使带火星的木条复燃吗?提示:能,由2NO+O2====2NO2可知将NO和O2按体积比2∶1混合时能使带火星的木条复燃。(2)相同条件下,将O2和NO2 按体积比1∶4混合并且通入足量水后,还能使带火星的木条复燃吗?提示:不能。因为4NO2+O2+2H2O====4HNO3,无气体剩余。
4.(2020·杭州高一检测)NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。(1)NOx能形成酸雨,写出NO2转化为HNO3的化学方程式:____________________。其中氮元素的化合价在此反应中发生的变化是________(填序号)。 A.不变　　　　　　B.仅升高C.仅降低 D.既有升高又有降低
(2)在汽车尾气系统中装置催化转化器,可有效降低NOx的排放。①当尾气中空气不足时,NOx在催化转化器中被还原成N2排出。写出NO被CO还原的化学方程式:________________________________。 ②根据上述反应,若反应掉1.5 ml的NO,转移电子的物质的量为_______ml。 
(3)设空气中O2体积分数为0.25,N2体积分数为0.75,有水存在的条件下,氮的氧化物和一定量空气混合恰好完全反应,反应后气体体积减少一半,该氮的氧化物是________(填序号)。 和NO2物质的量之比为2∶1的混合物D.NO和NO2物质的量之比为1∶1的混合物
【解析】(1)NO2与H2O反应生成HNO3与NO。由于NO2中的氮元素的化合价为+4价,而生成物NO中的氮元素的化合价是+2价,而硝酸中的氮元素的化合价是+5价,所以NO2中氮元素的化合价既有升高又有降低。(2)①NO被CO还原成N2,由得失电子守恒和元素守恒可知CO被氧化为CO2;②根据化学方程式2NO+2CO N2+2CO2可知,反应中氮元素的化合价由+2价变成0价,所以1.5 ml NO转移电子的物质的量是3 ml。 (3)混合气体全部与空气中的氧气反应,没有物质是过量的,最终氮的氧化物与氧气、水反应生成HNO3,反应后气体体积减少一半,剩余气体为氮气,
令剩余氮气为0.75 ml,则氮的氧化物为1.5 ml-0.75 ml-0.25 ml=0.5 ml,结合选项令氮的氧化物的平均组成为NOx,根据电子转移守恒,则:(5-2x)×0.5=0.25×4,解得x=1.5,故氮的氧化物为NO和NO2的混合物,令NO和NO2的物质的量分别为a ml、b ml,则:a+b=0.5,(a+2b)/0.5=1.5,解得a=0.25,b=0.25,故NO和NO2的物质的量之比为0.25 ml∶0.25 ml=1∶1,故选D。答案:(1)3NO2+H2O====2HNO3+NO　D(2)①2NO+2CO N2+2CO2　②3　(3)D
　　知识点二　氮的氧化物溶于水的四种计算类型 1.NO和NO2的混合气体溶于水时,其反应是3NO2+H2O====2HNO3+NO。可利用气体体积变化差值进行计算。V剩=V(NO)原+ V(NO2)2.NO2+O2的混合气体溶于水时,其反应是3NO2+H2O====2HNO3+NO,2NO+O2====2NO2,总反应式为4NO2+O2+2H2O====4HNO3
3.NO和O2同时通入水中时,其反应是2NO+O2====2NO2,4NO2+O2+2H2O====4HNO3,总反应式为4NO+3O2+2H2O====4HNO3
4.NO、NO2和O2三种气体通入水中先按3NO2+H2O====2HNO3+NO计算出生成的NO体积,然后加上原来混合气体中NO体积,再按2计算。
【方法导引】氮的氧化物溶于水的计算技巧电子守恒法:当NOx转化为硝酸时要失去电子,如果是NOx与O2混合,则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。
【合作探究】1.(思维升华)若将NO和O2按照1∶1的体积比充入烧瓶中,将烧瓶倒置于盛有水的水槽中,是否有物质剩余?若有剩余,剩余的气体体积占原烧瓶体积的几分之几?(证据推理与模型认知)提示:有剩余,1/8。根据4NO+3O2+2H2O====4HNO3,可知有氧气剩余,由剩余气体的体积公式可得:
