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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
第1课时 氮 氮的氧化物
氮及其化合物
实验探究
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
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；部分存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
1 氮元素的存在
游离态
化合态
第二周期、第V A族
画出氮的原子结构示意图，并回答以下问题：
（1）氮在元素周期表中的位置如何？
（2）氮的常见化合价有哪些？
位置
第二周期、第VA族
化合价
氮原子结构：最外层有5个电子，既不容易得3个电子，又不容易失去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。氮元素的非金属性比氧元素弱，比碳元素强
常见的化合价有 ＋1、＋2 、＋3 、＋4 、＋5 、－3。
问题思考
N
O
“位——构——性”
+7
2
5
物质类别
化合价
氢化物
单质
氧化物
酸
盐
-3
0
+2
+5
+4
N2
HNO3
NO
NO2
NH3
Cu(NO3)2
你知道含氮元素的物质有哪些？
氮元素化合价
物质
类别
氢化物 单质 氧化物 酸 碱 盐
NH3
N2
NO
NO2
NO3-
NH3.H2O
NH4+
+5
+4
+3
+2
+1
0
-3
N2O
N2O3
N2O5
HNO3
HNO2
NO2-
你知道含氮元素的物质有哪些？
N2
发生了什么反应？
反应条件是什么？
什么气体间发生了反应？
观察与思考
模拟大气放电过程
01
氮气的性质
01
氮气的结构和物理性质
一、氮气
(1) 氮气的物理性质
颜色 状态 气味 密度 溶解性
_____ 气体 _____ 密度与空气接近 ___溶于水
无色
无味
难
收集氮气时用排水法不用排空气法
熔点：一210℃
沸点：一196℃
密度：1.25g/L
液氮
一、氮气
熔沸点低

(1) 氮气的物理性质
问题探究
历史上氮气曾被认为是惰性气体，这是为什么？
请写出氮气的电子式和结构式。
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。
(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。
02
氮气可与哪些物质反应
从价态变化认识氮气的氧化性和还原性
氮气若参加反应可表现什么性质（氧化性、还原性）？
放电实验中，N2表现什么性质？
交流讨论
－3
0
＋2
＋5
N价态
＋4
N2
氧化性
还原性
N2
O2
NO
物质类别
化合价
氢化物
单质
氧化物
酸
盐
-3
0
+2
+5
+4
N2
HNO3
NO
NO2
NH3
Cu(NO3)2
O2
氮气的化学性质
2
1
还原剂
N2＋O2 2NO 　
易错警示
物质类别
化合价
氢化物
单质
氧化物
酸
盐
-3
0
+2
+5
+4
N2
HNO3
NO
NO2
NH3
Cu(NO3)2
O2
H2
工业合成氨
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
1
还原剂
2
氧化剂
N2＋O2 2NO 　
H2
将空气变成面包的反应
放电
N2＋O2 2NO 　
高温
氮气的化学性质
（2）
N2
O2
NO
＋2
0
氧化剂
N
－3
还原剂
金属
观察与思考
1
还原剂
2
氧化剂
N2＋O2 2NO 　
H2
N2
氮气的化学性质
（2）
氮气的化学性质稳定，通常很难与其他物质发生化学反应。但高温、高压、催化剂或者放电等条件下，可以和某些物质发生反应。
③金属镁：
N2 + O2 2NO
放电或高温
N2 + 3H2 2NH3
高温 高压
催化剂
②氢气：
①氧气：
N2 + 3Mg Mg3N2
点燃
氧化性
氧化性
还原性
氮气的化学性质
（2）
03
氮的固定
氮的固定
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。
人 工 固 氮
合 成 氨
氮的固定
（3）
概念
1
将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程
2
分类
自然固氮
大自然：雷雨天、根瘤菌
人工固氮
人类：控制条件
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？
04
氮在自然界是如何实现循环的
自然界中氮的循环
(4)
02
NO和NO2
问题探究
N2＋O2 2NO
放电
2NO＋O2 2NO2
2.1 物理性质
一氧化氮与二氧化氮
2
NO2
无色气体 不溶于水
红棕色气体 溶于水
NO
(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
交流讨论
请从氧化还原反应角度分析：
NO具有什么性质(氧化性、还原性)？
－3
0
＋2
＋5
N价态
＋4
NO
氧化性
还原性
物质类别
化合价
氢化物
单质
氧化物
酸
盐
-3
0
+2
+5
+4
N2
HNO3
NO
NO2
NH3
Cu(NO3)2
O2
H2
O2
2.2 化学性质
一氧化氮与二氧化氮
2
还原性
1
NO
2NO＋O2＝2NO2
放热反应
特别提醒
常温上反应速率极快!
发射时运载火箭的推进剂引燃后，从尾部会喷出大量的高温气体，该气体的主要成分是CO2、H2O、N2、NO等，在发射现场可以看到火箭尾部产生大量红棕色气体，你认为其原因最有可能的是
A．高温下N2遇空气生成了NO2
B．NO遇空气生成了NO2
C．CO2与NO反应生成CO和NO2
D．NO与H2O反应生成H2和NO2
看谁做得既准又快
物质类别
化合价
氢化物
单质
氧化物
酸
盐
-3
0
+2
+5
+4
N2
HNO3
NO
NO2
NH3
Cu(NO3)2
O2
H2
O2
CO
NH3
汽车尾气催化转化装置，可将排放的废气（CO、NO）处理为可参与大气循环的气体。请写出方程式。
生活中的化学
2.2 化学性质
一氧化氮与二氧化氮
2
还原性
1
NO
2
氧化性
2NO＋O2＝2NO2
放热反应
特别提醒
常温上反应速率极快!
