高中化学第五章化工生产中的重要非金属元素第二节第1课时氮气与氮的固定一氧化氮和二氧化氮课件新人教版必修第二册 24页

第 1 课时 　 氮气与氮的固定 　 一氧化氮和二氧化氮 知识铺垫 新知预习 自主测试 1 . 空气中主要含有 氮气 和 氧气 , 其中 氮气 的性质稳定 , 可作保护气。 2 .N 2 的密度与空气相差不大 , 不可采用 排空气 法收集 , 可用 排水 法收集。 知识铺垫 新知预习 自主测试 一、氮气与氮的固定 1 . 自然界中的氮元素 2 . 氮气的化学性质 (1) 稳定性 : 通常情况下氮气难与其他物质发生化学反应 , 无法被大多数生物体直接吸收。 【微思考】 为何氮气的化学性质很稳定 ? 提示 氮分子内两个氮原子之间以共价三键结合 , 断开该化学键需要较多的能量。 知识铺垫 新知预习 自主测试 (2) 氮气与金属或非金属单质的反应 3 . 氮的固定 (1) 定义 : 将 大气中游离态的氮 转化为 氮的化合物 的过程。 (2) 分类 ① 自然固氮 : 大自然通过 闪电 释放的能量将空气中的氮气转化为 含氮的化合物 , 或者通过豆科植物的 根瘤菌 将氮气转化为 氨 。 ② 人工固氮 : 人类通过控制条件 , 将氮气氧化或还原为氮的化合物。最重要的人工固氮途径是 工业合成氨 。 知识铺垫 新知预习 自主测试 二、一氧化氮和二氧化氮 1 . 物理性质 2 . 化学性质 (1) 常温下 ,NO 不稳定 , 易与 O 2 结合。 化学方程式为 2NO+O 2 === 2NO 2 。 (2)NO 2 溶于水时与水发生反应。 化学方程式为 3NO 2 +H 2 O === 2HNO 3 +NO 。 知识铺垫 新知预习 自主测试 1 . 判断正误 ( 正确的打“ √ ” , 错误的打“ ×”) (1)NO 和 NO 2 的颜色、气味、水溶性不同 , 但它们都是有毒的气体。 ( 　　 ) (2) 实验室只能用排水法收集 NO, 用向上排空气法收集 NO 2 。 ( 　　 ) (3)NO 具有较强的还原性 , 在空气中极易被氧化。 ( 　　 ) (4) 将盛满 NO 的试管打开塞子置于空气中 , 无色气体变为红棕色。 ( 　　 ) (5) 打磨好的镁带在空气中燃烧可得到纯净的 Mg 3 N 2 。 ( 　　 ) 答案 : (1) √ 　 (2) √ 　 (3) √ 　 (4) √ 　 (5)× 知识铺垫 新知预习 自主测试 2 . 下列过程没有起到氮的固定作用的是 ( 　　 ) A.N 2 与 O 2 反应生成 NO B.NH 3 经催化氧化生成 NO C.N 2 与 H 2 在一定条件下合成氨 D. 豆科植物的根瘤菌将空气中的氮气转化为含氮化合物 答案 : B 知识铺垫 新知预习 自主测试 3 . 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 一氧化氮和二氧化氮都可用排水法收集 B. 二氧化氮既有氧化性 , 又有还原性 C. 通常情况下 , 二氧化氮和一氧化氮都是无色的有毒气体 D. 一氧化氮只具有还原性 答案 : B 解析 : NO 2 易溶于水 , 且溶于水时与水发生反应 , 不能用排水法收集 ,A 项错误 ; 二氧化氮与水反应时 , 既作氧化剂又作还原剂 ,B 项正确 ; 通常情况下 , 一氧化氮为无色气体 , 二氧化氮为红棕色气体 , 它们都是有毒气体 ,C 项错误 ; 一氧化氮中氮元素显 +2 价 , 很容易被氧化 , 作还原剂 , 具有还原性 , 也可以被还原 , 作氧化剂 , 具有氧化性 ,D 项错误。 任务 素养脉络 随堂检测 氮的氧化物溶于水的有关计算 问题探究 【实验探究】 NO 2 被 H 2 O 吸收的实验 NO 2 能溶于 H 2 O 并发生反应 , 为了使 NO 2 尽可能被 H 2 O 吸收 , 某化学兴趣小组设计了如下实验步骤 , 以探究 NO 2 被 H 2 O 吸收的程度。 步骤 ① : 将盛满 NO 2 气体的试管倒置于盛水的水槽中 , 如图甲所示。 任务 素养脉络 随堂检测 步骤 ② : 将 O 2 缓慢通入步骤 ① 的试管中 , 如图乙所示。 任务 素养脉络 随堂检测 1 . 步骤 ① 中 : 试管内气体的颜色和水位有何变化 ? 发生反应的化学方程式是什么 ? 2 . 步骤 ② 中试管内气体的颜色和体积怎样变化 , 试管内水位怎样变化 ? 主要发生哪些反应 ? 提示 缓慢通入 O 2 时 , 试管内无色气体变为红棕色 , 后又变为无色 , 但气体体积减小 , 液面不断上升。发生反应 :2NO+O 2 === 2NO 2 ,3NO 2 +H 2 O === 2HNO 3 +NO 。 任务 素养脉络 随堂检测 3 . 当液体充满整个试管时 , 通入的 O 2 与原试管内的 NO 2 体积之比是多少 ? 写出总反应的化学方程式。 提示 当液体充满试管时 ,NO 2 和通入的 O 2 恰好完全反应生成 HNO 3 , 即 4NO 2 +O 2 +2H 2 O === 4HNO 3 , 因此 V (NO 2 ) ∶ V (O 2 )=4 ∶ 1 。 4 . 