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第五章 化工生產中的重要非金屬元素
第二節 氮及其化合物
第1課時 氮氣與氮的固定 一氧化氮和二氧化氮
【學習目標與核心素養】
【學習目標與核心素養】
學習目標
1、了解氮元素的存在及氮的固定。
2、掌握NO、NO2的性質。
3、了解NO、NO2、O2溶于水的簡單計算（對生成硝酸的啟示）。
核心素養
1、通過學習氮及氮的氧化物的知識培養學生論據推理與模型認知的化學核心素養。
2、通過氮的氧化物溶于水的實驗進一步訓練學生的操作技能，培養學生科學探究與實驗創新的化學核心素養。
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
原子結構
+7
2
5
氮原子的最外層有5個電子，既不容易得到3個電子，也不容易失去5個電子。一般通過共用電子對與其他原子結合。在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空氣中，部分氮元素存在于動植物體內的蛋白質中，還有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸鹽和銨鹽中。
一、氮氣
(1) 氮氣的物理性質
顏色 狀態 氣味 密度 溶解性
_____ 氣體 _____ 密度與空氣接近 ___溶于水
無色
無味
難
一、氮氣
N N
(3) 氮氣的化學性質
氮氣的化學性質_____，通常很難與其他物質發生化學反應。
① 還原性：_____________________________
穩定
N2+O2 2NO
放電或高溫
==========
② 氧化性
a. N2與H2反應生成NH3，化學方程式為 。
b. 在點燃條件下與Mg反應，方程式為 。
催化劑
高溫、高壓
N2 + 3H2 2NH3
N2 + 3Mg Mg2N3
點燃
(1) 含義: 將大氣中_______的氮轉化為___________的過程叫做氮的固定。
(2) 分類:
二、氮的固定
游離態
含氮化合物
二、氮的固定
大氣中N2
NH3
尿素及動植物遺體
土壤中的微生物
氮素化肥
自 然 固 氮
大自然通過閃電釋放的能量將空氣中的氮氣轉化為含氮的化合物，或者通過豆科植物的根瘤菌將氮氣轉化成氨，從而實現自然固氮。
二、氮的固定
1909年，德國化學家哈伯經過反復的實驗研究后發現，在500~600℃、17.5~20.0MPa和鋨為催化劑的條件下，反應后氨的含量可達到6%以上，具備了工業化生產的可能性。
哈伯
(F.Haber，1868-1934)
為了把哈伯合成氨的實驗室方法轉化為規模化的工業生產，德國工程師博施作出了重要貢獻。由于合成氨工業生產的實現和相關研究對化學理論與技術發展的推動，哈伯和博施都獲得了諾貝爾化學獎。
合成氨是人類科學技術發展史上的一項重大成就。
人 工 固 氮
合 成 氨
二、氮的固定【科學史話】
氮的固定實驗
二、氮的固定【實驗室固定】
N2+O2 ==== 2NO
放電
三、一氧化氮和二氧化氮
三、一氧化氮和二氧化氮
(1) 物理性質
物質 顏色 狀態 氣味 毒性 水溶性
NO _____ 氣體 _____ 有毒 ___溶于水
NO2 _______ 氣體 ______ 有毒 ___溶于水
無色
無味
不
紅棕色
刺激性
易
(2) 化學性質【實驗5-5】
實驗 裝置
實驗 操作 在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5mL 水，用乳膠管和彈簧夾封住管口，振蕩注射器 打開彈簧夾，快速吸入10mL空氣后夾上彈簧夾，觀察現象，然后再振蕩注射器
現象 ___________ _________________,
振蕩后________________
無明顯現象
無色氣體變紅棕色
紅棕色變為無色
三、一氧化氮和二氧化氮
結論：在一定條件下，NO與NO2可以相互轉化。
反應的化學方程式為
①NO→NO2: _____________________;
②NO2→NO: __________________________(工業制取硝酸)。
