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1、第五章第五章 化学生产中的重要非金属元素化学生产中的重要非金属元素第二节 氮及其化合物（第一课时第一课时-氮气与氮的固定、氮的氧化物氮气与氮的固定、氮的氧化物）人教版高中化学必修2一、氮元素 1940 年至 1960 年间，在美国洛杉矶，发生了严重的，发生了严重的有毒烟雾污染大气的事件-光化学烟雾。那么那么光化学烟雾到底到底是什么，这一节课我们就来学习和光化学烟雾污染有关的一是什么，这一节课我们就来学习和光化学烟雾污染有关的一种物质种物质-N。氮元素位于元素周期表中第二周期第氮元素位于元素周期表中第二周期第_族，原子结族，原子结构示意图为构示意图为 ，最外层有，最外层有_个电子，在化学个电子，
2、在化学反应中能获得反应中能获得3 3个电子而表现出个电子而表现出-3-3价。价。A5+725常见化合价：常见化合价：-3-3、0 0、+1+1、+2+2、+3+3、+4+4、+5+5；自然界中的氮元素自然界中的氮元素氮元素氮元素动植物蛋白质动植物蛋白质土壤海洋中硝酸盐和土壤海洋中硝酸盐和铵盐铵盐空气中的氮气空气中的氮气二、氮气电子式电子式结构式结构式N2化学式化学式NNNN1、氮分子的结构、氮分子的结构 氮气：双原子分子 无色无味无毒气体、熔点为-210、沸点为-196、密度为1.25g.L-1（比空气略小，占空气体积78%），难溶于水（1体积水溶解0.02体积N2）2、氮分子的物理性质、氮分
3、子的物理性质思考与交流：思考与交流：为什么氮气的化学性质很稳定，通常情况下难以与其他物质为什么氮气的化学性质很稳定，通常情况下难以与其他物质发生化学反应，画出氮气的电子式并分析？发生化学反应，画出氮气的电子式并分析？N NN NNN 由于氮分子内两个氮原子间以共价三键由于氮分子内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）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，通常情况量，所以氮气的化学性质很稳定，通常情况下难以与其他物质发生化学反应，无法被大下难以与其他物质发生化学反应，无法被大多数生物体直接吸收。多数生物体直接吸收。但在获得了足够能量情况下，氮气还是能发生
4、反应的。因此但在获得了足够能量情况下，氮气还是能发生反应的。因此氮气发生反应的条件往往是氮气发生反应的条件往往是_ _或或_ _高温高温 放电放电请你结合分子结构及元素化合价推测其化学性质-30+2+4+5N2+1+33、N2的化学性质。三、氮的固定2 2、类型、类型 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为氨。人工固氮:人类通过控制条件,将氮气氧化或还原为氮的化合物。最重要的人工固氮途径是工业合成氨。1 1、氮的固定、氮的固定-将大气中将大气中游离态游离态的氮转化为的氮转化为氮的化合物氮的化合物的过程。的过程。N2+O2=2NO
5、 放电或高温放电或高温（工业合成氨）（工业合成氨）N2+3H2 2NH3 高温、高压高温、高压 催化剂催化剂2、认识氮在自然界的循环、认识氮在自然界的循环工业合成氨为农作工业合成氨为农作物为农作物的生长物为农作物的生长提供了必须的氮元提供了必须的氮元素，为其他化工产素，为其他化工产品（如炸药、农药、品（如炸药、农药、染料等）的生产提染料等）的生产提供了重要原料。供了重要原料。5.下列反应起了氮的固定作用的是（下列反应起了氮的固定作用的是（）A、N2、H2在一定条件下反应生成在一定条件下反应生成NH3 B、NH3经催化剂氧化生成经催化剂氧化生成NO C、NO与与O2反应生成反应生成NO2 D、由
6、、由NH3制碳铵和硫铵制碳铵和硫铵A课后练习课后练习解析：将空气中游离态的氮转变为氮的化合物的方法，解析：将空气中游离态的氮转变为氮的化合物的方法，统称氮的固定。统称氮的固定。三、一氧化氮和二氧化氮N N的氧化物的种类的氧化物的种类它们都它们都有毒有毒，是大气污染物。，是大气污染物。N N2 2O O、NONO、N N2 2O O3 3、NONO2 2、N N2 2O O4 4、N N2 2O O5 5六种，其化合价分别是六种，其化合价分别是+1+1，+2+2，+3+3，+4+4，+4+4，+5+5。1、NO物理性质：物理性质：无色、无味、有毒气体无色、无味、有毒气体（和（和COCO相同），难
