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(共40張PPT)
第五章 化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素
第二節(jié) 氮及其化合物
（一）
學習目標
一
通過自然界中的氮循環(huán)，了解氮循環(huán)的基本過程，認識氮循環(huán)過程中的重要物質。
二
了解生物固氮和人工固氮形式，認識氮氣在一定條件下能夠與氧氣、氫氣發(fā)生反應，了解氮的固定的相關知識。
三
了解氮的兩種氧化物（NO和NO2）；了解自然界中形成硝酸的過程。
四
知道工業(yè)制硝酸的反應原理。
目錄
CONTENTS
氮氣
氮的氧化物
1
2
在新疆與青海交界處有一山谷，經(jīng)常電閃雷鳴，把人畜擊斃。當?shù)氐霓r民把它稱為“魔鬼谷”，可奇怪的是這里卻牧草茂盛，四季常青。
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。
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。
01
氮氣
氮的存在方式
游離態(tài)：在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空氣中
化合態(tài)：少部分存在于生物的蛋白質中、以及土壤、海洋中的硝酸鹽和銨鹽。
空氣中的氮氣
土壤海洋中硝酸鹽和銨鹽
動植物蛋白質
氮是自然界各種生物體生命活動不可缺少的重要元素，自然界是怎樣通過氮的循環(huán)為生物體提供氮元素的呢？
想一想：
氮氣的物理性質
無色、無味的氣體，密度與空氣接近，難溶于水
思考：氮氣在低溫加壓時可以液化形成液氮，液氮汽化會吸熱使溫度降低，你知道液氮有什么用途嗎？
氮氣
熔點：-210 ℃
沸點：-196 ℃
密度：1.25 g/L
氮氣的物理性質
液氮
冷凍治療
液氮食品
氮氣的物理性質
思考：對比氧氣和氮氣的沸點，如何從空氣中獲得氮氣？
氧氣
熔點：-218.4 ℃
沸點：-183 ℃
密度：1.25 g/L
氮氣
熔點：-210 ℃
沸點：-196 ℃
密度：1.25 g/L
氮氣的物理性質
工業(yè)制氮氣：
空氣(氣態(tài))
空氣(液態(tài))
低溫
加壓
N2(氣態(tài))
O2(液態(tài))
實驗室制氮氣：
NH4Cl+NaNO2 NaCl+2H2O+N2↑
思考：實驗中用什么方法收集氮氣、檢驗氮氣的？說明氮氣具有哪些化學性質
氮氣的化學性質
氮的結構：
N的原子結構示意圖
N2的電子式
N2的結構式
N2的球棍模型
由于氮分子內兩個氮原子間以共價三鍵結合，斷開該化學鍵需要較多的能量，所以氮氣的化學性質很穩(wěn)定，通常情況下難以與其他物質發(fā)生化學反應，無法被大多數(shù)生物體直接吸收。
氮氣的化學性質
穩(wěn)定性：
常溫下，N2的化學性質很穩(wěn)定，通常情況下難以與其他物質發(fā)生化學反應反應
焊接保護氣
充氮燈泡
食品保護氣
氮氣的化學性質
在高溫、放電等條件下，氮分子獲得了足夠的能量，使氮氮三鍵斷裂，氮氣能夠與鎂、氧氣、氫氣等物質發(fā)生化合反應。
N2+ O2 2NO
放電或高溫
得到2×2e-
失去2×2e-
還原劑
氧化劑
失去6×e-
得到2×3e-
氧化劑
還原劑
N2+ 3H2 2NH3
氮氣的化學性質
失去3×2e-
得到2×3e-
氧化劑
還原劑
N2+ 3Mg Mg3N2
點燃
氮在自然界中的循環(huán)示意圖
氮的價-類二維圖
-3
0
+1
+2
+3
+4
+5
NH3
N2
N2O
NO
N2O3
NO2、N2O4
N2O5
HNO3
HNO2
NaNO3
NaNO2
Mg3N2
