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第3章 物质的性质与转化
第三节 氮的循环
3.3.1 自然界中的氮循环 氮的固定
联想·质疑
俗语说“雷雨发庄稼” “一场雷雨一场肥”，
这隐含着什么原理？
交流·研讨
自然界中的氮的循环涉及许多氮及其化合物。
请指出所列化合物的物质类别和其中氮元素的化合价。
NH3
N2
NO
NO2
HNO3
NH3·H20
NH4+
NO3—
一、自然界中氮的循环
氮的循环涉及地球上生物圈的方方面面。
1.氮元素在自然界中的存在形式：游离态和化合态。
2.自然界中氮的循环
氮在自然界中的循环示意图
二、氮气的性质和氮的固定
氮的固定概念：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程
氮的固定方式：
3.氮的固定
NH3经催化氧化生成NO （ ）
人工固氮
生物固氮：90% 如豆科植物
高能固氮：10% 如闪电固氮
自然固氮
氮的
固定
高温、高压
催化剂
N2+3H2 2NH3
合成氨
仿生固氮(常温常压）：金属有机物
含氮化合物之间的转化不属于氮的固定。
×
大气中的氮气
硝酸盐等含氮化合物
根瘤菌
放电
氮氧化物
生物转化
氨基酸
土壤和水体
微生物
分解
和NH3
蛋白质
降水
3．人类活动的影响
(1)氮气 氨气→氮肥、硝酸等含氮化合物。
(2)燃烧反应产生的氮氧化物参与氮的循环。
化学方法
仿生固氮:
某些金属有机化合物可以起到根瘤菌的作用,这些金属有机化合物做催化剂实现了常温常压固氮
合成氨：一个反应，三个诺奖
弗里茨·哈珀
1918年
博施
1931年
埃特尔
2007年
发明了N2和H2
直接合成氨的方法
改进了反应条件，实现
氨的规模化工业生产
发现了合成氨
的反应机理
二、氮气的性质和氮的固定
4.氮气的物理性质
颜色 气味 状态 溶解性 密度
无色 无味 气态 难溶于水 比空气略小
5.氮气的化学性质
①氮气的还原性：
②氮气的氧化性：
N2＋O2==2NO
放电
N2＋3H2 2NH3
高温高压
催化剂
点燃
3Mg＋N2==Mg3N2
化学性质稳定
eg：粮食保存、焊接金属的保护气、灯泡填充气
液氮作制冷剂是利用：A.N2汽化吸热
B.N2化学性质不活泼
可逆反应：相同条件下，同时向正反两个方向进行的反应。
特征：不能进行到底，反应物、生成物同时存在
N2、O2直接化合得到NO2 （ ）
气体颜色由无色变为红棕色
×
√
2、氮气的实验室制法：(固液加热制气体)
氮气的密度与空气的接近,只能用排水法收集。
深化拓展
氮气工业制法
1、空气中含有大量的氮气,空气是工业制氮气的主要来源,生产方法主要是分离液态空气,并制得液态氧。
NH4Cl + NaNO2 N2↑ + NaCl + 2H2O
先挥发
后挥发
三、氮的氧化物
1.氮的主要氧化物
化合价 ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋5
对应氧化物 N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5
笑气
可吸入麻醉剂
新型毒品
酸性氧化物？
2NO2 N2O4
氮的氧化物都有毒！！！
HNO2 HNO3
2NO2+2NaOH NaNO2+NaNO3+H2O。
三、氮的氧化物
2.NO和NO2
②一氧化氮化学性质
与氧气反应:
2NO + O2 == 2NO2
气体由无色变为红棕色
有利有弊：
（1）NO结合血红蛋白能力比CO还强，造成人体缺氧
（2）作为传递神经信息的“信使分子”
（3）在扩张血管、提高免疫力、增强记忆力等方面有着重要作用
可用来检验NO存在
①一氧化氮物理性质
无色、无味、有毒、气体，难溶于水
收集方法？
排水法
③具有弱氧化性
6NO＋4NH3 ==== 5N2＋6H2O
催化剂
△
三、氮的氧化物
2.NO和NO2
①二氧化氮物理性质
②二氧化氮化学性质
红棕色、刺激性气味、有毒、气体，易溶于水
收集方法？
向上排空气法
红棕色气体变为无色；集气瓶中水面上升，但未充满集气瓶；集气瓶内无色气体接触到空气变成红棕色。
