高中化学苏教版 (2019)必修 第二册第一单元 氮的固定授课ppt课件

这是一份高中化学苏教版 (2019)必修 第二册第一单元 氮的固定授课ppt课件，共48页。PPT课件主要包含了自主预习·新知导学，合作探究·释疑解惑，课堂小结，NO和NO2，探究任务1，探究任务2等内容，欢迎下载使用。

一、氮气1.分子的结构。
2.存在。在自然界中,绝大多数氮元素以游离态的氮气存在于空气中。
3.物理性质。氮气是一种无色、无味的气体,约占空气总体积的78%。4.化学性质。一般认为,氮气分子是由两个氮原子通过共用三对电子结合而成的,氮气分子中存在氮氮三键,断开该化学键需要较多的能量,所以氮气分子很稳定。但在高温或放电等特殊条件下,也能与一些金属或非金属单质反应,生成含氮化合物。
【自主思考1】 金属镁在空气(不考虑空气中的二氧化碳)中燃烧可生成哪些产物?写出有关反应的化学方程式。
二、氮的固定1.定义:将空气中游离态的氮转化为含氮化合物叫作氮的固定,简称固氮。2.分类:氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式。
3.自然固氮。(1)生物固氮。自然界中的一些微生物种群(如豆科植物的根瘤菌)将空气中的氮气通过生物化学过程转化为含氮化合物(氨或铵态氮肥)作为自身的养分,约占自然固氮的90%。
(2)高能固氮。通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物,约占自然固氮的10%。俗话说,“雷雨发庄稼”。其中的原理是:雷电发生时,N2与O2化合生成NO(化学方程式为N2+O2 2NO ),NO迅速被氧化为NO2(化学方程式为2NO+O2══2NO2 ),NO2溶于水生成HNO3(化学方程式为3NO2+H2O══2HNO3+NO ),HNO3与土壤中的矿物质作用生成硝酸盐, 可被植物吸收。
4.人工固氮——合成氨。(1)工业合成氨的意义。哈伯和博施等化学家经过无数次的失败和不懈努力,最终实现了合成氨,化学方程式为N2+3H2 2NH3。合成氨工业的成功,为植物生长提供足够的氮肥,使人类免受饥荒之苦。(2)工业合成氨的措施:
【自主思考2】 汽车尾气中含有CO、NO等多种污染物,已成为城市空气的主要污染源。汽车尾气中的NO是如何产生的?写出有关反应的化学方程式。提示:汽车尾气中的NO是由空气中的氮气与氧气在内燃机中高温条件下反应生成的,N2+O2 2NO。
【自主思考3】 实验室中一般用什么方法收集NO和NO2?提示:NO微溶于水,所以实验室中一般用排水法收集NO。因为常温常压下NO与空气中的氧气发生反应生成NO2,因此不能用排空气法收集。NO2的密度比空气的密度大,实验室中一般用向上排空气法收集NO2。因为NO2与水发生反应:3NO2+H2O══2HNO3+NO,因此不能用排水法收集。
【效果自测】 1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)实验室能用排空气法收集N2、NO和NO2。(　　)(2)向一定容积的容器中充入1 ml N2和3 ml H2,充分反应能得到2 ml NH3。(　　)(3)氮气可在氧气中燃烧生成NO。(　　)(4)电闪雷鸣的雨天,雨水中含有一定量的硝酸,此时空气中可能发生的反应有N2+2O2 2NO2。(　　)
(5)除去NO中的NO2气体可以使混合气体通过蒸馏水。(　　)(6)NO、NO2、N2O3、N2O5都属于酸性氧化物。(　　)
2.下列叙述与氮的固定无关的是(　　)。A.工业上氮气与氢气化合生成氨气B.工业上将氨转化为硝酸和其他含氮化合物C.豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为含氮化合物D.电闪雷鸣的雨天,空气中的氮气会与氧气发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收答案:B解析:氮的固定是指把空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。
3.下列关于NO和NO2的说法中正确的是(　　)。A.NO2是红棕色气体,易溶于水,属于酸性氧化物B.NO2可由N2与O2直接化合得到C.NO和NO2均既可以用排空气法收集又可以用排水法收集D.NO和NO2在一定条件下可以相互转化答案:D
解析:A项,NO2不是酸性氧化物;B项,在高温或放电条件下, N2与O2直接化合生成NO;C项,NO易与空气中的氧气反应生成NO2,应该用排水法收集,NO2能与水反应,应该用排空气法收集;D项,NO与氧气反应生成NO2,NO2与水反应生成HNO3和NO。
问题引领氮循环是自然界中一种重要的循环,对生态环境的调节起着重要的作用。氮在自然界中的循环如图所示。
1.氮在自然界中主要存在形式有哪些?提示:大部分以氮气的形式存在,少部分以化合物的形式(如硝酸盐或铵盐、蛋白质等)存在。
2.氮循环中含氮物质有多种形式的转化,有的对人类生产生活有益,有的则产生负面作用,请举例说明。提示:对人类有益的有:人工固氮如合成氨,不仅为农作物的生长提供了必需的氮元素,而且为其他化工产品的生产提供了重要的原料。对人类有害的有:工业废气、汽车尾气中的氮氧化物会造成大气污染;工厂废液、生活废水中的氮元素对水体造成污染等。
3.为了促进氮的良性循环,我们应该怎么做?提示:我们要注意维护生态平衡,保护森林,植树绿化,增强生态系统对有害物质的吸收能力;不过度使用含氮化肥,以免污染土壤和水体;控制化石燃料燃烧排放的氮氧化物进入大气等。
归纳提升1.氮的固定。