7、溶于水相同），难溶于水化学性质：易被化学性质：易被O O2 2氧化为氧化为NONO2 2 ，2NO+O2=2NO2与与NHNH3 3反应：反应：6NO+4NH3 6H2O+5N2 表现氧化性表现氧化性催化剂催化剂 =加热加热和和O O2 2、H H2 2O O：4NO+3O2+2H2O=4HNO32、NO2物理性质：物理性质：红棕色、有刺激性气味的气体红棕色、有刺激性气味的气体,易液化，易溶于水易液化，易溶于水化学性质：（化学性质：（1 1）难被氧化，易与水反应生成）难被氧化，易与水反应生成HNOHNO3 3和和NONO 3NO2+H2O=2HNO3+NO（2 2）NONO2 2的尾气用的尾气
8、用NaOHNaOH溶液吸收溶液吸收 2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O（4 4）NONO2 2具有较强的氧化性，可使湿润的具有较强的氧化性，可使湿润的KIKI淀粉试纸变蓝淀粉试纸变蓝 还可将还可将SOSO2 2氧化：氧化：NO2+SO2=SO3+NO（3 3）常温下易转化为）常温下易转化为N N2 2O O4 4 2NO2 N2O43、氮的氧化物、氮的氧化物-NO与与NO2的性质比较的性质比较2NO+O2=2NO24NO+3O2+2H2O=4HNO34NO2+O2+2H2O=4HNO3无色，无味无色，无味有毒（机理同有毒（机理同CO）有毒有毒红棕色红棕色，刺激性气味，刺激性气
9、味 1.NO吸收治疗法可快速改善吸收治疗法可快速改善SARS重症患者的缺氧状况，重症患者的缺氧状况，缓解病情，病毒学研究同时证实，缓解病情，病毒学研究同时证实，NO对对SARS病毒有直接病毒有直接抑制作用。下列关于抑制作用。下列关于NO的叙述正确的是的叙述正确的是()ANO是一种红棕色气体是一种红棕色气体 B常温常压下，常温常压下，NO不能与空气中的氧气直接化合不能与空气中的氧气直接化合 C含等质量的氧元素的含等质量的氧元素的NO和和CO的质量相等的质量相等 DNO难溶于水，可以用排水法收集难溶于水，可以用排水法收集D课后练习课后练习 解析：解析：NO是一种无色难溶于水的气体，可以用排水法收是
10、一种无色难溶于水的气体，可以用排水法收集；常温常压下，集；常温常压下，NO易与氧气直接化合生成易与氧气直接化合生成NO2。答案：答案：D4、NONO和和NONO2 2的尾气处理的尾气处理（1）NO与酸碱都不反应，进行尾气处理时一般用充袋法，或通入氧气的同时用碱溶液吸收。（2）NO2与碱溶液直接反应，可用碱溶液吸收。2NO 2NO2 2+2NaOH=NaNO+2NaOH=NaNO3 3+NaNO+NaNO2 2+H+H2 2O O【实验【实验5-55-5】如图如图5-105-10所示，在一支所示，在一支50mL50mL的注射器里充入的注射器里充入20mLNO,20mLNO,然后吸然后吸入入5mL
11、5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器，观察现象，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，快速吸入打开弹簧夹，快速吸入10mL10mL空气后夹上弹簧夹，观察现象，振空气后夹上弹簧夹，观察现象，振荡注射器，再观察现象。荡注射器，再观察现象。思考与讨论：思考与讨论：实验实验5-55-5中发生了哪些化学反应？如果要将注射中发生了哪些化学反应？如果要将注射器中的器中的NONO充分转化，可以采取什么措施？上述实验充分转化，可以采取什么措施？上述实验对工业生产硝酸有什么启示？对工业生产硝酸有什么启示？实验现象：加入水后，注射器内水和实验现象：加入水后，注射器内水和NO的体积
12、几乎没的体积几乎没有变化，吸入空气后，气体的体积减少。有变化，吸入空气后，气体的体积减少。反应方程式：反应方程式：2NOO2=2NO2，3NO2H2O=2HNO3NO5、氮的氧化物溶于水的计算、氮的氧化物溶于水的计算有关化学反应方程式有关化学反应方程式3NO3NO2 2H H2 2O=2HNOO=2HNO3 3NONO2NO2NOO O2 2=2NO=2NO2 2所以所以XX 2 2 +得得 4NO 4NO2 2O O2 22H2H2 2O O4HNO4HNO3 3 X3X3 +X2+X2得得 4NO 4NO3O3O2 22H2H2 2O=4HNOO=4HNO3 3 也就是按此比例的气体可以和
