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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
1940 年至 1960 年间，在美国洛杉矶，发生了严重的有毒烟雾污染大气的事件 —— 光化学烟雾。那么光化学烟雾到底是什么，这一节课我们就来学习和光化学烟雾污染有关的一种物质——N。
氮元素位于元素周期表中第二周期第_____族，原子结构示意图为__________，最外层有_____个电子，在化学反应中能获得 3 个电子而表现出 －3 价。
提示：氮在元素周期表中的位置和原子结构
ⅤA
5
+7
2
5
氮原子的最外电子层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。因此，氮原子一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。
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、海洋里的硝酸盐和较盐中。
氨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
一
氮气与氮的固定
由于氮分子内两个氮原子间以共价三键 (N≡N) 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。但在高温、放电等条件下，氨分子获得了足够的能量，使 N≡N 断裂，氮气能够与镁氧气、氢气等物质发生化合反应，分别生成氮化镁、一氧化氮和氨气等。
氮气的性质 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
电子式
结构式
N2
化学式
N

N



N
N
1、氮分子的结构
2、氮分子的物理性质
氮气：双原子分子
无色无味、低沸点
难溶于水 (1体积水溶解0.02体积N2)
密度比空气略小，占空气体积78%
数据
氮气
熔点：－210℃
沸点：－196℃
密度：1.25 g/L
3、氮气的化学性质
① 键能比较
N
N
O
O
Cl
Cl
946KJ/mol
247KJ/mol
493KJ/mol
由键能数据可以推测：氮气的化学性质______________
很不活泼(稳定)
但在获得了足够能量情况下，氮气还是能发生反应的。因此氮气发生反应的条件往往是______或______
高温
放电
② 化学性质：
4、氮的固定：
自然界氮的固定三个主要途径、原理：
(1) 大气固氮；
(2) 生物固氮；
(3) 工业固氮.
(1) 大气固氮；
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.
N2＋O2 ────→ 2NO；
放电
(2) 生物固氮；
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。
N2 ─────→ NH3 (铵态氮肥)
固氮酶
(3) 工业固氮.
人类则通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物，实现人工固氮。
N2＋ 3H2 2 NH3
高温、高压催化剂
(工业合成氨)
5、认识氮在自然界的循环
最重要的人工固氮途径就是工业合成氨，它不仅为农作物的生长提供了必需的氮元素，而且为其他化工产品 (如炸药、农药、染料等 ) 的生产提供了重要的原料。
科学史话 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
合 成 氨
由于氮气的化学性质很不活泼，以氮气和氢气为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难的课题。1909年，德国化学家哈伯 (F. Haber，1868-1934) 经过反复实验研究后发现，在500~600℃、17.5 MPa~20.0 MPa 和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可超过6%，具备了工业化生产的可能性。
为了把哈伯合成氨的实验室方法转化为规模化的工业生产，德国工程师博施 (C. Bosch，1874－1940) 作出了重要贡献。1913年，一个年产量7 000t的合成氨工厂建成并投产，合成氨的工业化生产终于实现。从此，合成氨成为化学工业中迅速发展的重要领域。由于合成氨工业生产的实现和相关研究对化学理论与技术发展的推动，哈伯和博施都获得了诺贝尔化学奖。
合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题，是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献。
二
一氧化氮和二氧化氮
N 的氧化物的种类——它们都有毒，是大气污染物。N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5六种，其化合价分别是＋1，＋2，＋3，＋4，＋4，＋5。
一氧化氮和二氧化氮是氮的两种重要氧化物。
1、一氧化氮 （NO）
① 物理性质：
无色、无味、有毒气体 (和CO相同) ，不溶于水.
② 化学性质：
在常温下很容易与氧气化合，生成二氧化氮 (易被O2氧化为NO2 ).
2NO ＋ O2 ══ 2NO2
③ 与NH3反应：
④ 和 O2、H2O：
催化剂
加热
6NO＋4NH3 ══════ 5N2＋6H2O 表现氧化性
4NO＋3O2＋2H2O ══ 4HNO3
2、二氧化氮 （NO2）
① 物理性质：
红棕色、有刺激性气味的气体，易液化，易溶于水.
② 化学性质：
(1) 难被氧化，易与水反应生成 HNO3 和 NO .