2. (情境应用)标准状况下,在一不规则的玻璃容器内充满NO2气体后,将其倒置于水槽中,假设容器中的物质不扩散至容器外,则充分反应后容器中所得溶液的物质的量浓度近似是多少?(科学探究与创新意识)
提示:0.045 ml·L-1。假设该容器的容积为3 L,则二氧化氮的体积为3 L,则:3NO2+H2O====2HNO3 + NO,3×22.4 L 2 ml1×22.4 L3 L 1 L反应前后气体的体积由3 L变为1 L,则所得溶液的体积为2 L;该溶液的溶质为硝酸,所以硝酸的物质的量浓度为
【典例示范】【典例】将V mL NO和NO2的混合气体通过水吸收后,得到a mL无色气体A,将此无色气体A与等体积O2混合,再通过水充分吸收后,收集到5 mL无色气体B。试回答:(1)A气体是____________,B气体是____________。 (2)A气体的体积是____________。 【解题指南】解答本题注意以下两点:(1)注意信息NO和NO2的混合气体通过水吸收后得到无色气体A的提取与应用。(2)注意信息无色气体A与O2混合的比例是等体积。
【解析】(1)NO2溶于水生成NO,故A为NO,NO与O2通入水中发生反应4NO+3O2+2H2O ====4HNO3,二者等体积时,O2过量,故B为O2;(2)4NO+ 3O2 +2H2O====4HNO3 a mL　 mL依题意:a- =5,a=20答案:(1)NO　O2　(2)20 mL
【易错提醒】 氮氧化物溶于水的注意事项(1)注意混合气体的种类看清到底是有关NO、O2混合气体还是NO2、O2的混合气体与H2O的反应。(2)注意剩余气体的种类最后剩余气体问题,最终剩余气体的颜色一定是无色的,说明一定没有NO2,只能是NO或O2中的一种。即使剩余NO2,NO2也会与H2O反应生成NO。(3)注意混合气体中各成分的量的关系解答氮氧化物与O2溶于水的计算题,注意氮氧化物与O2的量的关系。
【素养训练】1.在一定条件下,将6体积的NO2和一定体积的NO置于试管中,并将试管倒置于水中,当通入4.5体积的O2充分反应后,剩余1.5体积气体,则原NO体积可能为(　　)A.4体积　　　B.5体积　　　C.5.5体积　　　D.3体积【解析】选C。剩余的1.5体积气体,可能是一氧化氮,也有可能是氧气。若是一氧化氮,则氧气全部反应,二氧化氮完全反应用掉了1.5体积氧气,剩余3体积应该被一氧化氮消耗,所以一氧化氮体积为4体积+1.5体积=5.5体积;若剩余的为氧气,则此过程中一氧化氮消耗的氧气为1.5体积,所以原一氧化氮的体积是2体积。
2.如图所示,向盛有3.0 mL NO的试管中缓缓通入1.5 mL O2(所有气体体积均在标准状况下测定)。试回答下列问题。(1)写出观察到的现象(可不写满,也可补充):①___________________________________。 ②___________________________________。 ③___________________________________。 (2)最终试管中剩余的气体是________________________,其体积为_______。 
【解析】(1)NO遇O2迅速反应生成NO2:2NO+O2====2NO2,然后NO2与水反应:3NO2+H2O====2HNO3+NO,导致试管中的液面上升,最终剩余的气体是无色的NO。(2)将(1)中两个反应合并可得:4NO　+　2H2O+3O2====4HNO3 4　　　　　 3V(NO)　　　　1.5 mL解得V(NO)=2.0 mL,故最终试管内剩余NO气体,其体积为1.0 mL。答案:(1)①试管内的无色气体变为红棕色　②试管内液面上升　③试管内剩余无色气体　(2)NO　1.0 mL
【三言两语话重点】 1.明辨氮及其氧化物性质的易错点:(1)氮气与氧气反应只生成一氧化氮。(2)NO、NO2均不是酸性氧化物。(3)实验室收集NO和NO2气体的方法:收集NO时用排水法;收集NO2用向上排空气法。