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO→工业制取硝酸
⑤自身二聚
③具有强氧化性
能与SO2反应，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
④能与碱溶液反应
2NO2＋2NaOH === NaNO3＋NaNO2＋H2O
2NO2 N2O4(无色气体)
（1）二氧化氮能使多种织物褪色、损坏多种织物和尼龙制品，对金属和非金属材料也有腐蚀作用。
（2）与水反应制硝酸。
（3）生成的硝酸随雨水洒在地面上，形成硝酸盐促进植物生长。
③有利有弊：
N、P、K
联想·质疑
俗语说“雷雨发庄稼” “一场雷雨一场肥”，
这隐含着什么原理？
O2
放电
O2
N2
NO
NO2
HNO3
H2O
硝酸盐
放电
N2+O2 2NO
2NO ＋O2
2NO2
3NO2＋H2O
2HNO3＋NO
三、氮的氧化物
2.NO和NO2
尾气吸收？
Cl2：酸性气体
SO2：酸性气体
NH3：碱性气体
易溶于水
NO2：+4
NO：和氧气反应
NaOH
稀硫酸
水
NaOH
通O2，
NaOH
4NO＋3O2＋4NaOH=4NaNO3＋2H2O
NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O
NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O
NO、NO2：
NO和NO2性质的对比
NO NO2
色、态、味、毒性
水溶性
与氧气反应
与水反应
与氧气、水同时作用
氧化性
对环境的影响
无色、无味
红棕色、有刺激性气味
有毒气体
难溶
易溶且与水反应
2NO+O2 2NO2
—
—
3NO2+H2O 2HNO3+NO
4NO+3O2+2H2O 4HNO3
4NO2+O2+2H2O 4HNO3
有氧化性，但通常情况下表现出
还原性
能氧化S2 、I 、Fe2+等离子，NO2能使湿润的
淀粉KI试纸变蓝
有毒，大气污染物之一
< 4:1 O2过量，剩余气体为O2
= 4:1 恰好完全反应
> 4:1 NO2过量，剩余气体为NO
原因：过量NO2与H2O反应生成NO
3NO2+H2O 2HNO3+NO ①
2NO+ O2 2NO2 ②
由②+①×2 得 4NO2+O2+2H2O 4HNO3，
当体积比V (NO2)∶V (O2)
一、NO2、O2通入H2O中
氮的氧化物与O2、H2O反应的计算
< 4:3 O2过量，剩余气体为O2
= 4:3 恰好完全反应
> 4:3 NO过量，剩余气体为NO
由①×3+②×2 得4NO+3O2+2H2O 4HNO3，
当体积比V (NO)∶V (O2)
2NO+O2 2NO2 ①
3NO2+H2O 2HNO3+NO ②
二、NO、O2通入H2O中
氮的氧化物与O2、H2O反应的计算
氮的氧化物溶于水的过程中所发生的反应有:
3NO2+H2O==2HNO3+NO
2NO+O2==2NO2。
①4NO2+O2+2H2O==4HNO3
②4NO+3O2+2H2O==4HNO3
(双选)在一大试管中装入10mL NO倒立于水槽中，然后向其中缓慢通入6mL O2(气体体积均在相同条件下测定)，下面有关实验最终状态的描述，正确的是( )
A．试管内气体呈红棕色
B．试管内气体呈无色，是2 mL NO
C．试管内气体呈无色，是2 mL O2
D．试管内液面上升
8mL
6mL
余2mL
BD
氮的氧化物与O2、H2O反应的计算
氮的氧化物溶于水的过程中所发生的反应有:
3NO2+H2O==2HNO3+NO
2NO+O2==2NO2。
①4NO2+O2+2H2O==4HNO3
②4NO+3O2+2H2O==4HNO3
【变式训练1】
在标准状况下，将NO2充满一个干燥烧瓶，将烧瓶倒置于水中，瓶内液面逐渐上升后，最后烧瓶内溶液的体积占烧瓶体积的（ ），溶液的物质的量浓度为（ ）
设烧瓶体积V
c= = 0.045mol/L

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