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第3章 第三节 氮的循环
自然界中的氮循环 氮的固定
自然界中氮的循环
氮原子的结构
+7
2
5
氮元素位于元素周期表的第二周期、第VA族。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。
NH3
N2
NO
NO2
HNO3
NH3·H2O
NH4+
NO3-
氮及其化合物的“价-类”二维图
游离态：主要以 的形式存在于空气中。
化合态：部分存在于动植物体内的 中；部分存在于土壤、海洋里的 中。
氮气与氮的固定
氮元素在自然界中的存在
氮分子
蛋白质
硝酸盐和铵盐
(78%) 氮气
氧气 (21%)
空气的成分(按体积)
N2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
排水法收集N2
氮气的工业制法：分离液态空气
空气
降温加压
液化空气
升温分离
液氧（沸点：-183℃）
液氮（沸点：-196℃）
N2的化学性质
①氮气的还原性：
点燃
3Mg＋N2==Mg3N2
化学性质稳定
【例】粮食保存、焊接金属的保护气、灯泡填充气
N2＋O2==2NO
放电
N2＋O2==2NO
放电
2NO＋O2==2NO2
高温、高压
催化剂
N2+3H2 2NH3
②氮气的氧化性：
气体颜色由无色变为红棕色
氮的固定
将空气中游离态的氮转化为含氮的化合物的过程
氮的固定
人工固氮
自然固氮
高能固氮：闪电10%
生物固氮：豆科植物90%
工业固氮：工业合成氨
仿生固氮(常温常压）：金属有机物
游离态→化合态
NH3经催化氧化生成NO是氮的固定
高温、高压
催化剂
N2+3H2 2NH3
×
N2＋O2==2NO
放电
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（属于酸酐）：
2NO2 N2O4
氮的氧化物
N2O3，N2O5
HNO2，HNO3
一氧化氮和二氧化氮
二氧化氮
一氧化氮
一氧化氮是无色的有毒气体，不溶于水，在常温下很容易与氧气化合，生成二氧化氮。
二氧化氮是红棕色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气的大，易液化，易溶于水。
NO NO2
物理性质 色味态
毒性
溶解性
密度
化学性质 还原性
氧化性
无色、无味、气体 红棕色、刺激性气味、气体
难溶于水 易溶于水，与水反应
有毒 有毒
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
2NO + O2 = 2NO2
略大于空气 大于空气
排水法
6NO+4NH3 ==== 5N2+6H2O
催化剂

气体由无色变为红棕色
气体由红棕色逐渐变为无色，水位上升到2/3处
工业制硝酸
继续通入氧气并不断振摇，气体出现红棕色又再次消失，液面逐渐上升
4NO2+O2+2H2O==4HNO3
尾气吸收
Cl2：酸性气体
SO2：酸性气体
NH3：碱性气体
易溶于水
NO2
NO
NaOH
稀硫酸
水
NaOH
通O2、NaOH
4NO＋3O2＋4NaOH=4NaNO3＋2H2O
2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O
NO、NO2
NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O
NO、NO2应用与危害
氧化物 危害 应用
NO 有毒，与血红蛋白结合能力强，容易造成人体缺氧 可作为传递神经的“信使分子”，具有扩展血管、提高免疫力、增强记忆力等作用
NO2 有毒，能使织物褪色，破坏多种织物和尼龙制品，对金属和非金属材料有腐蚀作用，另外还能够形成酸雨 雷雨天气NO2与雨水形成的硝酸降落到地面，与土壤中矿物作用形成硝酸盐，促进植物生长
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
盐
氮的氧化物与O2、H2O反应的计算
3NO2+H2O==2HNO3+NO
2NO+O2==2NO2
总反应：4NO+3O2+2H2O==4HNO3
① NO2或NO2与NO的混合气体溶于水
3NO2+H2O==2HNO3+NO
②NO2和O2的混合气体溶于水
总反应：4NO2+O2+2H2O==4HNO3
③NO和O2的混合气体溶于水
注意：有关NO、NO2、O2混合气体与H2O反应后剩余气体的问题，因NO2与H2O反应，NO与O2反应，所以剩余的气体只可能为NO或O2中的一种，绝对不会剩余NO2。
3NO2+H2O==2HNO3 + NO
4NO+3O2+2H2O==4HNO3
【例】将20mL充满NO2和NO的混合气体的试管倒立于盛水的水槽中，充分反应后，剩余气体10mL。
（1）原混合气体的中NO和NO2的体积。
（2）向上述剩余气体中通入一定体积的氧气，最终剩余5ml气体。求通入氧气的体积。
V
NO
3V
VNO2= 15mL VNO = 5mL
NO或O2
10mL
①若剩余O2，则10mLNO完全反应，需要消耗7.5mLO2。则通入O2共12.5mL。
②若剩余NO，则同入的O2完全被(10-5)mLNO消耗，共通入3.75mL。
10mL
15mL
V
2V
△
【试试就“逝逝”】
在标准状况下，将O2与NO2按1：4体积比充满一个干燥烧瓶（假设整个过程中溶质不扩散），将烧瓶倒置于水中，瓶内液面逐渐上升后，最后烧瓶内溶液的物质的量浓度为 （ ）
4NO2+O2+2H2O==4HNO3
设烧瓶体积5V
THANKS

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