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1、 人教版2019 高一第二节第二节 氮及其化合物氮及其化合物第第1课时：氮气与氮的固定课时：氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮一氧化氮和二氧化氮第五章 化工生产中的重要非金属元素CONTENTS目录氮气与氮的固定氮气与氮的固定01一氧化氮和二氧化氮一氧化氮和二氧化氮02学习目标 1.通过阅读思考、讨论交流，了解氮气分子的结构、化学性质，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义，体会性质决定用途的核心理念。2.通过实验探究、原理分析，从氮的氧化物的类别及氮的化合价的角度了解一氧化氮和二氧化氮的主要性质、用途及相互转化关系，结合真实情境中的应用实例，熟知氮的氧化物溶于水
2、的反应特点，感受化学变化的奇妙。新课导入新课导入神奇的大自然神奇的大自然“雷雨发庄稼雷雨发庄稼”新课导入新课导入 在自然界里，氮元素主要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蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。在雷电的环境下，大自然中的一氧化氮或微生物生命活动放出二氧化氮。产生的二氧化氮与水反应生成硝酸，硝酸可以供制氮肥。因此，俗语有云“雷雨发庄稼”。PART 01氮气与氮的固定氮气与氮的固定0 01 1氮气与氮的固定任务一、氮元素的存在及氮的固定任务一、氮元素的存在及氮的固定学生活动学生活动1：阅读教材P11页第一自然段，结合视频素材，回答氮元素在自
3、然界的存在方式是什么？在自然界里，氮元素主要存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里。0 01 1氮气与氮的固定任务一、任务一、氮元素的存在及氮的固定氮元素的存在及氮的固定氮元素在自然界中有两种存在形态：游离态：游离态：游离态：游离态：主要以氮分子的形式存在于空气中。(78%)(78%)氮气氧气氧气 (21%)(21%)空气的成分(按体积)化化化化合合合合态态态态：部分存在于动植物体内的蛋蛋白白质质中中；部部分存在于土壤、海洋里的的硝酸盐和铵盐中。其他其他1%1%0 01 1氮气与氮的固定任务一、任务一、氮元素的存在及氮的固定氮元素的存在及氮的固定学生活动学生
4、活动2：阅读教材P11页第二自然段内容，思考什么是氮的固定？氮的固定有哪些方法？定义：定义：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫氮的固定。分类分类人工固氮：人工固氮：通过人工方法将游离态氮转化为化合态氮的过程叫人工固氮，如工业合成氨等。自然固氮：自然固氮：大自然通过闪电释放能量将氮气转化为含氮的化合物（高高能固氮能固氮），或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化为氨（生物固氮生物固氮）。0 01 1氮气与氮的固定任务一、任务一、氮元素的存在及氮的固定氮元素的存在及氮的固定【温馨提示】【温馨提示】氮的固定必须为将游离态的N2转化为化合态含氮物质的过程，为氧化还原反应。自然中的氮循环如下图所示：益
5、处：益处：人工固氮如合成氨，为农作物的生长提供了必需的氮元素等害害处处：工业废气、汽车尾气中的氮氧化物会造成大气污染等0 01 1对应训练【典例1】下列关于氮元素说法中，不正确的是（）A工业上氢气和氮气合成氨属于人工固氮B闪电时，大气中氮的氧化物的生成属于氮的固定C氮元素在自然界有游离态和化合态D非金属单质氮气在化学反应中只能作氧化剂D【解析】氮的固定是指游离态氮转化为化合态氮的过程，工业上氢气和氮气合成氨属于人工固氮，故A正确；闪电时，大气中氮气转化为氮的氧化物属于氮的固定，故B正确；氮元素在自然界有游离态(氮气)和化合态(铵态氮和硝态氮等)，故C正确；非金属单质氮气在化学反应中能作氧化剂，
6、也能作还原剂，如氮气与氧气反应中，氮气作还原剂，故D错误。0 01 1对应训练D【典例2】氮是动植物生长不可缺少的元素，含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如图所示的氮元素的循环过程，下列说法不正确的是()A过程“雷电作用”中发生的反应是N2O22NOB过程“固氮作用”中，氮气被还原C中涉及的反应可能有2NOO2=2NOD中涉及的反应可能有2NO12H=N26H2O0 01 1对应训练【解析】过程“雷电作用”中氮气与氧气化合生成NO，即发生的反应是N2O22NO，A正确；过程“固氮作用”中氮元素化合价降低，氮气被还原，B正确；中NO被氧化为NO，涉及的反应可能有2NOO2=2NO，C正确
