資源簡介

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第3章 物質的性質與轉化
第三節 氮的循環
3.3.1 自然界中的氮循環 氮的固定
聯想·質疑
俗語說“雷雨發莊稼” “一場雷雨一場肥”，
這隱含著什么原理？
交流·研討
自然界中的氮的循環涉及許多氮及其化合物。
請指出所列化合物的物質類別和其中氮元素的化合價。
NH3
N2
NO
NO2
HNO3
NH3·H20
NH4+
NO3—
一、自然界中氮的循環
氮的循環涉及地球上生物圈的方方面面。
1.氮元素在自然界中的存在形式：游離態和化合態。
2.自然界中氮的循環
氮在自然界中的循環示意圖
二、氮氣的性質和氮的固定
氮的固定概念：將空氣中游離態的氮轉化為含氮化合物的過程
氮的固定方式：
3.氮的固定
NH3經催化氧化生成NO （ ）
人工固氮
生物固氮：90% 如豆科植物
高能固氮：10% 如閃電固氮
自然固氮
氮的
固定
高溫、高壓
催化劑
N2+3H2 2NH3
合成氨
仿生固氮(常溫常壓）：金屬有機物
含氮化合物之間的轉化不屬于氮的固定。
×
大氣中的氮氣
硝酸鹽等含氮化合物
根瘤菌
放電
氮氧化物
生物轉化
氨基酸
土壤和水體
微生物
分解
和NH3
蛋白質
降水
3．人類活動的影響
(1)氮氣 氨氣→氮肥、硝酸等含氮化合物。
(2)燃燒反應產生的氮氧化物參與氮的循環。
化學方法
仿生固氮:
某些金屬有機化合物可以起到根瘤菌的作用,這些金屬有機化合物做催化劑實現了常溫常壓固氮
合成氨：一個反應，三個諾獎
弗里茨·哈珀
1918年
博施
1931年
埃特爾
2007年
發明了N2和H2
直接合成氨的方法
改進了反應條件，實現
氨的規模化工業生產
發現了合成氨
的反應機理
二、氮氣的性質和氮的固定
4.氮氣的物理性質
顏色 氣味 狀態 溶解性 密度
無色 無味 氣態 難溶于水 比空氣略小
5.氮氣的化學性質
①氮氣的還原性：
②氮氣的氧化性：
N2＋O2==2NO
放電
N2＋3H2 2NH3
高溫高壓
催化劑
點燃
3Mg＋N2==Mg3N2
化學性質穩定
eg：糧食保存、焊接金屬的保護氣、燈泡填充氣
液氮作制冷劑是利用：A.N2汽化吸熱
B.N2化學性質不活潑
可逆反應：相同條件下，同時向正反兩個方向進行的反應。
特征：不能進行到底，反應物、生成物同時存在
N2、O2直接化合得到NO2 （ ）
氣體顏色由無色變為紅棕色
×
√
2、氮氣的實驗室制法：(固液加熱制氣體)
氮氣的密度與空氣的接近,只能用排水法收集。
深化拓展
氮氣工業制法
1、空氣中含有大量的氮氣,空氣是工業制氮氣的主要來源,生產方法主要是分離液態空氣,并制得液態氧。
NH4Cl + NaNO2 N2↑ + NaCl + 2H2O
先揮發
后揮發
三、氮的氧化物
1.氮的主要氧化物
化合價 ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋5
對應氧化物 N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5
笑氣
可吸入麻醉劑
新型毒品
酸性氧化物？
2NO2 N2O4
氮的氧化物都有毒！！！
HNO2 HNO3
2NO2+2NaOH NaNO2+NaNO3+H2O。
三、氮的氧化物
2.NO和NO2
②一氧化氮化學性質
與氧氣反應:
2NO + O2 == 2NO2
氣體由無色變為紅棕色
有利有弊：
（1）NO結合血紅蛋白能力比CO還強，造成人體缺氧
（2）作為傳遞神經信息的“信使分子”
（3）在擴張血管、提高免疫力、增強記憶力等方面有著重要作用
可用來檢驗NO存在
①一氧化氮物理性質
無色、無味、有毒、氣體，難溶于水
收集方法？
排水法
③具有弱氧化性
6NO＋4NH3 ==== 5N2＋6H2O
催化劑
△
三、氮的氧化物
2.NO和NO2
①二氧化氮物理性質
②二氧化氮化學性質
紅棕色、刺激性氣味、有毒、氣體，易溶于水
收集方法？
向上排空氣法
紅棕色氣體變為無色；集氣瓶中水面上升，但未充滿集氣瓶；集氣瓶內無色氣體接觸到空氣變成紅棕色。