3NO2＋H2O ═══ 2HNO3＋NO
(2) NO2 的尾气用 NaOH 溶液吸收
2NO2＋2NaOH ═══ NaNO3＋NaNO2＋H2O
(3) 常温下易转化为N2O4
2NO2 N2O4
(4) NO2具有较强的氧化性，可使湿润的KI淀粉试纸变蓝还可将SO2氧化：
NO2＋SO2 ＝ SO3＋NO
思 考
NO2 和溴蒸气都是红棕色、有刺激性气味的气体，怎样加以区别？
【提示】由于NO2和Br2在性质上有不少相似性：
① 均具有氧化性；② 溶于水均有酸生成；
③ 均可与碱反应；④ 均为红棕色等。
所以不能用淀粉－KI 试纸、pH试纸、NaOH 溶液来鉴别，但二者性质又有差别。
可以用下列方法鉴别：
① AgNO3溶液； ② CCl4； ③ 用水洗法。
3、氮的氧化物---NO与NO2 的性质比较
NO NO2
物性 无色，无味 红棕色，刺激性气味
毒性 有毒(机理同CO) 有毒
与水
与O2 2NO＋O2 ＝ 2NO2
与O2、H2O 4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3 4NO2＋O2＋2H2O＝ 4HNO3
【实验 5－5】
如图5-10所示，在一支50mL的注射器里充入 20mL NO，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：
加入水后，注射器内水和 NO 的体积几乎没有变化，吸入空气后，气体的体积减少。
反应方程式：2NO＋O2 ══ 2NO2，
3NO2＋H2O ══ 2HNO3＋NO
实验 5-5 中发生了哪些化学反应？如果要将注射器中的 NO 充分转化，可以采取什么措施？上述实验对工业生产硝酸有什么启示？
思考与讨论
4、氮的氧化物溶于水的计算
① 有关化学反应方程式：
3NO2＋H2O ═══ 2HNO3＋NO ①
2NO＋O2 ═══ 2NO2②
所以 ① X 2 ＋②得：
4NO2＋O2＋2H2O ══ 4HNO3 ③
② X3 ＋①X 2得 ：
4NO＋3O2＋2H2O ══ 4HNO3④
也就是按此比例的气体可以和水完全反应生成硝酸。
② 值得注意的是：4NO2＋O2和 4NO＋3O2 从组成上均相当于 2N2O5 的组成。即③④两情况中的总反应式都与N2O5＋H2O ═══ 2HNO3等效。这不仅是记忆③④二式的方法，也为上述问题的解法提供了新的思路，即利用混合气体中的N、O原子个数比进行分析判断：
N∶O＜2∶5　O2剩余 N∶O＝2∶5　完全反应
N∶O＞2∶5　NO剩余
③ 如果不是恰好反应，则剩余气体只可能是氧气或NO，不可能剩余NO2 (为什么？)
5、氮氧化物对环境的污染
(1) 光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾。
(2) 酸雨：NOx 排入大气中后，与水反应生成 HNO3和 HNO2，随雨雪降到地面。
(3) 破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。
(4) NO与血红蛋白结合使人中毒。
随堂练习
1. NO吸收治疗法可快速改善SARS重症患者的缺氧状况，缓解病情，病毒学研究同时证实，NO对SARS病毒有直接抑制作用。下列关于NO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的质量相等
D．NO难溶于水，可以用排水法收集
D
解 析
【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易与氧气直接化合生成NO2。
2．汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx 等物质，这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。汽车尾气中的 CO、NOx 在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。
反应的化学方程式可表示为:
____________________________________________。
2xCO＋2NOx ══════ 2xCO2＋N2
催化剂
加热
3. 汽油中氮元素及其微量，为什么汽车排放的尾气中因含有氮的氧化物，而污染大气，造成产生氮的氧化物的主要原因是 ( ).
A．燃烧含氮化合物燃料引起的
B．燃烧含铅汽油引起的
C．是由于燃烧不充分引起的
D．是在气缸中N2被氧化生成的
【解析】汽车排放的尾气中因含有氮的氧化物而污染大气。 产生氮的氧化物的主要原因是在汽缸中 N2 被氧化生成的。
解 析
D
4. 一定温度和压强下，将装有N2 和NO2 混合气体的试管倒立在水中，经足够时间后，试管内气体体积缩小为原体积的3/5，则混合气体中 N2 和 NO2 的体积比为 ( ).
A．2∶3 B．3∶2 C．3∶5 D．5∶3
【解析】3NO2＋H2O ═ 2HNO3 ＋ NO，所以设 N2 为a体积，NO2为b体积，则总体积为 a＋b 。
反应后为 a＋(1/3)b，因为试管内气体的体积缩小为原体积的3/5所以 [a＋(1/3)b]/(a＋b) ═ 3/5，a∶b ═ 2∶3
解 析
A
5. 下列反应起了氮的固定作用的是 ( ).