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(xiàn)自然固氮。
人 工 固 氮
合 成 氨
氮的固定：將游離態(tài)的氮轉變?yōu)榈幕衔?br/>人 工 固 氮
自 然 固 氮
N2+ 3H2 2NH3
豆科植物根瘤菌固氮
N2+ O2 2NO
放電
N2+ O2 2NO
放電或高溫
NO使人中毒原理與CO相似，被人體吸收后與血紅蛋白結合，使血紅蛋白失去攜帶氧的能力導致中毒。燃油汽車發(fā)動機中會進行該反應，產(chǎn)生的NO是汽車尾氣中的一種污染氣體。
信使分子——NO
1998年的諾貝爾生理學和醫(yī)學獎頒給了發(fā)現(xiàn)“NO是心血管系統(tǒng)的信號分子”的三位美國科學家。
心臟急救藥硝酸甘油的主要作用就是通過釋放NO，可使血管平滑肌松弛，周圍血管舒張，外周阻力減小，回心血量減少等，從而使心絞痛得到緩解。
弗里茨·哈伯
第一個從空氣中制造出氨的科學家，加速了世界農業(yè)的發(fā)展，因此獲得1918年諾貝爾化學獎。
卡爾·博施
改進了高壓合成氨的催化方法，實現(xiàn)了合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)，并在發(fā)展高壓化學方面取得成就。因此獲得1931年諾貝爾化學獎。
工業(yè)合成氨
格哈德·埃特爾
發(fā)現(xiàn)了哈伯-博施合成氨的作用機理，并以此為開端推動了表面化學動力學的發(fā)展。因此獲得2007年諾貝爾化學獎。
典例集訓
【例1】起固定氮作用的化學反應是
A．氮氣與氫氣在一定條件下反應生成氨氣
B．一氧化氮與氧氣反應生成二氧化氮
C．氨氣經(jīng)催化氧化生成一氧化氮
D．由氨氣制碳酸氫銨和硫酸銨
A
典例集訓
【例2】氮在自然界中的轉化是一個復雜的過程，如圖所示的氮循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)的重要組成部分。
（1）循環(huán)圖中能夠說明含氮有機物可以轉化為無機物的是___________(填轉化序號)。
（2）循環(huán)圖中轉化④的反應之一可表示為NH4++2O2 X+2H++H2O，寫出X的化學式：_______。
（3）下列有關氮循環(huán)說法正確的是___________。
a．圖中轉化②③④都屬于氮的固定 b．雷雨天氣容易發(fā)生轉化②的過程
c．動植物蛋白質中一定含有氮元素
（4）氨氣與二氧化氮在一定條件下可以發(fā)生反應，生成參與大氣循環(huán)的物質，寫出反應的化學方程式：___________________________________。
⑥
NO3-
b c
8NH3+6NO2 7N2+12H2O
典例集訓
【例3】下列關于氮氣的說法錯誤的是
A．氮氣在通常情況下不燃燒，也不支持燃燒，不能供給呼吸
B．液氮可用于醫(yī)學和高科技領域，制造低溫環(huán)境
C．利用氮氣的穩(wěn)定性，工業(yè)上用來替代稀有氣體作焊接金屬的保護氣
D．在高溫高壓、催化劑條件下與氫氣反應時，氮氣作還原劑
D
02
氮的氧化物
NO和NO2的性質
一氧化氮：無色、無味、有毒、密度比空氣大、不溶于水。
實驗室采用排水法收集NO
二氧化氮：紅棕色、有刺激性氣味、有毒、密度比空氣大。
NO和NO2的性質
思考：NO2 和Br2 都是紅棕色氣體，如何鑒別？
物理方法：用CCl4溶解,溶解的是Br2，不溶解的是NO2
化學方法：
①用AgNO3溶液,產(chǎn)生黃色沉淀的是Br2，無沉淀生成的是NO2
②用水，紅棕色不消失的是Br2，紅棕色消失是NO2
實驗5-5
探究NO2與水的反應
