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氮及其化合物
第一课时
氮气与氮的固定
常德芷兰实验学校
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。
N
原子结构
+7
2
5
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。
2.自然界中的存在形态
a.游离态:以氮分子的形式存在于空气中。?
b.化合态:存在于动植物体内的蛋白质中,以及土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
一.氮气
1.物理性质
纯净的N2是一种无色无味的气体，密度和空气接近，难溶于水，在空气中约占五分之四左右。
2.化学性质
（1）常温下，N2的化学性质不活泼，可代替稀有气体作保护气体。
原因：
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，通常难以与其它物质反应。
N
N
:N::N:
..
（2）在放电条件或高温下氮气跟氧气化合生成一氧化氮
（3）镁在氮气中燃烧
（4）人工合成氨
二．氮的固定和循环
1．将游离态氮转变为化合态氮的过程叫氮的固定。
（1）自然固氮
（2）人工固氮：工业合成氨
2007
年10月诺贝尔化学奖授予了德国化学家格哈德·埃特尔，理由是他发现了哈伯－博施法合成氨的作用机理。
1909年，德国化学家弗里茨·哈伯发明合成氨方法：500~600℃、17.5~20.0MPa和锇作催化剂，获得1918
年诺贝尔化学奖。
1913年，卡尔·博施改进合成氨方法：从实验室方法转化为规模化的工业生产，获得1931
年诺贝尔化学奖。
合成氨的辉煌化学史
N2+3H2
2NH3
高温高压
催化剂
合成氨的创始人哈伯
三、氮气的用途
①化合物制造：化肥、氨、硝酸等化合物的制造；②惰性保护：惰性保护介质，速冻食品；③制冷剂：低温粉碎等的制冷剂、冷却剂；④电子工业：电子工业中的外延、扩散、化学气相淀积、离子注入、等离子干刻、光刻等；⑤标准物：用作标准气、校正气、零点气、平衡气等。
“笑气”是一氧化二氮（N2O）的别称，为无色有甜味的气体，广泛应用于医药麻醉、食品加工等生产生活领域。人体吸入“笑气”后，会引起体内内啡肽的释放。内啡肽能让人产生短暂的欣快感。其实，笑气并不是真的让人发自内心地笑，而是通过让人脸部肌肉失控而形成痴呆笑容。
四、氮的氧化物
氮的氧化物
N2O(笑气)
NO
N2O3
NO2
N2O4
N2O5
氮元素化合价
____
___
____
___
____
____
＋1
＋2
＋3
＋4
＋4
＋5
上述氮的氧化物中属于酸性氧化物的是
。
N2O5和N2O3
1、二氧化氮和一氧化氮
（1）物理性质
物质
颜色
状态
气味
毒性
水溶性
NO
_____
气体
_____
有毒
___溶于水
NO2
_______
气体
_______
有毒
___溶于水
无色
无味
不
红棕色
刺激性
易
（2）化学性质
氮的氧化物
NO
NO2
化学性质
与O2反应
2NO＋O2=2NO2
不反应
与H2O反应
不反应
3NO2＋H2O=2HNO3＋NO
思考：NO和NO2分别采用什么方法收集？
常温下NO能与O2反应，只能用排水法收集；
NO2能与水反应生成NO，故只能用排空气法收集。
（2）化学性质
实验探究5-5
实验
操作
在一支50
mL的注射器里充入20
mL
NO,然后吸入5
mL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,观
察现象。振荡注射器,再观察现象。
实验
装置
实验
现象
___________
吸入空气后气体变为_____色,再振荡后气体又变为
___色,同时注射器的活塞_________。
原因
解释
NO___溶于水
NO与O2反应生成___,气体变为红棕色:振荡后溶于
水生成_____和___,气体又变为无色,同时气体的
总体积有所_____。
无明显现象
红棕
无
向内移动
不
NO2
硝酸
NO
减小
实验5-5发生了哪些化学反应？如果将注射器中的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？
启示1
(1)
原理：
解答氮的氧化物溶于水的计算问题首先明确原理，无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2+H2O===2HNO3+NO，2NO+O2===2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不能是NO2。
①
NO与O2同时通入水中
2NO+O2===2NO2
①
3NO2+H2O===2HNO3+NO
②
①×3+②×2
总的化学方程式为
4NO+3O2+2H2O===4HNO3
启示2
②
NO2和O2混合气体溶于水的计算
3NO2+H2O===2HNO3+NO
①
2NO+O2===2NO2
②
①×2+②
总的化学方程式为
4NO2+O2+2H2O===4HNO3
启示3
典例：在一定温度和压强下，将一容积为15
mL的试管充满NO2后，倒置于一个盛有水的水槽中。当试管内液面上升至一定高度不再变化时，在相同条件下再通入O2，让液体充满整根试管，则通入O2的体积为(　　)
A．3.75
mL
B．7.5
mL
C．8.75
mL
D．10.5
mL
练习
1.
如图所示的试管中装有12
mL
NO，然后间歇缓慢地通入8
mLO2。有关最终状态的描述：①试管内气体呈红棕色，②试管内气体呈无色，③试管内液面不变，④试管内液面上升，⑤试管内气体是O2，⑥试管内气体是NO
。其中正确的是(　　)
C
A．
①③
B．
②④⑤
C．
②④⑥
D．
②③⑤
2.
同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的两种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2。现将3支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是(　　)
D
A．V1>V2>V3
B．V1>V3>V2
C．V2>V3>V1
D．V3>V1>V2
3.
在容积为672
mL的烧瓶中充满NO和NO2的混合气体，将其倒立在水槽里，去塞后再通入280
mL氧气，恰好完全反应，且液体充满烧瓶(气体体积都已折合为标准状况下的体积)，下列有关叙述正确的是(　　)
B
A．
总反应为NO＋NO2＋O2＋H2O
===
2HNO3
B．
总反应为4NO＋8NO2＋5O2＋6H2O
===
12HNO3
C．
生成硝酸的物质的量浓度均为0.030
mol·L－1
D．
生成硝酸的物质的量浓度约为0.060
mol·L－1
性
质
NO
NO2
物理性质
毒
性
与水反应
与氧气反应
实验室制备
收集方法
其他
对环境影响
无色、无味的有毒气体，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+NO
2NO+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
2NO2
N2O4
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
【小结
氮的氧化物的危害
补充“常见的NOx尾气处理方法
①碱液吸收法
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。一般适合工业尾气中NOx处理。
②催化转化法
在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。

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