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO→工業制取硝酸
⑤自身二聚
③具有強氧化性
能與SO2反應，能使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍
④能與堿溶液反應
2NO2＋2NaOH === NaNO3＋NaNO2＋H2O
2NO2 N2O4(無色氣體)
（1）二氧化氮能使多種織物褪色、損壞多種織物和尼龍制品，對金屬和非金屬材料也有腐蝕作用。
（2）與水反應制硝酸。
（3）生成的硝酸隨雨水灑在地面上，形成硝酸鹽促進植物生長。
③有利有弊：
N、P、K
聯想·質疑
俗語說“雷雨發莊稼” “一場雷雨一場肥”，
這隱含著什么原理？
O2
放電
O2
N2
NO
NO2
HNO3
H2O
硝酸鹽
放電
N2+O2 2NO
2NO ＋O2
2NO2
3NO2＋H2O
2HNO3＋NO
三、氮的氧化物
2.NO和NO2
尾氣吸收？
Cl2：酸性氣體
SO2：酸性氣體
NH3：堿性氣體
易溶于水
NO2：+4
NO：和氧氣反應
NaOH
稀硫酸
水
NaOH
通O2，
NaOH
4NO＋3O2＋4NaOH=4NaNO3＋2H2O
NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O
NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O
NO、NO2：
NO和NO2性質的對比
NO NO2
色、態、味、毒性
水溶性
與氧氣反應
與水反應
與氧氣、水同時作用
氧化性
對環境的影響
無色、無味
紅棕色、有刺激性氣味
有毒氣體
難溶
易溶且與水反應
2NO+O2 2NO2
—
—
3NO2+H2O 2HNO3+NO
4NO+3O2+2H2O 4HNO3
4NO2+O2+2H2O 4HNO3
有氧化性，但通常情況下表現出
還原性
能氧化S2 、I 、Fe2+等離子，NO2能使濕潤的
淀粉KI試紙變藍
有毒，大氣污染物之一
< 4:1 O2過量，剩余氣體為O2
= 4:1 恰好完全反應
> 4:1 NO2過量，剩余氣體為NO
原因：過量NO2與H2O反應生成NO
3NO2+H2O 2HNO3+NO ①
2NO+ O2 2NO2 ②
由②+①×2 得 4NO2+O2+2H2O 4HNO3，
當體積比V (NO2)∶V (O2)
一、NO2、O2通入H2O中
氮的氧化物與O2、H2O反應的計算
< 4:3 O2過量，剩余氣體為O2
= 4:3 恰好完全反應
> 4:3 NO過量，剩余氣體為NO
由①×3+②×2 得4NO+3O2+2H2O 4HNO3，
當體積比V (NO)∶V (O2)
2NO+O2 2NO2 ①
3NO2+H2O 2HNO3+NO ②
二、NO、O2通入H2O中
氮的氧化物與O2、H2O反應的計算
氮的氧化物溶于水的過程中所發生的反應有:
3NO2+H2O==2HNO3+NO
2NO+O2==2NO2。
①4NO2+O2+2H2O==4HNO3
②4NO+3O2+2H2O==4HNO3
(雙選)在一大試管中裝入10mL NO倒立于水槽中，然后向其中緩慢通入6mL O2(氣體體積均在相同條件下測定)，下面有關實驗最終狀態的描述，正確的是( )
A．試管內氣體呈紅棕色
B．試管內氣體呈無色，是2 mL NO
C．試管內氣體呈無色，是2 mL O2
D．試管內液面上升
8mL
6mL
余2mL
BD
氮的氧化物與O2、H2O反應的計算
氮的氧化物溶于水的過程中所發生的反應有:
3NO2+H2O==2HNO3+NO
2NO+O2==2NO2。
①4NO2+O2+2H2O==4HNO3
②4NO+3O2+2H2O==4HNO3
【變式訓練1】
在標準狀況下，將NO2充滿一個干燥燒瓶，將燒瓶倒置于水中，瓶內液面逐漸上升后，最后燒瓶內溶液的體積占燒瓶體積的（ ），溶液的物質的量濃度為（ ）
設燒瓶體積V
c= = 0.045mol/L

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