A、N2、H2在一定条件下反应生成NH3
B、NH3经催化剂氧化生成NO
C、NO与O2反应生成NO2
D、由NH3制碳铵和硫铵
【解析】将空气中游离态的氮转变为氮的化合物的方法，统称氮的固定。
解 析
A
三
氨和按盐
我们经常在城市的广场上看到美丽的喷泉，那么你知道，在实验室里也可以形成美丽的喷泉吗？这一节课，我们就讲一种可以形成喷泉的物质——NH3。
一、氨——NH3 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
电子式：
结构式：
1、氨分子的电子式和结构式：
分子形状：三角锥形
键 角：107°18′
分子极性：极性分子
氨分子的空间结构：
2、物理性质
氨是无色、有刺激性气味的气体；
密度比空气的小；
氨很容易液化，液化时放热。(液氨汽化时要吸收大量的热使周围温度急剧降低。因此，液氨可用作制冷剂。)
极易溶于水 (1体积水溶解约700体积的氨气1∶700)。
【启发并实验】
氨极易溶解于水，用什么实验可以证明这一性质呢？
【实验 5－6】
如图5-11所示，在干燥的圆底烧瓶里充满NH3，用带有玻璃管和胶头滴管(预先吸入水)的橡胶塞塞紧瓶口，倒置烧瓶，使玻璃管插入盛有水的烧杯中(预先在水里滴入少量酚酞溶液)，打开弹簧夹，挤压胶头滴管，使水进入烧瓶，观察并描述现象，分析出现这些现象的可能原因。
打开止水夹，挤出胶头滴管中的水。
打开止水夹，用热毛巾将烧瓶捂热，氨气受热膨胀，排走导管中的空气并溶于水，使烧瓶内气压减少，产生喷泉。
【喷泉实验】 如何引发喷泉？
城市中常见的人造喷泉及火山爆发的原理与上述的原理相似吗
思 考
(2) 溶液为什么变为红色？
(1) 氨为什么会形成喷泉 (该实验的原理)？
氨气溶于水溶液显碱性。
氨极易溶于水，使烧瓶内外形成较大的压差；
(3) 实验成败的关键是什么？
a. 烧瓶干燥；
b. 装置的气密性好；
c. 收集的气体纯度尽可能高。
氨是一种极易溶于水的气体，在常温常压下，1 体积水大约可溶解 700 体积氨。氨溶于水时，会与水结合成一水合氨(NH3·H2O)，一水合复中有一小部分电离形成NH4＋和OH－。
NH3＋H2O NH3·H2O NH4＋＋OH－
3、氨水
氨气溶于水时 (氨气的水溶液叫氨水)，大部分的 NH3 分子与 H2O 分子结合成 NH3·H2O (一水合氨)。
NH3·H2O 是弱碱，为弱电解质，可以部分电离。
NH3·H2O 能使酚酞溶液变红或者使紫色的石蕊试纸变蓝 。
氨水具有弱碱性，具有碱的通性
用此来检验氨气的存在
氨水的化学性质：
问题：氨水中含有哪几种微粒？
说明：一水合氨很不稳定，受热易分解。
分子：NH3、H2O、NH3·H2O
离子：NH4＋、OH－、H＋
NH3·H2O ════ NH3↑＋H2O
△
4、氨跟酸的反应
氨可以与酸反应生成盐。如氨遇到氯化氢时，会迅速反应生成氯化按晶体。
NH3＋ HCl ＝ NH4Cl
2NH3＋H2SO4 ＝ (NH4)2SO4
NH3＋HNO3＝NH4NO3
(有白烟生成)。
可用来检验氨气或氯化氢是否泄漏.
