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(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
氮元素及其存在
原子结构：氮元素位于元素周期表的第 周期第 族，其原子结构示意图为 ，氮原子最外层5个电子，既不容易 ，也不容易 ，一般通过 与其他原子相互结合构成物质，常见化合价为 。
自然界中的存在形态：
①游离态：以 的形式存在于空气中。
②化合态：存在于动植物体内的 中，土壤、海洋里 的和 中。
答案：
2．氮气的性质
（1）物理性质： 色、 味、 溶于水，密度与空气 ，约占空气体积的 。
（2）化学性质：氮分子内两个氮原子间以 结合，断开该化学键需要较多的能量
①通常情况下：氮气的化学性质 ，难以与其他物质发生化学反应。
②放电、高温条件下，能与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应，化学方程式分别为
、 、
（3）用途：a.保护气b.液氮作深度冷冻剂c.合成氨等
答案：
1、化学性质
高温或放电等条件下也能与氢气、氧气和活泼金属反应
（1）氧化性
N2+3H2 2NH3
高温、高压
催化剂
N2+3Mg Mg3N2
点燃
（2）还原性
N2+O2 2NO
放电
N2 化合态氮
根瘤菌
一、氮气
2、氮的固定：
将大气中________的氮转化为____________的过程。
游离态
含氮化合物
自然
人工
答案：
二、一氧化氮和二氧化氮
实验操作 实验现象 实验结论
在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器
打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹
振荡注射器
实验探究——NO2溶于水
无明显现象
NO不溶于水
无色气体变为红棕色，注射器活塞向左移动
NO与O2 反应生成红棕色的 NO2
红棕色气体变为无色，注射器活塞继续向左移动
NO2 溶于水生成无色的NO
结论：在一定条件下，NO与NO2可以相互转化。
反应的化学方程式为
①NO→NO2: _____________________;
②NO2→NO: __________________________(工业制取硝酸)。
思考与讨论：如果要将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？写出转化过程的总反应化学方程式。上述实验对工业生产硝酸有什么启示？
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
相关反应原理 3NO2＋H2O = 2HNO3＋NO①　 2NO＋O2 = 2NO2②
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
氮的氧化物与氧气、水反应的相关计算
2．氮的氧化物溶于水的三种类型
(1)NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应①：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO
剩余气体为 ,体积为原NO2的 。
NO
1/3
例：试管中盛有12mLNO2，将试管置于水槽中，充分反应后，液体是否会充满试管？
如未充满，则剩余气体为 ，体积为 ？
如果要使液体充满试管，应如何操作？
NO
4mL
充入O2 3 mL
x＝V(NO2)/V(O2) 04
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①，剩余气体为NO
(2)NO2和O2的混合气体： 4NO2＋O2＋2H2O = 4HNO3
例：1.试管中盛有12mLNO2和4mLO2，将试管置于水槽中，充分反应后，液体是否会充满试管？如未充满，则剩余气体为 ，体积为 ？
O2
1mL
2.试管中盛有12mLNO2和3mLO2，将试管置于水槽中，充分反应后，液体是否会充满试管？
3.试管中盛有12mLNO2和1.5mLO2，将试管置于水槽中，充分反应后，液体是否会充满试管？如未充满，则剩余气体为 ，体积为 ？
NO
2mL
(3)NO和O2的混合气体： 4NO＋3O2＋2H2O = 4HNO3
x＝V(NO)/V(O2) 04/3
反应情况
O2过量，剩余气体为O2
恰好完全反应，无气体剩余
NO过量，剩余气体为NO
例：1.试管中盛有12mLNO和10mLO2，将试管置于水槽中，充分反应后，液体是否会充满试管？如未充满，则剩余气体为 ，体积为 ？
O2
1mL
2.试管中盛有12mLNO和9mLO2，将试管置于水槽中，充分反应后，液体是否会充满试管？
3.试管中盛有12mLNO和3mLO2，将试管置于水槽中，充分反应后，液体是否会充满试管？如未充满，则剩余气体为 ，体积为 ？
NO
8mL
NO、O2难溶于水，但NO2易溶于水且与水反应，所以氮氧化物溶于水的各种情况中，剩余气体可为NO或O2，但不可能是NO2或NO与O2同时剩余。
1．下列关于氮气性质的说法中，错误的是(　　)
A．氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在
B．Mg可以在N2中燃烧生成Mg3N2
C．可在氧气中燃烧生成一氧化氮