在相同条件下 , 向同一试管中分别通入 NO 和 O 2 , 然后倒置于水槽中 , 若溶液充满试管 , 则通入的 NO 和 O 2 的体积比为多少 ? 提示 4 ∶ 3 。 任务 素养脉络 随堂检测 知识拓展 氮的氧化物溶于水的有关定量关系 1 . 相关反应原理 3NO 2 +H 2 O === 2HNO 3 +NO ① 2NO+O 2 === 2NO 2 ② 由方程式 ① ×2+ ② 得 :4NO 2 +O 2 +2H 2 O === 4HNO 3 ③ 由方程式 ① ×2+ ② ×3 得 :4NO+3O 2 +2H 2 O === 4HNO 3 ④ 任务 素养脉络 随堂检测 2 . 氮氧化物溶于水的不同情况及剩余气体分析 (1)NO 2 与 O 2 的混合气体溶于水 ( 反应 ③ ) 温馨提示 : 氮的氧化物与 O 2 的混合气体溶于水时 , 剩余的气体可能是 O 2 , 也可能是 NO, 但不可能是 NO 2 , 因为 NO 2 会与水反应生成 HNO 3 和 NO 。 任务 素养脉络 随堂检测 素能应用 典例 一定条件下 , 将等体积的 NO 和 O 2 充入同一试管 , 并将试管倒立于水槽中 , 充分反应后剩余气体的体积约为原气体总体积的 ( 　　 ) 答案 : C 任务 素养脉络 随堂检测 变式训练 将 40 mL NO 2 和 NO 的混合气体通入倒立于水槽中盛满水的试管里 , 充分反应后试管中剩余 20 mL 气体 , 则原混合气体中 NO 2 和 NO 的体积比为 ( 　　 ) A.2 ∶ 1 B.1 ∶ 3 C.3 ∶ 1 D.1 ∶ 1 答案 : C 解析 : 所以原混合气体中 V (NO)=40 mL-30 mL=10 mL, 因此 V (NO 2 ) ∶ V (NO)=30 mL ∶ 10 mL=3 ∶ 1 。 任务 素养脉络 随堂检测 任务 素养脉络 随堂检测 1 . 下列关于氮气的说法中错误的是 ( 　　 ) A. 通常情况下 N 2 性质很稳定 , 所以 N 2 可以在电焊时作保护气 答案 : C 解析 : N 2 很稳定 , 常用作保护气 ; 在高温下 N 2 与 O 2 产生的 NO 易被氧化为 NO 2 , 故汽车尾气会造成环境污染 ;N 2 在空气中的体积含量约为 ;N 2 与金属 Mg 反应时 , 作氧化剂。 任务 素养脉络 随堂检测 2 . 下列关于 NO 和 NO 2 的叙述正确的是 ( 　　 ) A.NO 是一种红棕色气体 B. 常温常压下 ,NO 不能与空气中的氧气直接化合 C. 含等质量的氧元素的 NO 和 CO 的物质的量相等 D.NO 2 可用排水法收集 答案 : C 解析 : 解答本题要抓住 NO 易被氧化、 NO 2 易与水反应的特点。 NO 是无色的气体 ,A 项错误 ; 常温常压下 ,NO 易与空气中的氧气直接化合生成 NO 2 ,B 项错误 ;NO 2 能与水反应 , 故不能用排水法收集 ,D 项错误。 任务 素养脉络 随堂检测 3 . 下列物质的转化必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是 ( 　　 ) ① N 2 →NO 2 　 ② NO 2 →NO 　 ③ NO 2 →HNO 3 　 ④ N 2 →NO A. ① B. ② C. ④ D. ③ 答案 : C 解析 : 该题有两个要求 :(1) 必须加入氧化剂 ;(2) 通过一步反应就能完成。反应 ① 、 ③ 、 ④ 从化合价角度来看都有元素化合价升高 , 但反应 ① N 2 →NO 2 不能通过一步反应完成 ; 而反应 ③ NO 2 →HNO 3 中 , 虽然氮元素的化合价升高 , 但不加氧化剂也能完成 , 如反应 3NO 2 +H 2 O === 2HNO 3 +NO,NO 2 既是氧化剂又是还原剂 ; 只有反应 ④ N 2 →NO 必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成。 任务 素养脉络 随堂检测 4 .NO 2 溶于水时 , 与水反应 , 该反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比是 ( 　　 ) A.2 ∶ 1 B.1 ∶ 2 C.3 ∶ 1 D.1 ∶ 3 答案 : B 解析 : NO 2 与 H 2 O 的反应中 ,NO 2 既作氧化剂又作还原剂 : 根据得失电子守恒 , n ( 氧化剂 ) ∶ n ( 还原剂 )=1 ∶ 2 。 任务 素养脉络 随堂检测 5 . 如图所示 , 室温下向盛有 3.0 mL NO 的试管中缓缓通入 1.5 mL O 2 ( 所有气体体积均在标准状况下测定 ) 。 请回答下列问题 : (1) 写出观察到的现象 : ① 　 ;   ② 　 ;   ③ 　 。   (2) 最终试管中剩余的气体是 　　　　 , 体积为 　　　 。   答案 : (1) ① 通入 O 2 后试管内气体变为红棕色　 ② 试管内液面升高　 ③ 最后试管内液体没有全部充满 , 有无色气体剩余 (2)NO 　 1.0 mL 任务 素养脉络 随堂检测