7、；中氮元素化合价降低，NO被还原，涉及的反应不可能为2NO12H=N26H2O，因为此反应中只有元素化合价降低，没有元素化合价升高，且电荷不守恒，故D错误。0 01 1氮气与氮的固定任务二、氮气的结构与性质任务二、氮气的结构与性质学生活动学生活动1：根据氮元素在周期表中的位置，推测氮气的结构及性质有何特点？氮元素位于元素周期表的第二周期第A族，氮原子最外层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。氮分子电子式：结构式：球棍模型：【温馨提示】【温馨提示】两个氮原子间以共价三键结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定很稳定很稳定很稳定，通常难以与其它物质反应。N电子
8、式原子结构0 01 1氮气与氮的固定任务一、任务一、氮气的结构与性质氮气的结构与性质学生活动学生活动2：阅读教材P11-12页内容，结合教材P12页“科学史话”栏目，思考氮气具有哪些重要的性质？物理性质：物理性质：氮气氮气颜色颜色状态状态气味气味密度密度熔点熔点沸点沸点溶解性溶解性气体气体密度与密度与空气接空气接近近-210-210-196-196 无色无色无味无味难难溶于水溶于水收集氮气时用排收集氮气时用排水法不用排空法水法不用排空法0 01 1氮气与氮的固定任务一、任务一、氮气的结构与性质氮气的结构与性质化学性质：化学性质：a.a.通常情况下，氮气较稳定，与其他物质不反应。b.在放电或高温
9、下，能与氧气反应生成NO：N2O22NO，N2体现还原性。0 01 1氮气与氮的固定任务一、任务一、氮气的结构与性质氮气的结构与性质化学性质：化学性质：c.在一定条件下雨活泼金属反应：3Mg+N2Mg3N2,N2体现氧化性。d.在高温、高压条件下，能与氢气化合（工业上合成氨）：N2+3H22NH3，N2体现氧化性。0 01 1氮气与氮的固定任务一、任务一、氮气的结构与性质氮气的结构与性质用途：用途：焊接金属、灯泡作保护气医疗液氮冷冻麻醉剂液氮超导材料化工原料硝酸食品包装中防腐0 01 1对应训练【典例1】下列叙述错误的是（）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
10、在自然界中C氮元素最外层有5个电子D氮分子中的两个氮原子通过离子键结合D【解析】氮原子核外K、L层依次排有2、5个电子，氮元素位于元素周期表的第二周期、第VA族，A、C项正确；在自然界里，氮元素主要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蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中，B项正确；氮分子中两个氮原子间以共价三键(NN)结合，D项错误。0 01 1对应训练【典例2】下列关于N2的说法中错误的是（）A豆科植物的根瘤菌将N2转换为氮的化合物不属于氮的固定BN2+O2=2NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要原因之一CN2在空气中约占空气总体积的78%D在反应：
11、3Mg+N2=Mg3N2中N2作氧化剂A【解析】A豆科植物的根瘤菌将空气中的氮转化为化合态的氮，N是游离态氮元素变化为化合态，A错误；B汽车中的火花塞在打火过程中能引发氮气和氧气反应生成NO，产生的NO会导致空气污染，B正确；C氧气约占空气体积的21%，氮气约占空气体积的78%，C正确；D在反应：3Mg+N2=Mg3N2中，氮由0价变为-3价，氮气是氧化剂，D正确；故选A。PART 02一氧化氮和二氧化氮一氧化氮和二氧化氮0 02 2一氧化氮和二氧化氮任务一、一氧化氮和二氧化氮的性质任务一、一氧化氮和二氧化氮的性质0 02 2一氧化氮和二氧化氮任务一、一氧化氮和二氧化氮的性质任务一、一氧化氮和
12、二氧化氮的性质学生活动学生活动1：结合氮原子的结构及氮元素化合价特点，思考氮元素形成氧化物的类型有哪些？氧化物NON2O3N2O5对应氮的化合价1244N2ONO2N2O435N2O俗俗称称笑笑气气，具有麻醉作用具有麻醉作用酸性氧化物酸性氧化物HNOHNO2 2HNOHNO3 30 02 2一氧化氮和二氧化氮任务一、一氧化氮和二氧化氮的性质任务一、一氧化氮和二氧化氮的性质学生活动学生活动2：讨论交流：阅读教材P13页内容，完成教材P13页【实验5-5】（观看实验视频），思考一氧化氮和二氧化氮具有哪些重要的性质？0 02 2一氧化氮和二氧化氮任务一、任务一、一氧化氮和二氧化氮的性质一氧化氮和二氧