D．大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环
2．通常情况下，氮气性质不活泼，其原因是(　　)
A．氮分子是双原子分子 B．氮元素的非金属性很强
C．氮原子的半径较小 D．氮分子中的化学键很难破坏
C
D
3．下列反应不属于氮的固定反应的是(　　)
A．N2＋3Mg Mg3N2 B．
C．2NO＋O2===2NO2 D．N2＋O2 2NO
4．下列气体中，不能用排空气法收集的是(　　)
A．H2 B．NO2 C．NO D．CO2
5．下列关于氮的氧化物的说法中，正确的是(　　)
A．氮的氧化物都是酸性氧化物
B．氮的氧化物都既有氧化性，又有还原性
C．NO2与H2O反应生成HNO3，所以NO2是酸性氧化物
D．NO和NO2均有毒
C
C
D
新课展示
硝 酸
1、物理性质
纯净的硝酸是无色、有刺激性气味的液体，易挥发。
硝酸可以与水以任意比互溶,质量分数为95%以上的硝酸叫发烟硝酸。
2、化学性质
（1） 不稳定性，见光或受热易分解
4HNO3 4NO2↑ + O2↑ + 2H2O
光照或加热
贮存：
一般将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中，并放置于阴凉处。
浓硝酸显黄色是
因为硝酸分解的二氧化氮溶解在其中
（2）强氧化性，硝酸浓度不同，与金属反应的产物也不同
【实验5-8】如图 5-14 所示，在橡胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝。向两支具支试管中分别加入 2mL 浓硝酸和稀硝酸，用橡胶塞塞住试管口，使铜丝与硝酸接触，观察并比较实验现象。向上拉铜丝，终止反应。
实验展示
稀硝酸 浓硝酸
实验 现象 反应缓慢,有少量气泡产生,__________,试管口有红棕色气体产生 反应剧烈,有__________产生,__________,液面上有______气体产生
实验 结论 铜与稀硝酸常温下缓慢反应生成_____气体 铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成_____气体
溶液变蓝
大量气泡
溶液变绿
红棕色
NO
NO2
Cu2+的蓝色和NO2的红棕色混合成绿色（光学原理）
也可能是Cu2+的浓度过大
① 常温下，能与不活泼金属 ( Cu ) 反应
浓硝酸的还原产物为 NO2，稀硝酸的还原产物为 NO 。
与 Cu 反应
Cu + 4HNO3(浓) Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
3Cu + 8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
吸收NO2，防止污染空气
控制反应的发生和停止
HNO3既表现氧化性又表现酸性：
氧化性：HNO3→NO2、NO，酸性：HNO3→Cu(NO3)2，
铜与浓硝酸方程式
Cu＋4HNO3(浓)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 　
①用双线桥表示电子转移的方向和数目
1
失去
2e－
×
得到
e－
2
×
②改写为离子方程式
Cu＋4H＋＋2NO3－＝Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O 　
铜与稀硝酸方程式
3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 　
①用双线桥表示电子转移的方向和数目
3
失去
2e－
×
得到
3e－
2
×
②改写为离子方程式
3Cu＋8H＋＋2NO3－＝3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O 　
②硝酸与较活泼金属( Fe、Al )
怎样反应呢
a. 稀硝酸与较活泼金属 ( Fe、Al ) 反应
Al + 4HNO3(稀) Al(NO3)3 + NO↑ + 2H2O
Fe + 4HNO3(稀) Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O
b. 常温下，浓硝酸能使较活泼金属 ( Fe、Al ) 钝化
冷的浓硝酸或浓硫酸使金属表面生成一层致密的氧化物薄膜，阻止内层金属被进一步腐蚀。
c. 加热下，浓硝酸与较活泼金属 ( Fe、Al ) 直接反应
Al + 6HNO3(浓) Al(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O
Fe + 6HNO3(浓) Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O
③. 加热下，浓硝酸与非金属 ( C、S ) 反应
S + 6HNO3(浓) H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2O
C + 4HNO3(浓) CO2 ↑ + 4NO2↑ + 2H2O
只表现氧化性
④. 浓硝酸能与 H2S、SO2、Fe2+ 等还原性物质反应
3Fe2++4H++NO3-=3Fe3++NO↑+2H2O
Fe2+、H+ 和NO3-不能大量共存
[特别提醒]含NO3-的溶液中离子共存问题
在中性或碱性的稀溶液中NO3-不表现氧化性，
但当水溶液中有大量H＋存在时，NO3-表现出强氧化性，