因为硫酸是非挥发性酸
NH3＋ HCl ＝ NH4Cl
为什么没有白烟？
5、氨与氧气的反应： （氨的催化氧化）
氨中氨元素的化合价为－3价。氨具有还原性，在加热和有催化剂(如铂)的条件下，能被氧气氧化生成一氧化氮和水。氨的催化氧化是工业制硝酸的基础。
4NH3＋5O2 ══════ 4NO＋6H2O
催化剂△
2NH3＋3Cl2 ═══ N2＋6HCl (少量NH3)
8NH3＋3Cl2 ═══ N2＋6NH4Cl (过量NH3)
(氨气和氯气不能共存)
加热
2NH3＋3CuO ════ N2＋3Cu＋3H2O
6、氨的用途和保存：
NH3
硝酸
铵盐
纯碱
有机合成工业原料
用稀氨水治疗
蚊虫叮咬
消除
二氧化氮
的污染
吸收硫酸
生产中的
二氧化硫
致冷剂
2NH3＋H2O＋SO2 ═ (NH4)2SO3
NH3＋H2O＋SO2 ═ NH4HSO3
氨水的保存方法：
氨水对许多金属有腐蚀作用，所以不能用金属容器盛装氨水。通常把氨水盛装在玻璃容器、橡皮袋、陶瓷坛或内涂沥青的铁桶里。
二、铵盐 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1、铵盐是 NH4+ 和酸根离子组成的化合物。
铵盐都是晶体，易溶于水。
硫酸铵【(NH4)2SO4 ，俗称硫铵，又称肥粉】；
氯化铵【NH4Cl，俗称氯铵】；
硝酸铵【NH4NO3，俗称硝铵、炸药】；
碳酸氢铵【NH4HCO3，俗称碳铵】
铵盐属于铵态氮肥。
常用氮肥有铵态氮肥和尿素【 CO(NH2)2 】 。
氯化铵
2、常见铵盐：
按盐是农业上常用的化肥.
3、铵盐的性质:
① 受热易分解
NH4Cl ═══ NH3↑ ＋ HCl↑
△
NH4HCO3 ═══ NH3↑＋H2O＋CO2↑
△
2NH4Cl＋Ca(OH)2 ═══ CaCl2＋2H2O＋2NH3↑
△
NH4NO3在400 ℃以上分解生成N2、NO2和H2O，
分解放出大量的热.
注意：并不是所有铵盐分解都产生氨气.
思 考
NH4Cl中有少量的NaCl，如何提纯
NH4Cl加热分解，收集气体然后又生成NH4Cl 。
② 与碱反应会放出氨.
应用：用来制取氨气；NH4＋的检验
2NH4Cl＋Ca(OH)2 ═══ CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
△
实质：NH4＋ ＋OH－ ═══ NH3↑＋ H2O
△
【实验 5－7】
向盛有向盛有少量氯NH4Cl2溶液、(NH4)2SO4 溶液，NH4NO3溶液的三支试管中,分别加入氢氧化钠溶液并加热(注意通风)，用镊子夹住一片湿润的红色石蕊试纸放在试管口，观察现象，分析现象产生的原因，写出反应的离子方程式。
实验现象：
三支试管中均产生气泡，湿润的紫色石蕊试纸变蓝。
反应的方程式：
NH4Cl＋NaOH ════ NaCl＋NH3↑＋H2O
加热
(NH4)2SO4＋2NaOH ════ Na2SO4＋2NH3↑＋2H2O
加热
NH4NO3＋NaOH ════ NaNO3＋NH3↑＋H2O
加热
在实验室中，常利用盐与强碱反应产生氨这一性质来检验铵根离子的存在和制取氨。
NH4＋＋ OH－ ════ NH3 ↑＋H2O
△
4、NH4+ 的检验：
(1) 检验某白色固体是否为铵盐的方法
①少许样品和碱混合于试管中加热，将湿润的紫色石蕊试纸靠近试管口，若试纸变蓝色，则证明样品中含铵盐(NH4＋)。
②取少许样品和碱混合于试管中共热，用蘸有浓盐酸的玻璃棒检验产生的气体，若有白烟产生，则证明样品中含铵盐(NH4＋)。
(2) 检验无色溶液中是否存在NH4＋的方法：
将待检物取出少量置于：
试管中，加入NaOH溶液后，热，用湿润的红色石蕊试纸在管口检验，若试纸变蓝色，则证明待检物中含铵盐(NH4＋)。
思考与讨论
图5-13为实验室制取氨的简易装置示意图。请仔细观察实验装置，思考如何试管中已收集满氨，如何吸收处理实验中多余的氨。
②药品：氯化铵晶体、熟石灰固体
③装置：固＋固，加热型(与O2的发生装置相同)
④干燥：用碱石灰(CaO与NaOH固体混合物)
⑤收集：向下排空气法，并在试管口塞上棉花，防止
NH3和空气对流，保证NH3的纯度。
①原理：2NH4Cl＋Ca(OH)2 ═══ CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
思考：干燥时，能否用浓硫酸、无水CaCl2或者P2O5来代替碱石灰？
氨气显碱性，不能用呈酸性的浓硫酸和五氧化二磷进行干燥；氨气能与氯化钙发生反应生成络合物 (CaCl2·8NH3 )，因此也不能使用无水氯化钙来干燥氨气。
⑥验满：
(1) 用湿润的红色石蕊试纸 (变蓝)
(2) 蘸有浓盐酸(浓硝酸)的玻璃棒接近试管口 (产生白烟)。
⑦ 尾气吸收：
氨气不能直接排放到空气中，可以用将多余的氨气通入水中进行吸收(要注意放倒吸)
⑧ 易溶于水的要用防倒吸装置
实验室中还可以用哪些方法制氨气
① 加热浓氨水法原理：
加热浓氨水法
NH3·H2O ═══ NH3↑＋H2O
△
② 浓氨水加碱石灰法 (气体的溶解性规律 )
碱石灰吸水、溶解时放热，增大OH－浓度平衡逆移.