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(xiàn)象。打開彈簧夾，快速吸入10ml空氣后夾上彈簧夾，觀察現(xiàn)象。振蕩注射器，再觀察現(xiàn)象。
實驗現(xiàn)象：
1.無明顯現(xiàn)象
2.無色氣體變紅棕色，振蕩后紅棕色變?yōu)闊o色
NO和NO2的性質
現(xiàn)在你可以解釋“魔鬼谷”草木茂盛的原因嗎？
硝酸與土壤中礦物質作用形成可溶性硝酸鹽，成為氮肥被植物吸收 。
2NO + O2 = 2NO2
3NO2 + H2O =2HNO3 + NO
N2+ O2 2NO
放電或高溫
NO和NO2的性質
思考：如果要將注射器中的NO充分轉化，可以采取什么措施？
這對工業(yè)生產(chǎn)硝酸有什么啟示？
硝酸工業(yè)常在吸收反應進行過程中，補充一些空氣，使生成的NO被氧化成NO2，NO2溶于水又生成HNO3和NO，經(jīng)過多次氧化和吸收，NO可以完全轉化為HNO3,減少環(huán)境污染
可以用注射器不斷吸入空氣，然后使注射器里的氣體充分與水反應。
NO和NO2的性質
思考：氮氧化物與氧氣和水反應，若有氣體剩余，剩余的氣體可能是什么？有什么規(guī)律？
×3
+）
4NO + 3O2 + 2H2O 4HNO3
×2
NO和NO2的性質
×2
+）
4NO2 + O2 + 2H2O 4HNO3
NO和NO2的性質
思考：NO和NO2是酸性氧化物嗎？
NO和NO2都不是酸性氧化物：
NO與堿、酸都不能反應生成鹽和水，屬于不成鹽氧化物；
NO2與堿溶液發(fā)生氧化還原反應生成兩種鹽，也不屬于酸性氧化物。2NO2＋2NaOH====NaNO2＋NaNO3＋H2O。
NO2是硝酸的酸酐嗎？
不是，NO2是氧化還原得到硝酸，硝酸的酸酐是N2O5
典例集訓
【例1】下列關于NO和NO2的說法正確的是
A．NO2紅棕色氣體，易溶于水，屬于酸性氧化物
B．NO2可由N2和O2直接化合得到
C．NO和NO2均既可以用排空氣法收集又可以用排水法收集
D．NO和NO2在一定條件下可以相互轉化
D
典例集訓
【例2】工業(yè)制HNO3的過程中排放的NO2和NO常用NaOH溶液吸收，反應的化學方程式為NO+NO2+2NaOH====2NaNO2+H2O、2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O，NO不能被NaOH溶液吸收。若同溫同壓下NO2與NO的體積之比如下，其中不能被NaOH溶液完全吸收的是（）
A．1：1
B．1：3
C．2：1
D．3：1
B
典例集訓
【例1】某混合氣體中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的兩種或多種氣體。現(xiàn)將此無色透明的混合氣體通過品紅溶液后，品紅溶液褪色，把剩余氣體排入空氣中，很快變?yōu)榧t棕色。對于原混合氣體成分的判斷中，正確的是
A．肯定有SO2和NO
B．可能有O2和NO2
C．可能有Cl2和O2
D．肯定只有NO
A
典例集訓
【例4】現(xiàn)有等體積混合而成的4組氣體：①NO2＋NO、②NO2＋O2、③HCl＋N2、④Cl2＋SO2。現(xiàn)將其分別通入體積相同的試管中并立即倒立在足量水中，試管內水面上升的高度分別為h1、h2、h3、h4，則高度關系是
A．h4>h2>h3>h1
B．h4>h3>h2>h1
C．h2>h3>h1>h4
D．h3>h2>h1>h4
A
典例集訓
【例5】下列物質的轉化必須加入氧化劑且通過一步反應就能完成的是
①N2→NO2 ②NO2→NO ③NO2→HNO3 ④N2→NO ⑤N2→NH3
A．①
B．②⑤
C．④
D．③④
C
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