如存在H＋、NO3-的溶液中不能大量存在 Fe2＋、S2－、I－、SO32-、Br－等
还原性离子。
在加入铁粉能放出氢气的溶液中能大量共存的离子组是
A. Na＋、Fe2＋、 Cl－、 NO3－
B. K＋、Na＋、SO42－、Cl－
C. CO32－、Cl－、I－、NH4＋
D. NH4＋、Ba2＋、K＋、OH－
训练1
在下列反应中，HNO3表现出什么性质？
A．酸性 B．还原性 C．氧化性
（1）H2S + 2HNO3 === S↓+ 2NO2↑+ 2H2O（ ）
（2）CuO + 2HNO3 === Cu(NO3)2 + H2O（ ）
（3）4HNO3 === 4NO2↑+ O2↑+ 2H2O（ ）
（4）3Cu + 8HNO3(稀) === 3Cu(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O（ ）
C
A
BC
AC
训练2
思考讨论
硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、农药、炸药、染料等。工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸，如下图所示：
(1) 写出每一步反应的化学方程式。
(2) 请分析上述反应中的物质类别和氮元素化合价的变化情况，以
及每一步反应中含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应。
① N2 → NH3 ：______________________________
② NH3 → NO ：______________________________
③ NO → NO2 ：______________________________
④ NO2 → HNO3 ：______________________________
(1) 写出每一步反应的化学方程式。
N2 + 3H2 2NH3
催化剂
2NO + O2 2NO2
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
催化剂
4NH3 + 5O2 4N2 + 6H2O
足量的Cu中加入少量的浓硝酸，可能会发生什么反应
1
一开始是铜与浓硝酸反应
Cu＋4HNO3(浓)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 　
2
随着反应进行, 硝酸由浓变稀,则发生
3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 　
3
反应停止后, 加入什么物质可再反应？
盐酸或硫酸
资料卡片
能使不溶于硝酸的金属如 金、铂 等溶解。
浓硝酸 和 浓盐酸 按体积比为 1∶3
混合得到的混合物。
王 水
劳厄和弗兰克，曾获得1914年和1925年的物理学奖，德国纳粹政府要没收他们的诺贝尔奖牌，他们辗转来到丹麦，请求丹麦同行、1922年物理学奖得主玻尔帮忙保存。1940年，纳粹德国占领丹麦，受人之托的玻尔急得团团转。同在实验室工作的一位匈牙利化学家赫维西（1943年化学奖得主）帮他想了个好主意：将奖牌放入“王水” 中，纯金奖牌便溶解了。玻尔于是将溶液瓶放在实验室架子上，来搜查的纳粹士兵果然没有发现这一秘密。战争结束后，溶液瓶里的黄金被还原后送到斯德哥尔摩，按当年的模子重新铸造，于1949年完璧归赵。
王水溶解奖牌
酸雨：主要指 pH小于5.6 的雨水，主要含有硫酸和硝酸
SO2
SO3
H2SO4
硫酸型酸雨：
硝酸型酸雨：
NO2
HNO3
成因：主要是大气中的 SO2 与 NOx 溶于雨水形成的
1. 酸雨的形成
燃烧含硫的燃料
工业排出的废气
汽车尾气
……
NO
SO2
空气
阳光、尘埃
NO2
SO3
HNO3
H2SO4
酸雨
(pH＜5.6)
H2SO3
途径1：2NO＋O2= 2NO2 、 3NO2＋H2O＝2HNO3+NO。
途径3：SO2＋H2O＝H2SO3、2H2SO3＋O2＝2H2SO4。
途径2：空气中飘尘的催化作用， 2SO2＋O2===== 2SO3 、 SO3＋H2O＝H2SO4。
催化剂
我们面临着严峻的大气污染，
SO2 和 NO2 是主要的污染物。
空气中SO2、氮氧化物的来源 ？
(1) SO2 主要来自于化石燃料的燃烧、（ 如煤与石油 ）
含硫金属的冶炼以及制造硫酸、磷肥等产生的废气。
(2) NO2 主要来自于汽车尾气 。
2. 酸雨的危害
(1) 对人体直接造成危害，能浸入
人的肺部，引起肺水肿等疾病，
而使人致死；
(2) 引起河流、湖泊的水体酸化；
(3) 破坏土壤、植被、森林；
(4) 腐蚀建筑物，桥梁，工业设备和电缆等。
(1)调整能源结构，积极开发新能源
(2)对煤（其中含硫为0.3%-5%)进行处理，如选洗加工、综合
开发、在煤中加入适量的生石灰、对排放的烟进行处理等
(3)种植能够吸收SO2的有关树木(如臭椿、垂柳、柳杉）等
(4)加强工厂废气的回收处理
(5)改进汽车尾气的处理技术，控制尾气排放
3. 酸雨的防治
硝酸 酸雨防治
一、硝酸的物理性质
二、硝酸化学性质
1、不稳定性
2、强氧化性
a、加热下与 Cu 反应
b、常温下使 Fe、Al 钝化
c、加热下与 Fe、Al 直接反应
d、加热下与 C 反应
e、与还原性物质反应
课堂总结

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