浓氨水加
碱石灰法
△
NH4＋＋OH－ ═══ NH3↑＋H2O
实验室中能否用如图装置制氧气
能，可以用H2O2加MnO2的方法制取氧气
氨的工业制备：
合成氨
工业： N2＋3H2 2NH3
高温、高压
催化剂
〖注意〗
① 制氨气所用的铵盐不能用 NH4NO3、NH4HCO3、(NH4)2CO3 等代替，NH4NO3 加热时爆炸，而 NH4HCO3、(NH4)2CO3 极易分解产生CO2气体使制得的 NH3 不纯。
② 消石灰不能用NaOH、KOH等强碱代替，因为NaOH、KOH具有吸湿性，易潮解结块，不利于生成的氨气逸出，而且 NaOH、KOH 对玻璃有强烈的腐蚀作用。
③ NH3极易溶于水，制取和收集的容器必须干燥。
随堂练习
1. 如图1为喷泉实验装置。在烧瓶中充满干
燥气体，胶头滴管及烧杯中分别盛有液体。
下列组合中不可能形成喷泉的是 ( )
A、HCl和H2O B、O2和H2O
C、NH3和H2O D、CO2和NaOH
B
解 析
【解析】 形成喷泉，使烧瓶内外形成较大的压差，要么是气体溶解度比较大、要么是气体可以和烧杯中溶液发生反应。氧气在水中溶液度较小，不能形成喷泉。
2. 下列装置能达到实验目的的是 ( ).
① 制取并收集NH3 ② 吸收NH3
③ 检查气密性 ④ 排空气法收集CO2
A.①③ B.②③ C.①④ D.②④
①
②
③
④
B
解 析
【解析】
①氨气密度比空气小，可以采用向下排空气法，但是试管口需要放置棉花；
②分液法可以用来吸收氨气；
③可以利用压强差检测气密性；
④氯气密度比空气大，可以采用向上排空气法，要长进短出。
3. 下列不属于铵盐的共同性质是 ( )
A. 加热时一定有氨气生成
B. 与碱共热时都产生氨气
C. 都是晶体
D. 易溶于水
【解析】NH4NO3在400 ℃以上分解生成N2、NO2和H2O
解 析
A
4. 只用一种试剂，就可区别NH4Cl、(NH4)2SO4、KCl、Na2SO4 、 AlCl3 五种 无色溶液，这种试剂是( )
A、NaOH溶液 B、AgNO3溶液
C、BaCl2溶液 D、Ba(OH)2溶液
D
解 析
【解析】
A．NaOH溶液溶液和NH4Cl 、 (NH4)2SO4 反应都产生氨气，无法鉴别；和 KCl Na2SO4 、不反应，无法鉴别；
B．AgNO3溶液和NH4Cl 、 (NH4)2SO4 、 KCl、 Na2SO4 、 AlCl3 均有白色沉淀，无法鉴别；
C．BaCl2溶液和(NH4)2SO4、Na2SO4反应都生成白色沉淀；和NH4Cl 、 KCl 、 AlCl3 不反应，不可鉴别；
D．Ba(OH)2 溶液和NH4Cl有氨气产生；和(NH4)2SO4有气体和沉淀；和KCl无现象，和Na2SO4有沉淀、和AlCl3四先产生沉淀，沉淀再溶液，现象不同，可以鉴别；
5. 下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂，其中错误的是( )
A.只有① B.只有③ C.①③ D.②③
C
解 析
【解析】
实验室制备NH3的方法不只一种，除课本介绍的由NH4Cl与碱石灰反应制取之外，其他的只要合理亦可。
①装置中NH4Cl加热分解产生的NH3、HCl很容易在管口重新化合成NH4Cl，而无法收集到NH3。
③装置在加热时，管口应略向下倾斜，以防止冷凝水倒流使试管底部破裂。
四
硝 酸
玻尔巧藏诺贝尔金质奖章
玻尔是丹麦的物理学家，曾获得诺贝尔奖。二战中，玻尔被迫离开祖国，他决定将诺贝尔金质奖章溶解在一种溶液里，装于玻璃瓶中。后来，纳粹分子窜进玻尔的住宅，那瓶溶有奖章的溶液就在眼皮底下，他们却一无所知。战争结束后，玻尔又从溶液中还原提取出金，并重新铸成奖章。新铸成的奖章---它凝聚着玻尔对祖国无限的热爱和无穷的智慧。
这种溶液是什么？？？？
硝酸的物理性质
① 纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。
注意
硝酸具有腐蚀性和挥发性，使用时须注意防护和通风!
