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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
第1课时 氮气、氮的氧化物
氮元素在元素周期表中的位置：
N
第二周期，VA族
氮原子结构示意图：
+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N2的形式存在于空气中，空气中氮气的体积分数约为78%，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。
氮元素的化合价
-3
0
+1
+2
+3
+4
+5
NH3
NH4Cl
N2
N2O
（笑气）
NO
N2O3
NO2
N2O4
N2O5
HNO3NaNO3
一、氮气
1、物理性质:
无色、无味、难溶于水的气体
2、N2的结构:
结构式：
电子式：
3、化学性质:
N2的性质_______，但在__________等条件下，可获得足够的能量，使共价三键断裂，从而具有________和________。
很稳定
氧化性 还原性
高温、放电
N2 + O2 2NO
放电或高温
=======
N2 + 3H2 2NH3
催化剂
高温、高压
N2 + 3Mg == Mg3N2
点燃
还原性
氧化性
氧化性
4、氮的固定：将游离态的氮转变为氮的化合物的过程。
自然固氮
人工固氮：
雷电固氮：
生物固氮：
豆科植物的根瘤菌固氮
N2 + O2 == 2NO
放电
工业合成氨：
N2 + 3H2 2NH3
催化剂
高温、高压
1909年，德国化学家哈伯经过反复的实验研究后发现，在500~600℃、17.5~20.0MPa和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可达到6%以上，具备了工业化生产的可能性。
哈伯
(F.Haber，1868-1934)
为把哈伯合成氨的实验室方法转化为规模化的工业生产，德国工程师博施作出了重要贡献。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，
为促进世界农业发展做出了重大贡献。
人 工 固 氮
合 成 氨
科学史话 P12
自然界中氮的循环
5、N2的用途:
(1)合成氨、制硝酸、氮肥的重要原料
(2)保护气：焊接金属；填充灯泡；保存食品
(3)液氮作冷冻剂，应用于医学、科技等领域
空气
降温加压
液态
蒸发
N2
O2
6、制备
工业上：
空气
N2
CO2
N2
C，△
碱
实验室：
将NH3通过灼热的CuO
另一方法：NH4Cl饱和溶液和NaNO2饱和溶液混合加热
NH4Cl + NaNO2 NaCl + N2↑+ 2H2O
b.p -195.8℃
b.p -183℃
先气化
2NH3 + 3CuO N2 + 3Cu + 3H2O
二、氮的氧化物
+1 +2 +3 +4 +5
N2O NO N2O3 NO2 N2O5
(笑气) N2O4
2NO2 N2O4 放热反应
红棕色
无色
其中属于酸性氧化物的是_____________，它们还是____________的酸酐，NO2_____酸性氧化物，NO是______氧化物。
N2O3、N2O5
HNO2、HNO3
不是
不成盐
二、氮的氧化物——NO、NO2
1、物理性质:
物质 颜色 状态 气味 毒性 水溶性 特性
NO
NO2
无色
红棕色
气体
气体
无味
刺激性
有毒
有毒
不溶
易溶
生物信使分子
易液化
2、NO、NO2化学性质:
实验5-5 在一支50 mL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 打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象，然后再振荡注射器
现象 ___________ _________________,
振荡后________________
无明显现象
无色气体变红棕色
红棕色变为无色
2NO+O2= 2NO2
3NO2+H2O = 2HNO3+NO
···工业生产硝酸
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？
措施：
用注射器不断吸入空气，使注射器里的气体充分与水反应
启示：
硝酸工业常补充适量空气，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，NO2可以比较完全被水吸收，能够尽可能地转化为HNO3
有句谚语叫做“雷雨发庄稼”，你知道其中的科学道理吗？
N2 + O2 2NO (无色)
放电
2NO + O2 = 2NO2 (红棕色)
3NO2+H2O=2HNO3+ NO【工业制硝酸】
3、NO、NO2对环境的危害：
形成光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层。
光化学烟雾是汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物和氮氧化物(NOx)等一次污染物在阳光(紫外光)作用下发生光化学反应生成二次污染物，后与一次污染物混合所形成的有害浅蓝色烟雾。会损害人和动物的健康，影响植物生长，破坏建筑材料，降低大气的能见度。
SO2和NOx会引起呼吸道疾病并导致酸雨！
书16页
正常雨水由于溶解了二氧化碳，其pH约为5.6。
酸雨
概念：
成因：
类型：
的降水。
主要是大气中的氮硫化物经过转化形成的。
硫酸型：
硝酸型：
防治酸雨的措施：
1、尽量减少用原油、原煤直接作燃料。
2、在燃煤中加入生石灰、石灰石等，用以硫的固定。 CaO+SO2=CaSO3 2CaSO3+O2=2CaSO4
3、采用煤的液化、汽化技术。
4、开发和使用洁净能源，如太阳能、核能、水能、风能等，减少对煤和石油的消耗。
5、在含硫矿石的冶炼、硫酸、化肥、造纸等行业加强废气的处理和综合利用。
6、种植能够吸收SO2的有关树木(如臭椿、垂柳、柳杉)等
关于氮的氧化物溶于水的计算
3NO2+H2O = 2HNO3+NO
4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
把上述两个反应式加起来，可以分别得到：
2NO+O2= 2NO2
2、一定条件下，将等体积的NO和O2混合于一试管中，然后将试管倒立于盛水的水槽中，充分反应后，剩余气体的体积约占原气体总体积的（ ）
A.1/4 B.3/4 C.1/8 D.3/8
关于氮的氧化物溶于水的计算
C
1、将盛有N2和NO2的混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积缩小为原来的一半，则原混合气体中N2和NO2的体积比是（ ）
A．1:1 B．1:2 C．1:3 D．3:1
C
3、将容积为18mL的量筒内充满二氧化氮和氧气的混合气体，倒置量筒在盛满水的水槽里，一段时间后，量筒里剩余气体体积为3mL。则原混合气体中O2体积可能是________或________。
6mL
1.8mL
NO2和O2的混合气体溶于水，由4NO2＋O2＋2H2O = 4HNO3 可知，当
4、将amLNO、bmLNO2、xmLO2混合于同一试管里，将试管倒插于水中，充分反应后试管内气体全部消失，则用a、b表示的x的代数式是___________
得失电子守恒
5、同温同压下，在3支体积相同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( 　　)
A．V1>V2>V3 B．V1>V3>V2
C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2
D
假设标准状况下，忽略溶质扩散，试管中溶液的物质的量浓度是多少？
6. 用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下：
NO2＋NO＋2NaOH = 2NaNO2＋H2O
2NO2＋2NaOH = NaNO2＋NaNO3＋H2O
现有V L某NaOH溶液能完全吸收n mol NO2和m mol NO 组成的大气污染物。
⑴所用烧碱溶液的物质的量浓度至少为 mol/L
⑵若所得溶液中c(NO3- : NO2-)=1:9，则原混合气体中NO2和 NO的物质的量之比 n:m = 。
3∶2
m+n
V

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