2NO＋2CO 2CO2＋2N2
催化剂
2.2 化学性质
一氧化氮与二氧化氮
2
还原性
1
NO
2
氧化性
2NO＋O2＝2NO2
放热反应
特别提醒
常温上反应速率极快!
2NO＋2CO 2CO2＋2N2
催化剂
6NO＋4NH3 5N2＋6H2O 　
一定条件
交流讨论
请从氧化还原反应角度分析：
NO2具有什么性质(氧化性、还原性)？
－3
0
＋2
＋5
N价态
＋4
NO2
氧化性
还原性
二氧化氮溶于水
实验探究
NO与NO2
实验 装置
实验 操作 在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，观察颜色 ， 然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器
现象 ___________
结论
无色
无色气体变红棕色
红棕色变为无色
NO难溶于水
无明显现象
NO与NO2
实验 装置
实验 操作 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________________
结论
无色气体变红棕色
红棕色变为无色
在一定条件下，
NO和NO2可以相互转化。
实验现象分析
2NO + O2 = 2NO2
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
(工业制取硝酸)
结论：在一定条件下，NO 与 NO2 可以相互转化。
现象一：无色气体变红棕色 NO → NO2
现象二：红棕色变为无色 NO2 → NO
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？
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？
2.2 化学性质
一氧化氮与二氧化氮
2
1
NO2
氧化性与还原性
3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO
＋4
＋5
＋2
标出NO2与水反应的电子转移方向和数目。
请你试一试
2
失去
e－
×
得到
2e－
1
×
3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO
提出问题？
①二氧化氮是酸性氧化物吗？
②反应前后气体颜色怎样变化？
③反应后的体积是原来的多少？
④被氧化与被还原的NO2的质量比是多少？
⑤ 被氧化的NO2占总量比是多少？
思考
被氧化和被还原的NO2的物质的量之比为2∶1
被氧化的NO2占总量比是2∶3
＋4
＋5
＋2
2 mol NO2 被氧化
1 mol NO2 被还原
思考﹒ 讨论
　 设计实验，要求尽可能多的使集气瓶内的NO气体被水吸收。
2NO＋O2＝2NO2
3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO
……
6NO＋3O2＝6NO2
6NO2＋2H2O＝4HNO3＋2NO
4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3
　 要使集气瓶内的NO2气体充满液体，则通入的O2与原NO2气体的体积比是多少？
思考﹒ 讨论
3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO
2NO＋O2＝2NO2
6NO2＋2H2O＝4HNO3＋2NO
2NO＋O2＝2NO2
4NO2＋O2＋2H2O＝4HNO3
思考与讨论
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
工业生产硝酸的启示
思考与讨论
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
工业生成硝酸的启示
雷雨天氮的循环
N2
NO
NO2
HNO3
硝酸盐
O2
放电
O2
H2O
矿物质
物质类别
化合价
氢化物
单质
氧化物
酸
盐
-3
0
+2
+5
+4
N2
HNO3
NO
NO2
NH3
Cu(NO3)2
O2
H2
O2
CO
NH3
N2
CO
NO2
＋4
0
还原剂
问题探究
NH3
在催化剂存在下，可用氨治理NO2的污染，请写出反应的方程式。
2.2 化学性质
一氧化氮与二氧化氮
2
1
NO2
氧化性与还原性
2
氧化性
3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO
6NO2＋8NH3 7N2＋12H2O 　
催化剂
汽车尾气（含烃类、CO、NO和NO2等）是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管装上催化转化器，使NO或NO2与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，请写出NO2与CO转化的化学方程式。
生活中的化学
物质类别
化合价
氢化物
单质
氧化物
酸
盐
-3
0
+2
+5
+4
N2
HNO3
NO
NO2
NH3
NaNO3
O2
H2
O2
CO
NH3
向盛有NO2气体的试管中加入适量Na2O2粉末，塞紧塞子，轻轻振荡试管内粉末，观察到红棕色气体迅速消失；余烬木条未复燃。NO2和Na2O2反应的方程式是_______________________。
Na2O2＋2NO2＝2NaNO3
考考你的智慧
2.2 化学性质
一氧化氮与二氧化氮
2
1
NO2
氧化性与还原性
2
氧化性
3
还原性
3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO
6NO2＋8NH3 7N2＋12H2O 　
催化剂
Na2O2＋2NO2＝2NaNO3
物质类别
化合价
氢化物
单质
氧化物
酸
盐
-3
0
+2
+5
+4
N2
HNO3
NO
NO2
NH3
NaNO3
O2
H2
O2
CO
NH3
N2O4
2.2 化学性质
一氧化氮与二氧化氮
2
1
NO2
氧化性与还原性
2
氧化性
3
还原性
4
自聚反应
3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO
6NO2＋8NH3 7N2＋12H2O 　
催化剂
Na2O2＋2NO2＝2NaNO3
2NO2
N2O4
无色
NO只能排水法
1．如何收集NO和NO2 气体？能否颠倒过来？
若用排水法收集则得到NO
迁移应用
NO2只能向上排气法
若用排空气法收集则得到NO2
2．如何除去NO中NO2 ？
混合气通过水洗
谢谢观看

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