② 能以任意比溶于水；
③ 密度比水大，(1.5027g/cm3)；
④ 沸点低：83℃；
⑤ 常用浓硝酸的浓度为69％，98％的浓硝酸叫作“发烟硝酸”。
不稳定性
4HNO3 ══════ 4NO2 ↑＋O2 ↑＋2H2O
或光照
浓硝酸 久置浓硝酸
问题一： 久置的浓硝酸为何呈黄色？
问题二：如何保存硝酸？
盛放在棕色试剂瓶里，并贮放在黑暗且温度低的地方
硝酸分解生成的NO2溶于硝酸中
硝酸具有强的氧化性
硝酸具有很强的氧化性，硝酸的浓度不同，与金属反应的产物也不同。
几乎可以使所有金属(金、铂 除外)氧化而生成硝酸盐。当HNO3与金属反应时，HNO3被还原的程度(即氮元素化合价降低的程度)取决于硝酸的浓度和金属单质还原性的强弱。
【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，停止反应。
① Cu与浓硝酸的反应
实验现象：浓硝酸与铜能剧烈反应，放出红棕色的气体，
铜不断溶解，溶液变成绿色(NO2气体融于水和Cu2＋
导致溶液为绿色)。
反应产物：二氧化氮、硝酸铜和水
化学方程式：Cu＋4HNO3(浓) ＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
② Cu与浓硝酸的反应
实验现象：
铜与稀硝酸反应较缓慢，溶液变成蓝色(Cu2＋)，生成无色的气体，遇空气变为红棕色。
反应产物：硝酸铜、一氧化氮、水
化学方程式：
3Cu＋8HNO3(稀)═ 3Cu(NO3)2＋ 2NO↑＋4H2O
思 考
① 在上述的两个反应中硝酸都表现出哪些性质。
②上述两反应中，若有1molCu消耗，则被还原的硝酸
的物质的量分别是多少？
氧化性和酸性
2mol和2/3mol
③写出上述两反应的离子反应方程式
Cu＋4H＋＋2NO3－ ＝Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O
3Cu＋8H＋＋2NO3－＝ 3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
硝酸的化学性质
① 常温下，浓硝酸使铁、铝等金属钝化 (加热时也会发
生反应)
② 硝酸与金属反应不放出氢气。
③氧化性：浓硝酸＞稀硝酸 (均比浓硫酸强)
④ 一般反应规律为：
金属＋HNO3(浓) → 硝酸盐＋NO2↑＋H2O
金属＋HNO3(稀) → 硝酸盐＋NO↑＋H2O
较活泼的金属
(如Mg、Zn等)＋HNO3(极稀) → 硝酸盐＋H2O＋N2O↑ (或NH3或铵盐等)
⑥ NO3－的检验：
晶体或浓溶液与浓硫酸、Cu共热时，若产生红棕色气体则含有 NO3－ ；
若为稀溶液则先浓缩后再检验。
⑤ 变价金属与硝酸反应时
3Fe(过量)＋8HNO3(稀)＝3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
Fe(不足)＋4HNO3(稀)＝Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O
记忆方法 ：“三言(盐)一笑(硝)”
资料卡片~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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王水
浓硝酸和浓盐酸的混合物(体积比为1∶3 ) 叫做王水，能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。
与非金属的反应
将一块红热的木炭投入浓硝酸中
现象：剧烈反应，产生红棕色气体
硝酸：是一元酸、强酸、氧化性酸、低沸点酸、不稳定
性酸、易溶性酸。
反应方程式：C＋4HNO3(浓) ══ CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
△
思考与讨论
硝酸是重要的化工原料，用于制话费、农药、炸药、燃料等。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。
硝酸合成过程装置图
(1) N2 和 H2 反应生成氨气
硝酸的工业制法－氨的催化氧化法
N的化合价由0变为－3，发生还原反应
