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1、第二节第二节 氮及其化合物氮及其化合物第五章化工生产中的重要非金属元素第五章化工生产中的重要非金属元素 第第1课时课时 氮及氮的固定氮及氮的固定氮元素氮元素位于元素周期表的位于元素周期表的第二周期，第二周期，VA族族。+72 5 氮原子的最外氮原子的最外层有有5个个电子子，既不容易得到，既不容易得到3个个电子，也不容易失去子，也不容易失去5个个电子。子。一般通一般通过共用共用电子子对与其他原子与其他原子结合。合。在自然界里，氮元素主要以氮分在自然界里，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植物体内的蛋白质中，中，还有部分氮元
2、素存在于土壤、海洋里的硝酸有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和和铵盐中。中。空气中氮气的体积分数约为空气中氮气的体积分数约为78%N氮原子结构示意图：氮原子结构示意图：一、氮与氮的固定一、氮与氮的固定（一）氮气（一）氮气2 2、物理性、物理性质：无色、无味的气体，难溶于水无色、无味的气体，难溶于水 3 3、化学性质：、化学性质：稳定，通常情况下，很难与其他物质发生化学反应，无法被稳定，通常情况下，很难与其他物质发生化学反应，无法被大多数生物体直接吸收大多数生物体直接吸收 （1 1）氧化性：）氧化性：3Mg+N3Mg+N2 2MgMg3 3N N2 2 N N2 2+3H+3H2 22NH2
3、NH3 3 （2 2）还原性）还原性：N N2 2+O+O2 2=2NO =2NO 放电或高温放电或高温注：注：N N2 2与与O O2 2反应的条件是反应的条件是“放电放电”或或“高温高温”，无论，无论O O2 2是否过量，该反应都生成是否过量，该反应都生成NO NO 1 1、结构特点：、结构特点：两个氮原子间以氮氮三键结合，断开该化学键需要较多两个氮原子间以氮氮三键结合，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的能量，所以氮气的化学性质很稳定 （二）氮的固定（二）氮的固定1、定、定义：2、途径：、途径：将游离态的氮转变为氮的化合物的过程将游离态的氮转变为氮的化合物的过程（1）生
4、物固氮：豆科作物根瘤菌将）生物固氮：豆科作物根瘤菌将N2转化成氮转化成氮（2）天然固氮：）天然固氮：大自然通过闪电释放的能量将大自然通过闪电释放的能量将空气中的空气中的N2转为氮的化合物转为氮的化合物（3）人工固氮）人工固氮合成氨工业：合成氨工业：在一定条件下，在一定条件下，N2和和H2合成氨：合成氨：N2+3H22NH3 NHNH3 3人工人工固氮固氮大气中大气中N N2 2NO2NOHNOHNO3 3【氮的固定氮的固定】生物生物固氮固氮雷电雷电固氮固氮【氮的循环氮的循环】1.下列叙述中与氮的固定无关的是下列叙述中与氮的固定无关的是()A.工业合成氨工业合成氨B.工业上将氨转化成硝酸和其他氮
5、的氧化物工业上将氨转化成硝酸和其他氮的氧化物C.豆科植物的根瘤菌吸收空气中的氮气并将之转化成植物蛋白质豆科植物的根瘤菌吸收空气中的氮气并将之转化成植物蛋白质D.电闪雷鸣的雨天电闪雷鸣的雨天,N2与与O2会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收B第第2课时课时 氮的氧化物氮的氧化物情境一情境一 认识雾霾认识雾霾关注氮氧化物关注氮氧化物1、雾霾是指各种源排放的污染物（如、雾霾是指各种源排放的污染物（如SO2、NOx、NH3、CO、VOCs、PM等），在特定的大气等），在特定的大气流场条件下，经过一系列物理化学变化过程形成流场条件下，经过一系列物理化学变化过程形成