13、水完全反应生成硝酸。也就是按此比例的气体可以和水完全反应生成硝酸。4.一定温度和压强下，将装有一定温度和压强下，将装有N2和和NO2混合气体的试管混合气体的试管 倒立在水中，经足够时间后，试管内气体体积缩小为倒立在水中，经足够时间后，试管内气体体积缩小为 原体积的原体积的3/5，则混合气体中，则混合气体中N2和和NO2的体积比为的体积比为()A2 3 B3 2 C3 5 D5 3课后练习课后练习A解析：解析：3NO2+H2O=2HNO3+NO，所以设，所以设N2为为a体积，体积，NO2为为b体积，则总体积为体积，则总体积为a+b。反应后为。反应后为a+（1/3）b，因为试管内，因为试管内气体的
14、体积缩小为原体积的气体的体积缩小为原体积的3/5所以所以 a+（1/3）b/（a+b）=3/5，a：b=2：3值得注意的是：值得注意的是：4NO4NO2 2+O+O2 2和和4NO+3O4NO+3O2 2从组成上均相当于从组成上均相当于2N2N2 2O O5 5的组成。的组成。即即两情况中的总反应式都与两情况中的总反应式都与N N2 2O O5 5+H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3等效。这不仅是记忆等效。这不仅是记忆二式的方法，也为上述问题的解法提供了新的思路，即利用混合二式的方法，也为上述问题的解法提供了新的思路，即利用混合气体中的气体中的N N、O O原子个数比进行分析判断：原子
15、个数比进行分析判断：NO NO2525O O2 2剩余剩余 NO NO2525完全反应完全反应 NO NO2525NONO剩余剩余如果不是恰好反应，则剩余气体只可能是氧气或如果不是恰好反应，则剩余气体只可能是氧气或NO，不可能，不可能剩余剩余NO2(为什么？为什么？)(1)(1)光化学烟雾：光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾。列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾。(2)(2)酸雨：酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成排入大气中后，与水反应生成HNO3和和HNO2，随，随雨雪降到地面。雨雪降到地面。6、氮氧
16、化物对环境的污染、氮氧化物对环境的污染(3)(3)破坏臭氧层：破坏臭氧层：NONO2 2可使平流层中的臭氧减少，导可使平流层中的臭氧减少，导 致地面紫外线辐射量增加。致地面紫外线辐射量增加。(4)NO(4)NO与血红蛋白结合使人中毒。与血红蛋白结合使人中毒。知识梳理：知识梳理：1、氮气的化学性质、氮气的化学性质2、氮的氧化物、氮的氧化物-NO和和NO2有关化学反应方程式有关化学反应方程式3NO3NO2 2+H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3+NO+NO2NO+O2NO+O2 2=2NO=2NO2 24NO4NO2 2+O+O2 2+2H+2H2 2O O4HNO4HNO3 3 4NO+
17、3O 4NO+3O2 2+2H+2H2 2O=4HNOO=4HNO3 3 2汽车尾气主要含有汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质，这种等物质，这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。汽车尾气中的尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。反应的化学方程式可表示应生成参与大气循环的无毒气体。反应的化学方程式可表示为为2xCO2NOx 2xCO2N2催化剂催化剂=加热加热课后练习课后练习3.汽油中氮元素及其微量，为什么汽车排放的尾气中因含有氮的氧汽油中氮元素及其微量，为什么汽车排放的尾气中因含有氮的氧化物，而污染大气，造成产生氮的氧化物的主要原因是（化物，而污染大气，造成产生氮的氧化物的主要原因是（）A燃烧含氮化合物燃料引起的燃烧含氮化合物燃料引起的 B燃烧含铅汽油引起的燃烧含铅汽油引起的 C是由于燃烧不充分引起的是由于燃烧不充分引起的 D是在气缸中是在气缸中N2被氧化生成的被氧化生成的D课后练习课后练习解析：汽车排放的尾气中因含有氮的氧化物而污染大解析：汽车排放的尾气中因含有氮的氧化物而污染大 气气.产产生氮的氧化物的主要原因是在汽缸中生氮的氧化物的主要原因是在汽缸中N2被氧化生成的。被氧化生成的。