2.氮气的化学性质及应用。(1)通常情况下氮气的化学性质很不活泼,很难与其他物质发生化学反应。(2)氮元素有多种变价,N2中氮元素为0价,处于中间价态,故N2既有氧化性,又有还原性。①与金属镁反应生成Mg3N2:N2+3Mg Mg3N2,氮气表现氧化性。②与氢气化合生成NH3:N2+3H2 2NH3,氮气表现氧化性。③与氧气反应生成NO:N2+O2 2NO,氮气表现还原性。
3.氮气的应用。(1)氮气是制硝酸、合成氨的原料;(2)氮气可以用作保护气;(3)液氮可以用作冷冻麻醉剂。
典型例题【例题1】 下列关于N2性质的叙述中错误的是(　　)。A.任何物质在氮气中都不能燃烧B.氮气既具有氧化性,又具有还原性C.将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定D.氮气与氧气在一定条件下反应生成一氧化氮答案:A解析:Mg可以在N2中燃烧生成Mg3N2。
(1)化合态的氮转化为游离态氮或化合态氮均不是氮的固定,且不一定为氧化还原反应,氮的固定一定是氧化还原反应。(2)N2与O2反应不能一步转化为NO2,其反应产物只能是NO,NO与O2进一步反应才产生NO2。
【变式训练1】 下列反应起到了固氮作用的是(　　)。A.工业上N2与H2在一定条件下合成NH3B.NO与O2反应生成NO2C.NH3被O2氧化成NO和H2OD.由NH3制备化肥NH4HCO3答案:A解析:由定义知,氮的固定是将空气中游离态的氮转化成含氮化合物。
问题引领将分别充满NO、NO2的两支试管倒置于两个水槽中,观察现象,稍后通过导管通入一定量的氧气。
1.图1试管中观察到的实验现象是什么?请写出发生反应的化学方程式。若有气体剩余,分析剩余气体是什么?提示:未通O2前,无明显现象,通入O2后,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。2NO+O2══2NO2, 3NO2+H2O══2HNO3+NO,剩余气体可能是O2,也可能是NO。
2.图2试管中观察到的实验现象是什么?请写出发生反应的化学方程式。若有气体剩余,分析剩余气体是什么?提示:未通O2前,红棕色气体逐渐变为无色,试管内液面上升至试管容积的 处,剩余 的气体无色,通入O2后,剩余无色气体先变成红棕色,后逐渐变为无色,试管内液面继续上升,持续通入适量O2,试管内可充满水。3NO2+H2O══2HNO3+NO, 2NO+O2══2NO2,剩余气体可能是O2,也可能是NO。
归纳提升1.氮的氧化物。氮有多种价态的氧化物,氮元素从+1~+5价都有对应的氧化物,如N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5,其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。
2.氮的氧化物溶于水的相关反应原理。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
3.氮的氧化物溶于水的三种类型。(1)只有NO2气体时,NO2气体溶于水仅涉及反应①,此时剩余气体为NO。(2)气体为NO2和O2的混合气体时,NO2和O2的混合气体溶于水涉及反应③。
(3)气体为NO和O2的混合气体时,NO、O2的混合气体溶于水涉及反应④。
4.NO2气体和溴蒸气的鉴别方法。(1)通入水中形成黄色溶液的为Br2;(2)通入AgNO3溶液中有浅黄色沉淀生成的为Br2;(3)通入CCl4中,有机层变橙红色的为Br2。
典型例题【例题2】 下列关于氮的氧化物的叙述正确的是(　　)。A.氮的氧化物只有NO、NO2B.氮的氧化物均为红棕色气体C.NO、NO2均为有毒气体D.氮的氧化物在空气中均能稳定存在答案:C
解析:氮的氧化物包括NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等,A项错误;NO为无色气体,B项错误;NO、NO2均为有毒气体,C项正确;NO在空气中易被O2氧化为NO2,D项错误。
【例题3】 将V mL NO和NO2的混合气通过水吸收后,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。请回答下列问题。(1)无色气体A是　　　　　,无色气体B是　 。 (2)无色气体A的体积是　　　　　。 答案:(1)NO　O2　(2)20 mL
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
方法技巧 利用“守恒法”巧解氮氧化物溶于水的计算题。(1)反应原理:无论是单一气体(NO2),还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体,反应的实质都是3NO2+H2O══2HNO3+NO、2NO+O2══2NO2,若有气体剩余,则只能是NO或O2,不可能是NO2。(2)氮原子守恒:反应后若无NO剩余,则有n(HNO3)=n(NO2)+n(NO)。(3)得失电子守恒:4n(O2)=n(NO2)+3n(NO)。
【变式训练2】 将装有50 mL NO2、NO混合气体的量筒倒立于水槽中,反应后气体体积缩小为30 mL,则原混合气体中NO2和NO的体积比是(　　)。A.5∶3B.3∶5C.3∶2D.2∶3答案:C
解析:运用差量法计算。设混合气体中NO2的体积为x,3NO2+H2O══2HNO3+NO　　ΔV 3 1 2 x　　　　　　　　　　　　50 mL-30 mL
则原混合气体中NO为50 mL-30 mL=20 mL。所以V(NO2)∶V(NO)=30 mL∶20 mL=3∶2。