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
三、一氧化氮和二氧化氮
【思考與討論】
實驗5-5發生了哪些化學反應？如果將注射器中的NO充分轉化，可以采取什么措施？上述實驗對工業生產硝酸有什么啟示？
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
(1) 原理
解答氮的氧化物溶于水的計算問題首先明確原理，無論是單一氣體(NO2)，還是NO、NO2、O2中的兩者或三者的混合氣體，反應的實質是3NO2+H2O===2HNO3+NO，2NO+O2===2NO2，故若有氣體剩余只能是NO或O2，不能是NO2。
【思考與討論】
工業生產硝酸的啟示
① NO與O2同時通入水中
2NO+O2===2NO2 ①
3NO2+H2O===2HNO3+NO ②
①×3+②×2 總的化學方程式為 4NO+3O2+2H2O===4HNO3
【思考與討論】
工業生產硝酸的啟示
② NO2和O2混合氣體溶于水的計算
3NO2+H2O===2HNO3+NO ①
2NO+O2===2NO2 ②
①×2+② 總的化學方程式為 4NO2+O2+2H2O===4HNO3
【思考與討論】
工業生成硝酸的啟示
(1) NO和NO2分別采用什么方法收集？
(2)NO2轉化為NO的變化中，NO2只能作氧化劑嗎
常溫下NO能與O2反應，只能用排水法收集；
NO2能與水反應生成NO，故只能用排空氣法收集。
NO2與水反應轉化為NO的同時生成HNO3， NO2既作氧化劑又作還原劑。
【思考與討論】
性 質 NO NO2
物理性質
毒 性
與水反應
與氧氣反應
實驗室制備
收集方法
其他
對環境影響
無色、無味的有毒氣體，難溶于水
紅棕色、有刺激性氣味的有毒氣體
不反應(難溶于水)
3NO2+H2O====2HNO3+NO
2NO+O2====2NO2
不反應
銅與稀硝酸反應
銅與濃硝酸反應
常用排水法
常用向上排空氣法
2NO2 N2O4
導致光化學煙霧和酸雨，破壞臭氧層
有毒（跟血紅蛋白結合）
有毒
【總結】
【總結】
【課堂練習】
1. 如圖所示的試管中裝有12 mL NO，然后間歇緩慢地通入8 mLO2。有關最終狀態的描述：①試管內氣體呈紅棕色，②試管內氣體呈無色，③試管內液面不變，④試管內液面上升，⑤試管內氣體是O2，⑥試管內氣體是NO 。其中正確的是(　　)
C
A． ①③ B． ②④⑤
C． ②④⑥ D． ②③⑤
【課堂練習】
2. 同溫同壓下，在3支相同體積的試管中分別充有等體積混合的兩種氣體，它們是①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2。現將3支試管均倒置于水槽中，充分反應后，試管中剩余氣體的體積分別為V1、V2、V3，則下列關系正確的是(　　)
D
A．V1>V2>V3 B．V1>V3>V2
C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2
【課堂練習】
3. 在容積為672 mL的燒瓶中充滿NO和NO2的混合氣體，將其倒立在水槽里，去塞后再通入280 mL氧氣，恰好完全反應，且液體充滿燒瓶(氣體體積都已折合為標準狀況下的體積)，下列有關敘述正確的是(　　)
B
A． 總反應為NO＋NO2＋O2＋H2O === 2HNO3
B． 總反應為4NO＋8NO2＋5O2＋6H2O === 12HNO3
C． 生成硝酸的物質的量濃度均為0.030 mol·L－1
D． 生成硝酸的物質的量濃度約為0.060 mol·L－1
【課堂練習】

4. 用氫氧化鈉溶液可以吸收廢氣中的氮氧化物，反應的化學方程式如下：
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O
現有V L某NaOH溶液能完全吸收n mol NO2和m mol NO 組成的大氣污染物。
3∶2
m+n
V

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