13、化氮的性质【实验5-5】0 02 2一氧化氮和二氧化氮任务一、一氧化氮和二氧化氮的性质任务一、一氧化氮和二氧化氮的性质【实验5-5】实验装置实验操作在一支50mL的注射器里充入20mLNO，然后吸入5mL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10mL空气后夹上弹簧夹，观察现象，然后振荡注射器，再观察现象。现象振荡前：振荡后：无明显现象无色气体变红棕色红棕色变为无色NO为无色无味的有毒气体，难溶于水，常温下，NO不稳定，具有还原性，易被氧化：2NOO2=2NO2。故只能用排水法收集。NONO20 02 2一氧化氮和二氧化氮任务一、一氧化氮和二氧化氮的性质任务一、
14、一氧化氮和二氧化氮的性质NO2为红棕色、有刺激性气味的气体，有毒，溶于水时与水发生歧化反应：3NO2H2O=2HNO3NO。只能用向上排空气法收集。NO2能与NaOH溶液反应，化学方程式为2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O。NO和NO2都不是酸性氧化物，NO与碱、酸都不能反应生成盐和水，属于不成盐氧化物；NO2与碱溶液发生氧化还原反应生成两种盐，也不属于酸性氧化物。0 02 2对应训练【典例1】最新的病毒学研究证实，一氧化氮对SARS病毒有直接抑制作用。下列关于一氧化氮的叙述正确的是()A一氧化氮是一种红棕色气体B常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合C一氧化氮可由氮气和氧
15、气在放电条件下直接化合得到D一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集C【解析】NO是一种无色难溶于水的气体，可以用排水法收集；常温常压下，NO容易与氧气直接化合生成NO2。0 02 2对应训练【典例2】下列有关NO2的说法中正确的是()ANO2能与水反应生成硝酸，在反应中NO2只是还原剂B除去O2中混有的NO2，可将混合气体通过水，将NO2溶解CNO2与溴蒸气的鉴别可用NaOH溶液，溶于NaOH溶液得无色溶液的是NO2，得橙色溶液的为溴蒸气D在NO2与水的反应中氧化剂与还原剂的质量之比为12D【解析】除去O2中混有的NO2，将混合气体通过水，NO2溶解的同时又生成新的杂质NO，且NO又能与O2反应，
16、故B项错误；NO2、溴蒸气分别与NaOH溶液反应均得无色溶液，所以NaOH溶液无法鉴别NO2与溴蒸气，故C项错误。0 02 2一氧化氮和二氧化氮任务二、探究一氧化氮和二氧化氮与水的反应及计算任务二、探究一氧化氮和二氧化氮与水的反应及计算学生活动学生活动1：探究：联系NO2、NO的性质，若将充满NO2、NO的试管分别倒置于水槽中（如下图），并通过导管通入少量的氧气有何现象？并分析其原理。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。当V(NO2)V(O2)4 1时，NO2完全转化成HNO3。图2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O
17、2，试管内可充满水。当V(NO)V(O2)4 3时，NO完全转化成HNO3。0 02 2一氧化氮和二氧化氮任务二、任务二、探究一氧化氮和二氧化氮与水的反应及计算探究一氧化氮和二氧化氮与水的反应及计算学生活动学生活动2：拓展探究：结合教材P13页“思考与讨论”，思考氮的氧化物溶于水的原理是什么？对工业上生产硝酸有什么启示？氮的氧化物溶于水的相关原理：3NO2H2O=2HNO3NO2NOO2=2NO2由方程式2得：4NO2O22H2O=4HNO3由方程式23得：4NO3O22H2O=4HNO30 02 2一氧化氮和二氧化氮任务二任务二、探究一氧化氮和二氧化氮与水的反应及计算、探究一氧化氮和二氧化氮
18、与水的反应及计算NO2气体溶于水时仅涉及反应：剩余气体为NO。NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应，且存在下列几种情况：xV(NO2)/V(O2)0 x4/1反应情况NO、O2的混合气体溶于水时涉及反应，也存在下列几种情况：xV(NO)/V(O2)0 x4/3反应情况O2过量，剩余气体为O2恰好完全反应，无气体剩余NO2过量又发生反应，只剩余NOO2过量，剩余O2恰好完全反应，无气体剩余NO过量，剩余NO0 02 2一氧化氮和二氧化氮任务二、任务二、探究一氧化氮和二氧化氮与水的反应及计算探究一氧化氮和二氧化氮与水的反应及计算工业制取硝酸工厂的尾气中含有NO、NO2，从减少污染物的排放及原料的