N2＋3H2 2NH3
高温高压
催化剂
(2) 氨氧化生成一氧化氮——氧化炉
4NH3＋5O2 ═════════ 4NO＋6H2O
铂铑合金
800℃
N的化合价由─3变为＋2，发生氧化反应
(3) 一氧化氮的氧化和硝酸的生成——吸收塔
2NO＋O2 ══ 2NO2 (循环使用)
N的化合价由 ＋2 变为 ＋4 ，发生氧化反应
(4) NO2和水反应生成硝酸
3NO2＋H2O ══ 2HNO3＋NO
氮的化合价由＋4变为＋5和＋2价，既发生氧化反应也发生还原反应。
想一想：尾气包括哪些气体？怎样处理？
写出有关反应的化学方程式。
NO2 ＋ NO＋2NaOH ═ 2NaNO2 ＋ H2O
尾气中包含NO2和NO气体，所以需要用氢氧化钠溶液来吸收尾气
HNO3 实验室制法
NaNO3＋H2SO4(浓) ═══ NaHSO4＋HNO3↑
△
高沸点酸
制
低沸点酸
思考1：温度如何控制？
温度不能太高，否则硝酸会分解。故生成物是NaHSO4 。
思考2：能否采用制氯化氢的装置制硝酸？
如图，不能，因硝酸蒸汽腐蚀橡胶塞和胶管。
HCl制取装置
五
酸雨及防治
煤、石油和某些金属矿物中含有硫，在燃烧或冶炼时往往会生成二氧化硫。
在机动车发动机中，燃料燃烧产生的高温条件会使空气中的氮气与氧气反应，生成氮氧化物。
它们会引起呼吸道疾病，危害人体健康，严重时会使人死亡。
二氧化硫、氮氧化物以及它们在大气中发生反应后的生成物溶于雨水会形成酸雨。
正常雨水由于溶解了二氧化碳，其pH约为5.6，而酸雨的pH小于5.6。
酸雨有很大的危害，能直接损伤农作物，破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化，还会加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。
二氧化硫和二氧化氮都是有用的化工原料，但当它们分散在大气中时，就成了难以处理的污染物。
因此，工业废气排放到大气中之前，必须进行适当处理，防止有害物质污染大气，并充分利用原料。
~~~~~~~~~~~~~~~ 研究与实践~~~~~~~~~~~~~~~
测定雨水的 pH
[研究目的]
酸雨对环境危害巨大，人们已经采取多种措施来防治酸雨。通过以下活动了解测定雨水 pH 的方法，认识酸雨的危害，激发保护环境的紧迫感。
[研究任务]
(1) 收集资料
以“酸雨”为关键词进行搜索，了解酸雨的形成原因、基本类型、相关危害及预防和治理措施。
(2) 测定雨水的PH
根据收集的资料，确定测定雨水 pH 的过程和方法并进行实践，对结果进行分析和讨论。可参考如下过程：
① 下雨时用容器直接收集一些雨水作为样品，静置，以蒸馏水或自来水作为参照，观察并比较它们的外观；
②用pH试纸 (或pH计)测量雨水和蒸馏水的酸度并记录；
③ 有条件的话，可连续取样并测定一段时间( 如一周)内本地雨水、地表水或自来水的pH，将得到的数据列表或作图，确定你所在地区本时间段内雨水等的平均酸度。
[结果与讨论]
(1) 通过测定数据判断降雨是否为酸雨。若是酸雨，分析形成原因，并提出减轻酸雨危害的建议。
(2) 本次实践活动及结果对你有什么启发？撰写研究报告，并与同学讨论。
练习与应用
解 析
1. 下列关于 N2 的叙述错误的是 ( )。
A. N2 既可作氧化剂又可作还原剂
B. 在雷雨天，空气中的 N2 与 O2 可反应生成NO
C. 氮的固定是将 N2 转化成含氮的化合物
D. 1mol N2 可与 3 mol H2 完全反应生成 2 mol NH3
【解析】N2和H2生成氨气的反应时可逆反应，不能完全转化
D
2. 在 NO2 与水的反应中，( )。
A. 氮元素的化合价不发生变化
B. NO2 只是氧化剂
C. NO2 只是还原剂
D. NO2 既是氧化剂，又是还原剂
解 析
【解析】3NO2＋H2O ═ 2HNO3＋NO，反应中NO2的化合价由＋4价变为＋5和＋2价既是氧化剂又是还原剂。
D
3. 只用一种试剂，将 NH4C1、(NH4)2SO4、Na2SO4、
NaCl 4 种物质的溶液区分开，这种试剂是 ( )。
A. NaOH溶液 B. AgNO3 溶液
C. BaCl2 溶液 D. Ba(OH)2 溶液
解 析
D