6、的细粒子，并与水汽相互作用导致的大气消光现的细粒子，并与水汽相互作用导致的大气消光现象。象。2、PM2.5是指直径小于或者等于是指直径小于或者等于2.5微米的大气颗微米的大气颗粒物的总称。雾霾成分有粒物的总称。雾霾成分有硫酸盐、硝酸盐、铵盐硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机物、炭黑有机物、炭黑 以及矿物粉尘等。以及矿物粉尘等。雾霾组成雾霾组成汽车尾气的化学成分汽车尾气的化学成分 情境二情境二 认识汽车尾气认识汽车尾气关注氮氧化物关注氮氧化物 汽车尾气所含污染物主要是汽车尾气所含污染物主要是:CO、碳氢化合物碳氢化合物(CH)、氮氧化合物、氮氧化合物(NO和和NO2)、SO2、颗粒物以及含铅化合物。、颗
7、粒物以及含铅化合物。情境二情境二 汽车尾气中汽车尾气中NOxNOx 的产生的产生N N2 2+O+O2 2=2NO=2NO高温高压高温高压2NO+O2NO+O2 2=2NO=2NO2 2物物质 颜色色状状态气味气味 毒毒性性水溶水溶性性 特性特性NONONONO2 2无色无色无味无味红棕红棕刺激性刺激性气体气体气体气体有毒有毒有毒有毒不溶不溶易溶易溶易液化易液化(1)(1)物理性质物理性质一氧化氮在治疗疾病中的突出应用(2)化学性化学性质【实验5-5】实验操作操作在一支在一支50 mL50 mL的注射器里的注射器里充入充入20mL NO20mL NO，然后吸，然后吸入入5mL5mL水，用乳胶管
8、和水，用乳胶管和弹簧簧夹封住管口，振封住管口，振荡注射器注射器打开打开弹簧簧夹，快速吸入，快速吸入10 10 mLmL空气后空气后夹上上弹簧簧夹，观察察现象，然后再振象，然后再振荡注注射器射器现象象 _,振振荡后后_无明显现象无明显现象无色气体变红棕色无色气体变红棕色红棕色变为无色红棕色变为无色1、与、与O2反应：反应：2NO+O2=2NO2 反应：反应：2、与、与H2O反应：反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO措施：措施：用注射器不断吸入空气，使注射器里的气体用注射器不断吸入空气，使注射器里的气体与水反应充分与水反应充分启示：启示：硝酸工业常在吸收反应进行过程中，补充一些空气，硝酸工业常
9、在吸收反应进行过程中，补充一些空气，使生成的使生成的NO被氧化成被氧化成NO2，NO2溶于水又生成溶于水又生成HNO3和和NO，经过多次氧化和吸收，经过多次氧化和吸收，NO2可以比较完全被水吸可以比较完全被水吸收，能够尽可能地转化为收，能够尽可能地转化为HNO33、2 NO2 N2O41.常温下能用排空气法收集一氧化氮吗常温下能用排空气法收集一氧化氮吗?为什么为什么?实实验室中应该怎样收集一氧化氮验室中应该怎样收集一氧化氮?互动探究互动探究答案不能。因为发生反应答案不能。因为发生反应:2NO+O2=2NO2。实验室中应该用排水集气法收集一氧化氮。实验室中应该用排水集气法收集一氧化氮。2.NO2
10、转化为转化为NO的变化中的变化中,NO2只能作氧化剂吗只能作氧化剂吗?答案答案NO2与水反应转化为与水反应转化为NO的同时生成硝酸的同时生成硝酸,NO2既作氧化剂又作还原剂。既作氧化剂又作还原剂。3.把一支充满把一支充满NO2气体的试管倒置在水槽中充分反应后有什么现象气体的试管倒置在水槽中充分反应后有什么现象?不断地通入氧气，最总生成的产物为？不断地通入氧气，最总生成的产物为？答案由反应答案由反应3NO2+H2O=2HNO3+NO可知可知:当当NO2与与H2O充分反应后充分反应后,试管内气体变为无色试管内气体变为无色,且剩余气体占试管体积的且剩余气体占试管体积的1/3。2NO+O2=2NO2总