19、充分利用角度考虑，可向尾气中通入过量的空气，再用足量的水吸收，即可将NO、NO2完全转化为HNO3。【温馨提示】【温馨提示】NO易与O2反应、不溶于水、不与水反应，因此收集NO用排水法，用排空气法。NO2易与水反应，但很难被O2氧化，因此收集NO2用向上排空气法，不可用排水法。NO2和N2O4是两种不同的氧化物，通常情况下，NO2能进行自身二聚：2NO2(红棕色)N2O4(无色)，故NO2中总混有N2O4。0 02 2一氧化氮和二氧化氮【归纳总结】【归纳总结】一氧化氮和二氧化氮的比较一氧化氮和二氧化氮的比较性性 质质NONO2物理性质毒性与水反应与氧气反应实验室制备收集方法对环境影响无色、无味
20、的有毒气体，难溶于水红棕色、有刺激性气味的有毒气体不反应(难溶于水)3NO2+H2O=2HNO3+NO2NO+O2=2NO2不反应铜与稀硝酸反应铜与浓硝酸反应常用排水法常用向上排空气法导致光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层有毒（跟血红蛋白结合）有毒0 02 2对应训练【典例1】一定条件下，将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原总体积的()A.1/4B.3/4C.1/8D.3/8C【解析】NO、O2、H2O之间的反应，先判断是否过量，若过量，找出剩余的气体，计算其体积是多少，最后算出剩余气体的体积占原总体积的分数。由方程式4NO3O22H2O=4H
21、NO3计算，NO和O2等体积混合，剩余O2体积1/4，是原混合气体的1/8。0 02 2对应训练【典例2】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()可能是N2与NO2的混合气体可能是NO2气体可能是NO与NO2的混合气体只可能是NO2一种气体ABCDB【解析】是红棕色气体，那么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，则肯定错误；如果有少量的氧气，大量的二氧化氮时可以成立
22、；中通入足量的氧气，NO也可以全部被吸收。课堂练习课堂练习1下列关于氮气的说法中，正确的是()A通常情况下，氮气性质比较稳定B可在氧气中燃烧，生成一氧化氮C1molN2与3molH2完全反应生成2molNH3D氮元素是活泼的非金属元素，氮气在化学反应中只能作氧化剂A【解析】氮气分子中含有氮氮三键，性质比较稳定，A项正确；N2不能在O2中燃烧，N2与O2在放电或高温条件下反应生成NO，B项错误；N2与H2的反应是可逆反应，1molN2与3molH2不可能完全反应生成2molNH3，C项错误；氮气中氮元素的化合价为0价，在化学反应中既可以升高也可以降低，既可作氧化剂，也可作还原剂，D项错误。课堂练
23、习课堂练习2下列有关NO2的说法正确的是()ANO2可由N2与O2反应直接制备BNO2有毒，但因其易溶于水且与水反应，因此不属于大气污染物CNO2既有氧化性也有还原性DNO2为红棕色气体，因此将NO2通入水中，溶液显红棕色C【解析】N2与O2在放电或高温条件下反应生成NO，不能直接生成NO2，A项错误；NO2属于大气污染物，B项错误；NO2与H2O反应生成HNO3和NO，说明NO2既有氧化性也有还原性，C项正确；NO2通入水中，生成NO和HNO3，溶液呈无色，D项错误。课堂练习课堂练习3.某无色混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种。现将此混合气体通过品红溶液，品红
24、溶液褪色；然后向剩余气体中通入空气，很快变为红棕色。则下列对原混合气体成分的判断中正确的是()A肯定含有SO2和NOB肯定没有Cl2、O2和NOC可能含有Cl2和O2D肯定含有Cl2和NOA【解析】混合气体无色，排除红棕色的NO2和黄绿色的Cl2；混合气体通过品红溶液，品红溶液褪色，说明含有SO2；向剩余气体中通入空气，很快变为红棕色，说明存在NO，则可推知一定不存在O2。故原混合气体中一定存在SO2和NO，肯定没有O2、NO2和Cl2。课堂练习课堂练习4将盛有1molNO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中，再通入0.4molO2，充分反应后，整个试管充满水。则原混合气体中NO与NO2
25、体积比为()A12B25C37D无法确定C【解析】设1molNO和NO2的混合气体中有amolNO和(1a)molNO2，根据4NO3O22H2O=4HNO3和4NO2O22H2O=4HNO3可得：3a/4(1-a)/40.4，所以a0.3，V(NO)V(NO2)37。课堂总结课堂总结延时符氮及氮的氮及氮的氧化物氧化物一氧化氮二氧化氮氮氮物理 性质物理 性质化学性质化学性质无色难溶于水的气体红棕色有刺激性气味气体，易溶于水、易液化氮气物理性质存 在固 定稳定、一定条件下于O2、Mg、H2等反应存在：空气、土壤、海洋、动植物体内固定：自然固氮、人工固氮氮气化学性质无色、无味、难溶于水，密度与空气相近，熔、沸点低与O2反应与H2O、碱反应