【解析】A．氯化铵、硫酸铵均与NaOH反应生成氨气，氯化钠、硫酸钠均与NaOH不反应，不能鉴别；
B．均与硝酸银反应生成白色沉淀，不能鉴别；
C．硫酸铵、硫酸钠均与氯化钡反应生成白色沉淀，氯化铵、氯化钠均与氯化钡不反应，不能鉴别；
D．氯化铵、硫酸铵、氯化钠、硫酸钠四种溶液分别与Ba(OH)2溶液反应的现象为：刺激性气体、白色沉淀和刺激性气体、无现象、白色沉淀，现象不同，可鉴别；
4. 根据图5-11“氨溶于水的喷泉实验”装置图，以下说法不正确的是( )。
A. 该实验证明氨气极易溶于水
B. 烧瓶充满氯气，胶头滴管和烧杯中加入浓碱液也可能形成喷泉
C. 红色喷泉说明氨水显碱性
D. 烧杯中换成其他液体无法形成喷泉
解 析
D
【解析】
喷泉反应的原理是可以快速溶解或者反应形成压强差，所以换成其他液体也可以.
5. 工业上可以废铜屑为原料制备硝酸铜，下列 4 种方法中，适宜采用的是哪一种 请从节约原料和环境保护的角度说明原因。
① Cu＋HNO3(浓) ──→ Cu(NO3)2
② Cu＋HNO3(稀) ──→ Cu(NO3)2
③ Cu ──→ CuO ───→ Cu(NO3)2
空气
△
HNO3
④ Cu ────→ CuO ─────→ Cu(NO3)2
浓硫酸
△
Ba(NO3)2
解 析
【解析】
根据反应的方程式可知，选项 ①②④ 中都能产生大气污染物NO2、NO、SO2，③中没有污染物产生，且原料利用率高，所以正确的答案选③
6. 利用图5-14所示装置进行铜与硝
酸反应的实验。
(1) 硝酸一般盛放在棕色试剂瓶中，
请用化学方程式说明其原因：
__________________________________________________________________________________________________
4HNO3 ═════ 4NO2 ↑ ＋ O2 ↑ ＋ 2H2O
△
或光照
(2) 使用稀硝酸进行实验：反应开始后，铜丝逐渐变细，有气泡产生，溶液变蓝。
① 铜与稀硝酸反应的离子方程式为： ________________________________________________
② 实验中观察到试管中的气体略有红棕色，其原因是_______________________ ( 用化学方程式表示 )。
3Cu＋8H＋＋2NO3－ ══ 3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
2NO＋O2 ══ 2NO2
(3) 使用浓硝酸进行实验：反应剧烈进行，铜丝逐渐变细，溶液变绿，试管上方出现红棕色气体。
① 铜与浓硝酸反应的化学方程式为：
________________________________________________________________________________________________
Cu＋4HNO3(浓) ══ Cu(NO3)2 ＋ 2NO2↑ ＋ 2H2O
② 某同学推测反应后溶液绿色的原因是 NO2 在溶液中达到饱和，NO2 的饱和溶液呈黄色，硝酸铜溶液呈蓝色，两者混合后呈绿色。他取少量该绿色溶液，向其中加人适量水后溶液变为蓝色，可能的原因是_______________________________________ (用化学方程式表示 )。
3NO2＋H2O ══ 2HNO3＋NO
7. 汽车尾气中含有 CO、NO 等多种污染物，已成为城市空气的主要污染源。汽车尾气中的 NO 是如何产生的 请推测可能的原因，并写出有关反应的化学方程式。
解答：N2＋O2───→ 2NO；
放电
8. 根据图 5-9 简单描述氮在自然界的循环过程，并思考和讨论以下问题。
(1) 氮在自然界中主要以哪些形式存在
(2) 人体蛋白质中的氮是从哪里来的
(3) 自然界中有哪些固定氮的途径
(4) 人类的哪些活动参与了氮的循环
(1) 氮在自然界中主要以哪些形式存在
(2) 人体蛋白质中的氮是从哪里来的
(3) 自然界中有哪些固定氮的途径
(4) 人类的哪些活动参与了氮的循环
氮在自然界中主要以单质和化合态形式存在；
从食物中来
生物固氮、高能固氮；
工业固氮、人的排遗。
本课结束
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