资源简介

(共40张PPT)
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
（一）
学习目标
一
通过自然界中的氮循环，了解氮循环的基本过程，认识氮循环过程中的重要物质。
二
了解生物固氮和人工固氮形式，认识氮气在一定条件下能够与氧气、氢气发生反应，了解氮的固定的相关知识。
三
了解氮的两种氧化物（NO和NO2）；了解自然界中形成硝酸的过程。
四
知道工业制硝酸的反应原理。
目录
CONTENTS
氮气
氮的氧化物
1
2
在新疆与青海交界处有一山谷，经常电闪雷鸣，把人畜击毙。当地的农民把它称为“魔鬼谷”，可奇怪的是这里却牧草茂盛，四季常青。
氮元素在元素周期表中的位置
氮元素位于元素周期表的第二周期，VA族。
氮原子的最外层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。一般通过共用电子对与其他原子结合。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。
01
氮气
氮的存在方式
游离态：在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中
化合态：少部分存在于生物的蛋白质中、以及土壤、海洋中的硝酸盐和铵盐。
空气中的氮气
土壤海洋中硝酸盐和铵盐
动植物蛋白质
氮是自然界各种生物体生命活动不可缺少的重要元素，自然界是怎样通过氮的循环为生物体提供氮元素的呢？
想一想：
氮气的物理性质
无色、无味的气体，密度与空气接近，难溶于水
思考：氮气在低温加压时可以液化形成液氮，液氮汽化会吸热使温度降低，你知道液氮有什么用途吗？
氮气
熔点：-210 ℃
沸点：-196 ℃
密度：1.25 g/L
氮气的物理性质
液氮
冷冻治疗
液氮食品
氮气的物理性质
思考：对比氧气和氮气的沸点，如何从空气中获得氮气？
氧气
熔点：-218.4 ℃
沸点：-183 ℃
密度：1.25 g/L
氮气
熔点：-210 ℃
沸点：-196 ℃
密度：1.25 g/L
氮气的物理性质
工业制氮气：
空气(气态)
空气(液态)
低温
加压
N2(气态)
O2(液态)
实验室制氮气：
NH4Cl+NaNO2 NaCl+2H2O+N2↑
思考：实验中用什么方法收集氮气、检验氮气的？说明氮气具有哪些化学性质
氮气的化学性质
氮的结构：
N的原子结构示意图
N2的电子式
N2的结构式
N2的球棍模型
由于氮分子内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，通常情况下难以与其他物质发生化学反应，无法被大多数生物体直接吸收。
氮气的化学性质
稳定性：
常温下，N2的化学性质很稳定，通常情况下难以与其他物质发生化学反应反应
焊接保护气
充氮灯泡
食品保护气
氮气的化学性质
在高温、放电等条件下，氮分子获得了足够的能量，使氮氮三键断裂，氮气能够与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应。
N2+ O2 2NO
放电或高温
得到2×2e-
失去2×2e-
还原剂
氧化剂
失去6×e-
得到2×3e-
氧化剂
还原剂
N2+ 3H2 2NH3
氮气的化学性质
失去3×2e-
得到2×3e-
氧化剂
还原剂
N2+ 3Mg Mg3N2
点燃
氮在自然界中的循环示意图
氮的价-类二维图
-3
0
+1
+2
+3
+4
+5
NH3
N2
N2O
NO
N2O3
NO2、N2O4
N2O5
HNO3
HNO2
NaNO3
NaNO2
Mg3N2
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成氨，从而实现自然固氮。
人 工 固 氮
合 成 氨
氮的固定：将游离态的氮转变为氮的化合物
人 工 固 氮
自 然 固 氮
N2+ 3H2 2NH3
豆科植物根瘤菌固氮
N2+ O2 2NO
放电
N2+ O2 2NO
放电或高温
NO使人中毒原理与CO相似，被人体吸收后与血红蛋白结合，使血红蛋白失去携带氧的能力导致中毒。燃油汽车发动机中会进行该反应，产生的NO是汽车尾气中的一种污染气体。
信使分子——NO
1998年的诺贝尔生理学和医学奖颁给了发现“NO是心血管系统的信号分子”的三位美国科学家。
心脏急救药硝酸甘油的主要作用就是通过释放NO，可使血管平滑肌松弛，周围血管舒张，外周阻力减小，回心血量减少等，从而使心绞痛得到缓解。
弗里茨·哈伯
第一个从空气中制造出氨的科学家，加速了世界农业的发展，因此获得1918年诺贝尔化学奖。
卡尔·博施
改进了高压合成氨的催化方法，实现了合成氨的工业化生产，并在发展高压化学方面取得成就。因此获得1931年诺贝尔化学奖。
工业合成氨
格哈德·埃特尔
发现了哈伯-博施合成氨的作用机理，并以此为开端推动了表面化学动力学的发展。因此获得2007年诺贝尔化学奖。
典例集训
【例1】起固定氮作用的化学反应是
A．氮气与氢气在一定条件下反应生成氨气
B．一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮
C．氨气经催化氧化生成一氧化氮
D．由氨气制碳酸氢铵和硫酸铵
A
典例集训
【例2】氮在自然界中的转化是一个复杂的过程，如图所示的氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分。