11、：总：4NO2+O2+2H2O=4HNO34.把一支充满把一支充满NO气体的试管倒置在水槽中，不断地缓慢通入氧气体的试管倒置在水槽中，不断地缓慢通入氧气，充分反应后，生成的产物为？气，充分反应后，生成的产物为？2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO总：总：4NO+3O2+2H2O=4HNO31、NO2或或(NO2、NO混合混合)气体溶于水：剩余的气体只有气体溶于水：剩余的气体只有_。总：4NO2+O2+2H2O=4HNO3VNO2VO24:1 恰好完全反恰好完全反应4:14:1剩余剩余NO剩余剩余O2氮的氧化物溶于水的有关氮的氧化物溶于水的有关计算算3NO2+H2O =2HN
12、O3+NO2、NO2和和O2的混合的混合气体气体溶于水：溶于水：NO3、NO和和O2的混合的混合气体溶于水：气体溶于水：总：4NO+3O2+2H2O=4HNO3VNOVO24:3 恰好完全反恰好完全反应 4:3 4:3剩余剩余NO剩余剩余O2防止和减少防止和减少NO、NO2带来的危害的措施：带来的危害的措施：（1）、工业及工厂废气用碱液吸收）、工业及工厂废气用碱液吸收NO2NO2NaOH=2NaNO2H2O2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O（2）、工业及工厂废气也会用纯碱液吸收，转化成两种含氮元）、工业及工厂废气也会用纯碱液吸收，转化成两种含氮元素的常见含氧酸盐。素的常见含氧酸盐。
13、2NO2Na2CO3=NaNO2NaNO3CO2（4）、用）、用CH4分别催化还原分别催化还原NO、NO2可以消除氮氧化物的污染可以消除氮氧化物的污染，试写出反应的方程式。，试写出反应的方程式。CH4+4NO =CO2+2N2+2H2O CH4+2NO2 =CO2+2N2+2H2O 催化剂催化剂催化剂催化剂（3）、在汽车尾气中安装三相催化剂可消除）、在汽车尾气中安装三相催化剂可消除CO和和NO2的污染的污染4CO+2NO 2 =4CO2+N2催化剂催化剂1.将盛将盛12 mL一氧化氮和一氧化氮和36 mL二氧化氮混合气体的烧瓶倒置于水中二氧化氮混合气体的烧瓶倒置于水中,通入一定量的氧气通入一定
14、量的氧气,完全完全反应后反应后,剩余气体的体积为剩余气体的体积为4 mL,则充入的氧气的体积可能为则充入的氧气的体积可能为()A.19 mLB.20 mLC.21 mLD.22 mLD2.如如图图所所示示的的试试管管中中装装有有12 mL NO，然然后后间间歇歇缓缓慢慢地地通通入入8 mLO2。有有关关最最终终状状态态的的描描述述：试试管管内内气气体体呈呈红红棕棕色色，试试管管内内气气体体呈呈无无色色，试试管管内内液液面面不不变变，试试管管内内液液面面上上升升，试试管管内气体是内气体是O2，试管内气体是试管内气体是NO。其中正确的是其中正确的是()C CA A B B C C D D3.在容积
15、为在容积为672 mL的烧瓶中充满的烧瓶中充满NO和和NO2的混合气体，将其的混合气体，将其倒立在水槽里，去塞后再通入倒立在水槽里，去塞后再通入280 mL氧气，恰好完全反应，且氧气，恰好完全反应，且液体充满烧瓶液体充满烧瓶(气体体积都已折合为标准状况下的体积气体体积都已折合为标准状况下的体积)，下列，下列有关叙述正确的是有关叙述正确的是()BA.总反应为总反应为NONO2O2H2O=2HNO3B.总反应为总反应为4NO8NO25O26H2O=12HNO3C.生成硝酸的物质的量浓度均为生成硝酸的物质的量浓度均为0.030 molL1D.生成硝酸的物质的量浓度约为生成硝酸的物质的量浓度约为0.060 molL14.同同温温同同压压下下，在在3支支相相同同体体积积的的试试管管中中分分别别充充有有等等体体积积混混合合的的两两种种气气体体，它它们们是是NO和和NO2，NO2和和O2，NO和和N2。现现将将3支支试试管管均均倒倒置置于于水水槽槽中中，充充分分反反应应后后，试试管管中中剩剩余余气气体体的的体体积积分分别别为为V1、V2、V3，则下列关系正确的是，则下列关系正确的是()A.V1V2V3B.V1V3V2 C.V2V3V1 DV3V1V2D