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第五章 化工生產中的重要非金屬原元素
第二節 氮及其化合物 課時1
據了解在新疆與青海兩省區交界處有一狹長山谷，這里經常在風和日麗的晴天之時頃刻間電閃雷鳴，下起了雷雨。奇怪的是這里牧草茂盛，四季常青，被當地的牧民稱之為“魔鬼谷”。為什么魔鬼谷牧草旺盛？
1. 通過分析氮的原子結構，推斷含氮物質可能的化學特性。
2.通過實驗知道一氧化氮與氧氣反應、二氧化氮與水反應的性質。
3.了解自然界中氮循環的基本過程，認識氮的固定。
知識點一：氮氣與氮的固定
1.氮氣
在自然界中，氮元素主要以氮分子的形式存在于空氣中
氮元素位于元素周期表的第二周期、第VA族。
N
既不容易得到三個電子，也不容易失去5個電子
氮原子一般通過共用電子對與其他物質相互結合形成物質
氮元素
動植物蛋白質
土壤海洋中硝酸鹽和銨鹽
空氣中的氮氣
自然界是怎樣通過氮的循環為生物體提供氮元素的呢？
（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
（2）氮氣的結構
斷開共價三鍵需要較多的能量，所以氮氣的化學性質很穩定。
N2
（3）氮氣的化學性質
在高溫、放電等條件下，氮氣能夠與鎂、氧氣、氫氣等物質發生化合反應。
獲得足夠的能量
N2+O2 2NO（無色氣體）
放電或高溫
==========
N2+3Mg Mg3N2
點燃
====
N2+3H2 2NH3
0
-3
0
+2
0
-3
氧化劑
還原劑
氧化劑
（1）含義：將大氣中游離態的氮轉化為含氮化合物的過程叫做氮的固定。
2.氮的固定
最重要的人工固氮途徑，人類科學技術發展史上的一項重大成就。
N2
HNO3
NH3
NO NO2
NH3
HNO3
游離態
化合態
氮的固定
氨基酸
植物蛋白
動物蛋白
人工固氮（合成氨）
自然固氮
高能固氮
生物固氮
原來雷電所產生的高溫使空氣中的氮氣和氧氣生成了一氧化氮，一氧化氮繼續與氧氣反應生成二氧化氮，二氧化氮遇水形成硝酸，隨雨水落下后，與土壤中的巖石作用形成能溶于水、易于植物吸收利用的硝酸鹽。
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知識點二：一氧化氮和二氧化氮
1.物理性質
物質 NO NO2
顏色
毒性
溶解度
氣味
紅棕色
無色
NO
NO2
兩種氣體的收集方法相同嗎
排水法
向上排空氣法
有毒
有毒
不溶于水
易溶于水
無味
刺激性氣味
【實驗5-5】如圖所示，在一支50mL的注射器里充入20mLNO，然后吸入5mL水，用乳膠管和彈簧夾封住管口，振蕩注射器，觀察現象。打開彈簧夾，快速吸入10mL空氣后夾上彈簧夾，觀察現象。振蕩注射器，再觀察現象。
視頻
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10 mL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
【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
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？
【思考與討論】
NO和NO2是否屬于酸性氧化物
NO不和水反應，故不是酸性氧化物；NO2和水生成HNO3和NO，發生氧化還原反應，也不符合酸性氧化物的定義。
（1） 若試管中裝10molNO2，則通入多少摩爾O2可以使NO2充分被水吸收
已知2NO+O2 === 2NO2?、? 3NO2+H2O === 2HNO3+NO　②
由方程式①+②×2得:4NO2+O2+2H2O === 4HNO3，即當NO2和O2的體積比為4︰1時水可以充滿試管,需通入2.5 moL O2。
（2） 若試管中裝10molNO，則通入多少摩爾O2可以使NO充分被水吸收
已知2NO+O2 === 2NO2　① 3NO2+H2O === 2HNO3+NO?、?br/>由方程式①×3+②×2得:4NO+3O2+2H2O === 4HNO3，即當NO和O2的體積比為4︰3時水可以充滿試管,需通入7.5 moL O2。
4NO+3O2+2H2O === 4HNO3
當體積比V（NO）：V(O2)
4:3
=4:3
>4:3
當NO、O2混合氣體與水反應時
O2過量，剩余氣體是O2
恰好完全反應
NO過量，剩余氣體是NO
當NO2、O2混合氣體與水反應時
4NO2+O2+2H2O === 4HNO3
當體積比V（NO2）：V(O2)
4:1
=4:1
>4:1
（過量NO2與H2O反應生成NO）
O2過量，剩余氣體是O2
恰好完全反應
NO2過量，剩余氣體是NO
含氮氧化物和氧氣的混合氣體與水反應后氣體成分的規律總結
（1）將1 mol N2和3 mol H2充入密閉容器中,在一定條件下反應, 能得到2 mol NH3。 （ ）
（2）化合態的氮元素只顯一種價態。 （ ）
（3）N2在通常狀況下與O2反應生成NO2。 （ ）
（4）氮的固定中氮元素一定被氧化。 （ ）
（5）雷雨天含氮物質發生的反應不一定都是氮的固定。（ ）
x
√
x
x
x
1.判斷正誤
練一練
2.將盛有1molNO和NO2混合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中,再通入0.4molO2,充分反應后,整個試管充滿水,則原混合氣體中NO與NO2體積比為 (　　)
A.1︰2　　　B.2︰5　　　C.3︰7　　　D.無法確定
【解析】設1molNO和NO2的混合氣體中有a molNO和(1-a) molNO2,
根據4NO+3O2+2H2O 4HNO3和4NO2+O2+2H2O 4HNO3可得:
+ =0.4,所以a=0.3,V(NO)︰V(NO2)=3︰7。
C
║
║
3.下列關于氮氣性質的說法中,錯誤的是(　　)
A.通常情況下,氮氣性質很不活潑
B.可在氧氣中燃燒,生成一氧化氮
C.通常情況下,氮氣在水中的溶解度很小
D.跟氫氣在一定條件下發生反應時,氮氣是氧化劑
B
4.一定條件下,將等體積的NO和O2的混合氣體置于試管中,并將試管倒立于水槽中,充分反應后剩余氣體的體積為原總體積的(　　)
C
自然界中的氮循環
氮的循環
氮的固定
氮氣
氮的氧化物
自然固氮
人工固氮
高能固氮
生物固氮
合成氨
合成氨反應
一氧化氮
二氧化氮
無色無味氣體，難溶于水
紅棕色、刺激性氣味氣體，易溶于水
自然界中含氮的物質
N2+O2===2NO
放電
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO

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