（1）循环图中能够说明含氮有机物可以转化为无机物的是___________(填转化序号)。
（2）循环图中转化④的反应之一可表示为NH4++2O2 X+2H++H2O，写出X的化学式：_______。
（3）下列有关氮循环说法正确的是___________。
a．图中转化②③④都属于氮的固定 b．雷雨天气容易发生转化②的过程
c．动植物蛋白质中一定含有氮元素
（4）氨气与二氧化氮在一定条件下可以发生反应，生成参与大气循环的物质，写出反应的化学方程式：___________________________________。
⑥
NO3-
b c
8NH3+6NO2 7N2+12H2O
典例集训
【例3】下列关于氮气的说法错误的是
A．氮气在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸
B．液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境
C．利用氮气的稳定性，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气
D．在高温高压、催化剂条件下与氢气反应时，氮气作还原剂
D
02
氮的氧化物
NO和NO2的性质
一氧化氮：无色、无味、有毒、密度比空气大、不溶于水。
实验室采用排水法收集NO
二氧化氮：红棕色、有刺激性气味、有毒、密度比空气大。
NO和NO2的性质
思考：NO2 和Br2 都是红棕色气体，如何鉴别？
物理方法：用CCl4溶解,溶解的是Br2，不溶解的是NO2
化学方法：
①用AgNO3溶液,产生黄色沉淀的是Br2，无沉淀生成的是NO2
②用水，红棕色不消失的是Br2，红棕色消失是NO2
实验5-5
探究NO2与水的反应
如图所示，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。振荡注射器，再观察现象。
实验现象：
1.无明显现象
2.无色气体变红棕色，振荡后红棕色变为无色
NO和NO2的性质
现在你可以解释“魔鬼谷”草木茂盛的原因吗？
硝酸与土壤中矿物质作用形成可溶性硝酸盐，成为氮肥被植物吸收 。
2NO + O2 = 2NO2
3NO2 + H2O =2HNO3 + NO
N2+ O2 2NO
放电或高温
NO和NO2的性质
思考：如果要将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？
这对工业生产硝酸有什么启示？
硝酸工业常在吸收反应进行过程中，补充一些空气，使生成的NO被氧化成NO2，NO2溶于水又生成HNO3和NO，经过多次氧化和吸收，NO可以完全转化为HNO3,减少环境污染
可以用注射器不断吸入空气，然后使注射器里的气体充分与水反应。
NO和NO2的性质
思考：氮氧化物与氧气和水反应，若有气体剩余，剩余的气体可能是什么？有什么规律？
×3
+）
4NO + 3O2 + 2H2O 4HNO3
×2
NO和NO2的性质
×2
+）
4NO2 + O2 + 2H2O 4HNO3
NO和NO2的性质
思考：NO和NO2是酸性氧化物吗？
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。2NO2＋2NaOH====NaNO2＋NaNO3＋H2O。
NO2是硝酸的酸酐吗？
不是，NO2是氧化还原得到硝酸，硝酸的酸酐是N2O5
典例集训
【例1】下列关于NO和NO2的说法正确的是
A．NO2红棕色气体，易溶于水，属于酸性氧化物
B．NO2可由N2和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
D
典例集训
【例2】工业制HNO3的过程中排放的NO2和NO常用NaOH溶液吸收，反应的化学方程式为NO+NO2+2NaOH====2NaNO2+H2O、2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O，NO不能被NaOH溶液吸收。若同温同压下NO2与NO的体积之比如下，其中不能被NaOH溶液完全吸收的是（）
A．1：1
B．1：3
C．2：1
D．3：1
B
典例集训
【例1】某混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种气体。现将此无色透明的混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，把剩余气体排入空气中，很快变为红棕色。对于原混合气体成分的判断中，正确的是
A．肯定有SO2和NO
B．可能有O2和NO2
C．可能有Cl2和O2
D．肯定只有NO
A
典例集训
【例4】现有等体积混合而成的4组气体：①NO2＋NO、②NO2＋O2、③HCl＋N2、④Cl2＋SO2。现将其分别通入体积相同的试管中并立即倒立在足量水中，试管内水面上升的高度分别为h1、h2、h3、h4，则高度关系是
A．h4>h2>h3>h1
B．h4>h3>h2>h1
C．h2>h3>h1>h4
D．h3>h2>h1>h4
A
典例集训
【例5】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
①N2→NO2 ②NO2→NO ③NO2→HNO3 ④N2→NO ⑤N2→NH3
A．①
B．②⑤
C．④
D．③④
C
谢谢您的观看

展开更多......

收起↑