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1、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氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮（大气：N2及少量的NH3、NO、NO2）雷电作用产生NONH3根瘤菌固氮人工合成NH3酸雨HNO3动物遗体或者排泄物铵盐或者氨硝酸盐NO经氧化等转化亚硝酸盐植物吸收产生蛋白质硝酸盐 分解产生氮气硝化作用NO、NO2NO、NO2-3-30 0+2+2+4+4+5+5氢氢化物化物单质单质氧化物氧化物酸酸碱碱盐盐NHNH3 3N N2 2NONO 2 2、N N2 2O O4 4NONOHNOHNO3 3HNOHNO2 2NaNaNONO3 3NaNaNONO2 2+3+3N NH H3 3HH2 2O ON
2、NH H4 4ClCl氮元素的价类二维图氮的固定氮的固定游离态的氮氮的化合物N2含“N”物质一、氮的固定概念：将大气中 的氮转化为 的过程游离态氮的化合物氮的固定分类自然固氮高能固氮(雷雨或者火山喷发)生物固氮(如豆科植物的根瘤菌固氮)人工固氮合成氨(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作用)高能固氮生物固氮合成氨仿生固氮1909年，德国化学家哈伯经过反复的实验研究后发现，在500600、17.520.0MPa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
3、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 氨科学史话在我们空气中含量最多的就是氮气，为何大多数农作物不能直接利用吸收氮气而需要施氮肥？二、氮气N的位置？N的电子结构第二周期、第A族最外层有5个电子1.氮元素的非金属性比氧元素弱，比碳元素强，也比磷强。硝酸的酸性比碳酸强，也比磷酸强。2.氮元素的最高价态为+5，最低价态为-3。结构决定性质2.1 氮元素的“位-构-性”+7+72 2 5 5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
4、物体内的 中；部分存在于土壤、海洋里的 中。氮气分子蛋白质硝酸盐和铵盐2.2氮元素在自然界中的存在形式2.3 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_溶于水无色无味难氮气占空气体积的78%(1)氮分子内两个氮原子间以 结合，断开该化学键需要 的能量，所以氮气的化学性质很 ，通常情况下 与其他物质发生化学反应。因此无法被大多数生物体直接吸收。共价三键(NN)较多稳定很难电子式结构式氮氮三键稳定很难金属镁：，（Li、Mg、Ca）氢气：，氧化性氧化性还原性还原性人工合成氨2.4 氮气的化学性质可逆反应N2+3Mg=Mg3N2点燃点燃N2+3H2=2NH3催化催化剂高温高高温高压
5、N2+O2=2NO放放电 或高温或高温物质颜色 密度状态气味毒性水溶性NO气体有毒（与血红蛋白结合）_溶于水NO2气体有毒 溶于水3.1 一氧化氮和二氧化氮的物理性质无色无味不红棕色刺激性易与空气相近大于空气三、一氧化氮和二氧化氮三、一氧化氮和二氧化氮实验装置 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三、一氧化氮和二氧化氮实验装置 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_结论三、一氧化氮和二
6、氧化氮实验装置 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。NO化学性质2NO+O2=2NO2（还原性为主）3NO2+H2O=2HNO3+NONO2化学性质NO2与水反应转化为NO的同时生成HNO3，NO2既作氧化剂又作还原剂。3.2 一氧化氮与二氧化氮的化学性质如果将注射器中的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？2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO(1)原理 解答氮的氧化物溶于水的计算问题首先明确原理，无论是单一气体
7、(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2+H2O=2HNO3+NO，2NO+O2=2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不能是NO2。工业生产硝酸的启示 NO与O2同时通入水中 2NO+O2=2NO2 3NO2+H2O=2HNO3+NO 3+2 总的化学方程式为 4NO+3O2+2H2O=4HNO3 工业生产硝酸的启示 NO2和O2混合气体溶于水的计算 3NO2+H2O=2HNO3+NO 2NO+O2=2NO2 2+总的化学方程式为 4NO2+O2+2H2O=4HNO3工业生成硝酸的启示如果以氨气和氧气为初始原料，生成产物为硝酸，应该最佳比例为：如果
8、以氨气和氧气为初始原料，生成产物为硝酸铵，应该最佳比例为：（守恒配平）（板演）工业生成硝酸的启示-循环利用定量守恒(1)NO和NO2分别采用什么方法收集？(2)NO2转化为NO的变化中，NO2只能作氧化剂吗?常温下NO能与O2反应，只能用排水法收集；NO2能与水反应生成NO，故只能用排空气法收集。NO2与水反应转化为NO的同时生成HNO3，NO2既作氧化剂又作还原剂。性 质NONO2物理性质毒 性与水反应与氧气反应实验室制备收集方法其他对环境影响无色、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+NO2NO+O2=2NO2不反应铜与稀硝酸
9、反应铜与浓硝酸反应常用排水法常用向上排空气法2NO2 N2O4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【总结】NO和NO2的性质对比对3NO2H2O=2HNO3NO反应的下列说法正确的是A.氧化剂与还原剂的质量比为12B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为12C.NO2是氧化剂，H2O是还原剂D.在反应中若有6 mol NO2参与反应时，有3 mol电子发生转移解解析析该反应中NO2既是氧化剂又是还原剂，硝酸为氧化产物，NO为还原产物。硝酸与NO的物质的量之比为21，还原剂(NO2)与氧化剂(NO2)的物质的量之比为21。若有6 mol NO2参与反应，则转移电子4 mol。
10、氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮氮气氮原子的结构氮气的性质物理性质无色无味不溶于水化学性质氧化性：与镁、氢气反应还原性：与氧气反应氮的固定自然固氮雷雨固氮根瘤菌固氮人工固氮合成氨仿生固氮一氧化氮、二氧化氮一氧化氮的性质一氧化氮物理性质无色、有毒、气体，不溶于水一氧化氮化学性质与氧气反应二氧化氮的性质二氧化氮物理性质红棕色，有毒，刺激性气味气体二氧化氮化学性质与水反应请依据本节课的内容，解释“雷雨丰庄稼”的原理，并用化学方程式解释雷电发生时，雷电发生时，N N2 2和和O O2 2化合生成化合生成NONO，NONO迅速被氧化为迅速被氧化为NONO2 2，NONO2 2溶于水生成溶于水生成HNO
11、HNO3 3，HNOHNO3 3和土壤作用生成硝酸盐，和土壤作用生成硝酸盐，NONO3 3-可被植物吸收可被植物吸收2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NON2+O2=2NO放放电 HNO3+NH3=NH4NO3+O2+O+O2 2+H+H2 2O O+NH+NH3 3 农业技术农业技术化肥产业化肥产业【课堂练习】1.如图所示的试管中装有12 mL NO，然后间歇缓慢地通入8 mLO2。有关最终状态的描述：试管内气体呈红棕色，试管内气体呈无色，试管内液面不变，试管内液面上升，试管内气体是O2，试管内气体是NO。其中正确的是()CA B C D【课堂练习】2.同温同压下，在3支相
12、同体积的试管中分别充有等体积混合的两种气体，它们是NO和NO2，NO2和O2，NO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()DAV1V2V3 BV1V3V2CV2V3V1 DV3V1V2【课堂练习】3.在容积为672 mL的烧瓶中充满NO和NO2的混合气体，将其倒立在水槽里，去塞后再通入280 mL氧气，恰好完全反应，且液体充满烧瓶(气体体积都已折合为标准状况下的体积)，下列有关叙述正确的是()BA 总反应为NONO2O2H2O=2HNO3B 总反应为4NO8NO25O26H2O=12HNO3C 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0.060 molL1