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第1课时　氮气和氮的固定 一氧化氮和二氧化氮
第二节　氮及其化合物
第五章　化工生产中的重要非金属元素
学习目标
1.通过分析氮气分子的结构，了解氮气的化学稳定性。
2.结合生产、生活实例，了解氮的固定的概念及意义。
3.掌握氮气、氮氧化物的重要化学性质以及通过氧化还原反应实现物质之间的相互转化，培养变化观念。
氮气保护技术通常应用于珍贵文物的保存和保护，国内外不乏先例。美国的《独立宣言》就密封在氮气环境中；北京房山云居寺“99石经回藏”也是氮气保护的成功典范。
为什么氮气可以作为保护气
氮气性质稳定，常温下不与物质发生反应。
北京房山云居寺石经地宫及应用氮气保护的石经
1. 认识自然界中的氮元素。
一、氮气与氮的固定
氮元素的存在
主要以氮分子的形式存在于空气中
部分存在于动植物体内的蛋白质中，土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中
2. 氮气的物理性质
颜色 状态 气味 密度 溶解性
无色 气体 无味 与空气接近 难溶于水
3.氮气的化学性质
（1）氮气的化学稳定性。
通常情况下，氮气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。
为何氮气的化学性质很稳定？
氮气分子内的两个氮原子之间以共价三键结合，断开该化学键需要吸收较多的能量。
思考
①与金属镁反应：N2+3Mg Mg3N2
②与氧气反应：N2+O2 2NO
③与氢气反应：N2+3H2 2NH3
(2)氮气与金属或非金属单质的反应
点燃
放电或高温
高温、高压
催化剂
金属镁在空气中燃烧，所得固体产物可能有哪些？
金属镁在空气中燃烧，镁可能会与氧气、氮气、二氧化碳三种气体反应，所得固体产物有氧化镁、氮化镁和碳单质。
思考
4.氮的固定
自然界中氮元素的循环
（1）将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫氮的固定
自然界中氮元素的循环
氮的固定
自然固氮
人工固氮
高能固氮
仿生固氮
生物固氮
（豆科植物的根瘤菌固氮）
合成氨
N2+3H2
2NH3
N2+O2
2NO
（2）氮的固定方法
模仿生物将大气中的氮固定
作用：通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物，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
放电或高温
高温、高压
催化剂
二、 一氧化氮和二氧化氮
1. 一氧化氮和二氧化氮的物理性质
物质 颜色、状态 气味 毒性 水溶性
NO
NO2
无色气体
红棕色气体
无味
有刺激性气味
有毒
有毒
不溶于水
易溶于水
不能。NO与空气的密度十分接近且易与空气中的O2反应，故不能用排空气法收集，一般用排水法收集；NO2易与H2O发生反应，故不能用排水法收集，一般用向上排空气法收集。
(1)实验室能否用排空气法收集NO气体？能否用排水法收集NO2？为什么？
(2)如何检验NO气体？
检验NO气体的方法是向气体中通入O2(或空气)，气体由无色变为红棕色。
思考
一氧化氮和二氧化氮的化学性质
探究实验
（1）【实验5-5】
实验装置 实验操作
现象
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，然后再振荡注射器
无明显现象
无色气体变红棕色，振荡后，红棕色变为无色
如何除去NO气体中混有的少量NO2气体杂质？
根据NO2与H2O反应能生成NO，既能除去NO2杂质，又不引入其他杂质，故可将混合气体通入盛有水的洗气瓶，然后重新收集气体。
（2）实验结论
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 : 2NO＋O2 2NO2。
②NO2→NO: 3NO2＋H2O 2HNO3＋NO (工业制取硝酸)
深化拓展
NO2能溶于H2O并发生反应，为了使NO2尽可能被H2O吸收，某化学兴趣小组设计了如下实验步骤，以探究NO2被H2O吸收的程度。
步骤①：将盛满NO2气体的试管倒置于盛水的水槽中，如图甲所示。
步骤②：将O2缓慢通入步骤①的试管中，如图乙所示。
NO2的吸收实验
（3）当液面充满整个试管时，通入的O2与原试管内的NO2体积之比是多少？总反应的化学方程式是什么？
（4）在相同条件，向试管中分别通入NO和O2，然后倒置于水槽中，若溶液充满试管，则通入的NO和O2的体积比为多少？
当液面充满试管时，NO2和通入的O2恰好完全反应生成HNO3，即4NO2＋O2＋2H2O 4HNO3，因此V(NO2)∶V(O2)＝4∶1。
4∶3
（1）步骤①中：试管内气体的颜色和水位有何变化？发生反应的化学方程式是什么？
（2）步骤②中试管内气体的颜色和体积怎样变化，试管内水位怎样变化？主要发生哪些反应？
实验讨论
NO2与H2O发生反应：3NO2＋H2O 2HNO3＋NO，红棕色气体逐渐消失，试管内水位不断上升，最后水充满整个试管的2/3，上部为无色气体，占试管容积的1/3。
试管内缓慢通入O2时，发生反应：2NO＋O2 2NO2，3NO2＋H2O 2HNO3＋NO，因此试管内无色气体变为红棕色，后又变为无色，气体体积减小，液面不断上升。
（1）相关反应原理
3NO2＋H2O 2HNO3＋NO①
2NO＋O2 2NO2②
由方程式①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O 4HNO3③
由方程式①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O 4HNO3④
（2）氮的氧化物溶于水的三种类型
①NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应①：剩余气体为NO
氮的氧化物溶于水的计算
x＝ 0
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，只剩余NO
4/1
4/1
4/1
③NO和O2的混合气体：NO、O2的混合气体溶于水时涉及反应④：
x＝ 0
反应情况 O2过量，剩余O2 恰好完全反应，无气体剩余 NO过量，剩余NO
4/3
4/3
4/3
②NO2和O2的混合气体：NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应③：
V（NO）
V（O2）
V（NO2）
V（O2）
N2分子结构
N2稳定性
一定条件
Mg3N2
NO
NH3
+O2
NO2
氮的固定
自然固氮
人工固氮
课外拓展
1.科学家研究发现SARS病毒的全部基因组组分都可以在蝙蝠的粪便里找到，且SARS样冠状病毒基因内部多个位点频繁重组。病毒学研究证实，一氧化氮对
SARS病毒有直接抑制作用。下列
关于一氧化氮的叙述正确的是 ( )
A.一氧化氮是一种红棕色的气体
B.常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合
C.一氧化氮可以由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到
D.一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集
C

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