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第二节 氮及其化合物
第1课时 氮气与氮的固定
一氧化氮和二氧化氮
资料一：
据了解在新疆与青海两省区交界处有一狭长山谷，这里经常在风和日丽的晴天之时顷刻间电闪雷鸣，下起了雷雨。奇怪的是这里牧草茂盛，四季常青，被当地的牧民称之为“魔鬼谷”。为什么魔鬼谷牧草旺盛？
资料二：
有句谚语“雷雨发庄稼”，你明白其中的化学道理吗？
1.了解氮元素的存在及氮的固定。
2.掌握NO、NO2的性质。
1.能从物质的类别、元素的价态的角度，预测分析氮气、氮的氧化物的性质及转化规律。（宏观辨识与微观探析）
2.通过NO2溶于水的实验，探究NO充分转化的条件，并能应用于工业生产。（科学探究与创新意识）
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
进
走
课
堂
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。
【想一想】
氮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？
自然界中的氮元素
氮元素
动植物蛋白质
土壤海洋中硝酸盐和铵盐
空气中的氮气
氮元素是一切动植物的生长都需要的营养元素。大气中含有大量的氮气，但是不能被多数生物直接吸收，多数生物只能吸收含氮元素的化合物。
将空气中游离的氮转变为氮的化合物的方法叫做氮的固定。
（1）氮气的性质
①结构：
三对共用电子对
②物理性质：
性质稳定
颜色 气味 状态 密度 溶解性
无色
无味
气体
比空气稍小
难溶于水
1.氮气
一、氮气与氮的固定
Ⅰ.与氧气反应：
N2＋O2　　 2NO
放电或高温
（表现还原性）
Ⅱ.与氢气反应:
N2＋3H2 2NH3
高温、高压
催化剂
（表现氧化性）
氮气的化学性质稳定，通常很难与其他物质发生反应，在一定条件下能与氧气、氢气等物质反应。
③化学性质
Ⅲ.与镁反应：
N2＋3Mg　　 Mg3N2
点燃
（表现氧化性）
自然固氮
人工固氮
①概念：
将空气中游离态的氮转化为含氮化合物
游离态 化合态
②过程：
（2）氮的固定
③分类
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%
N2+3H2 2NH3
催化剂
高温、高压
仿生固氮
（常温常压）
N2 氮氧化物 NH3 铵盐 HNO3 硝酸盐 有机氮
自然界中氮的循环
放电
N2
NO
NO2
HNO3
硝酸盐
O2
水
矿物质
O2
提示：雷雨天氮的循环
【思考交流】
雷雨过后庄稼总是更加旺盛，俗称“雷雨发庄稼”请用所学的化学知识解释原因。（科学态度与社会责任）
自 然 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，或者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。
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。
人 工 固 氮
合 成 氨
氮的固定实验
N2+O2 ==== 2NO
放电
二、一氧化氮和二氧化氮
氮的 氧化物 颜色 气味 状态 毒性 溶解度
NO
NO2
1.物理性质
无色
无味
气体
有毒
难溶于水
红棕色
刺激性
气体
有毒
易溶于水
一氧化氮在常温下易与氧气结合生成二氧化氮
2NO+O2 ==== 2NO2
只能用排水法收集
2.化学性质
NO2与H2O反应：
实验5-5：如图5-10所示，在一支50mL的注射器里充入20mLNO，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。
图5-10 二氧化氮溶于水的实验
NO2与H2O反应
【思考交流】
实验中的实验现象是什么？发生的化学方程式有哪些？
科学探究与创新意识
现象
结论
化学方程式
a.红棕色气体变为无色气体
b.集气瓶中水面上升到原体积的约三分之一处
c.让集气瓶内无色气体接触到空气，又变成红棕色
d.向溶液中滴入石蕊试液变成红色。
a.二氧化氮能与水反应生成无色气体一氧化氮，同时生成酸性物质；
b.一氧化氮易与氧气反应生成二氧化氮。
2NO+O2 ==== 2NO2
3NO2+H2O ==== 2HNO3+NO
实验总结：
为什么雷雨可以发庄稼呢？
N2+O2 ==== 2NO
放电
2NO+O2==== 2NO2
3NO2+H2O ==== 2HNO3+NO
反应的化学方程式：
O2
放电
O2
N2
NO
NO2
HNO3
H2O
反应过程：
归纳：“雷雨发庄稼”；“一场雷雨一场肥”
水洗法
CCl4法
硝酸银溶液法
NO2
Br2
无色溶液
橙黄色溶液
难溶于CCl4
橙红色溶液
无明显现象
产生淡黄色沉淀
思考：NO2和Br2的鉴别
淀粉KI试纸、pH试纸、NaOH溶液、蒸馏水、CCl4、AgNO3溶液
现提供下列试剂，哪些试剂可行？
×
×
×
√
√
√
性 质 NO NO2
物理性质
毒 性
与水反应
与氧气反应
收集方法
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
常用排水法
常用向上排空气法
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】
概念
氮的固定
分类
自然固氮
人工固氮
高能固氮(如雷雨天气N2转化NO)
生物固氮(如豆科植物的根瘤菌)
合成氨(工业上合成氨)
仿生固氮(某些金属有机化合物可起到根瘤菌的作用)
将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程
氮气及氮的固定 一氧化氮和二氧化氮
氮气
无色无味、密度大于空气，可与镁、氢气、氧气反应
NO与NO2
无色、有毒、不溶于水，与氧气反应：2NO+O2===2NO2
NO
NO2
红棕色、有毒、有刺激性气味，易溶于水，发生反应3NO2+H2O===2HNO3+NO
1.下列起固定氮的作用的化学反应是 ( )
A.N2与H2在一定条件下反应生成NH3
B.硝酸工厂用NH3氧化制NO
C.雷雨时空气中的N2转化为NO2
D.由NH3制碳酸氢铵和硫酸铵
A
2.下列关于自然界中氮循环（如图）的说法不正确的是( )

A.氮元素均被氧化
B.工业合成氨属于人工固氮
C.含氮无机物和含氮有机物可相互转化
D.碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环
A
3.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(　　)
A．V1>V2>V3 B．V1>V3>V2
C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2
D
4.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。
（1）所用烧碱溶液的物质的量浓度至少为 mol·L-1。
（2）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
一个人的行为模式决定他的心智思想，也就决定他的命运。

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