資源簡介

(共30張PPT)
走進奇妙的化學世界
2023-2024
必修第二冊
第五章
化工生產中的重要非金屬
第二節
氮及其化合物
位置
第二周期、第VA族
結構
性質
既不容易得3個電子
也不容易失5個電子
N一般通過共用電子對與其他原子相互結合構成物質
氮是自然界各種生物體生命體活動不可缺少的重要元素，自然界中氮元素是怎樣存在的呢？
主要化合價：-3、0、+2、+4、+5
氮元素在自然界中有兩種存在形態：
游離態：主要以氮分子的形式存在于空氣中。
(78%) 氮氣
氧氣 (21%)
空氣的成分(按體積)
化合態：部分存在于動植物體內的蛋白質中；部分存在于土壤、海洋里的的硝酸鹽和銨鹽中。
其他1%
（1）物理性質：無色、無味的氣體，密度與空氣接近，難溶于水
氮氣
熔點：-210 ℃
沸點：-196 ℃
密度：1.25 g/L
思考
對比氧氣和氮氣的沸點，如何從空氣中獲得氮氣？
一、氮氣與氮的固定
1. 氮氣
氧氣
熔點：-218.4 ℃
沸點：-183 ℃
密度：1.25 g/L
空氣（氣態）
低溫
加壓
空氣（液態）
N2（氣態）
O2（液態）
【思考】氮氣在低溫加壓可以液化成液氮，液氮汽化會吸熱使溫度降低，
你知道液氮有什么用途么？
醫療上可在液氮冷凍
麻醉下做手術
液氮食品
低溫超導
（2）分子組成與結構：
分子式：
電子式：
結構式：
空間結構：
球棍模型：
N2
直線型
氮分子內兩個氮原子間以共價三鍵(N≡N)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定，通常情況下很難與其他物質發生化學反應，但在高溫、放電等條件下能和一些物質發生化學反應。
（3）氮氣的化學性質：
①與金屬單質（Mg、Li、Ca、Sr、Ba、Al等）反應 需要加熱才能發生
N2 + 3Mg Mg3N2
氧化性
Mg3N2 +6H2O=3Mg(OH)2↓+2NH3↑
②與非金屬單質（O2、H2、B、Si等）反應
N2 + O2 2NO
還原性
N2 + 3H2 2NH3
氧化性
自然固氮
人工固氮：
高能固氮(如雷雨天氣N2轉化為NO)
生物固氮(如豆科植物的根瘤菌固氮)
合成氨(工業上合成氨)、仿生固氮(某些金屬有機化合物可起到根瘤菌的作用)
將大氣中游離態的氮轉化為氮的化合物的過程叫做氮的固定
離子化合物
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
自然界中的氮元素
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為生物體提供氮元素的呢？
自然界中氮的循環圖
（4）氮氣的制備：
①工業制法：工業上由液態空氣分餾來獲得氮氣
②實驗室制法：
NH4Cl+NaNO2 NaCl+N2+2H2O
===
加熱
（5）氮氣的用途：
①氨氣是合成氨、制硝酸的重要材料
硝酸
②氮氣常用作保護氣，用于焊接金屬、填充燈泡、保護食品等
注意焊接金屬鎂時不能用氮氣做保護氣
③液氮可用作制冷劑，應用于醫學、科技等領域
科學史話
例 1-1 (2021廣東茂名期中)下列關于自然界中氮循環(如圖5-2-1)的說法不正確的是（）
A. 氮元素均被氧化B.工業合成氨屬于人工固氮C.含氮無機物和含氮有機物可相互轉化D. 碳、氫、氧三種元素也參與了氮循環
A
1.(浙江嘉興一中期中)下列過程不屬于氮的固定的是 ( )
A.閃電時大氣中氮的氧化物的生成
B.由NH3制備NH4Cl
C.用N2和H2合成氨
D.豆科植物的根瘤菌把大氣中的氮氣轉化成NH
B
例 1-2 (2021 江蘇宿遷期中)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.液氮可用于醫學和科技領域，制造低溫環境
C.利用氮氣的穩定性，工業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
據說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頃刻電閃雷鳴，下起雷雨，奇怪的是這里牧草茂盛，四季常青，被當地牧民稱為“魔鬼谷”。為什么魔鬼谷牧草旺盛
有句諺語“雷雨發莊稼”，
你明白其中的化學道理嗎
思維拓展
雷雨發莊稼，將N2轉化為硝酸鹽要經過幾步轉化，每一步轉化分別是什么？
+O2
+O2
+H2O
+NH3
N2 NO NO2 HNO3
NH4NO3
NO和NO2具有哪些性質？
【思考】
氮的氧化物
氧化物 NO N2O3 N2O5
對應氮的化合價
N2O
NO2
N2O4
＋3
①N2O俗稱笑氣，具有麻醉作用
②N2O3亞硝酸的酸酐，不穩定
③N2O5硝酸的酸酐，白色固體
+1
+2
+4
+4
+5
上述氮的氧化物中屬于酸性氧化物的是 。
N2O5和N2O3
物質 顏色 狀態 氣味 水溶性 收集方法 特性
NO 氣體 ___溶于水
NO2 氣體 ___溶于水
無色
無味
不
排水法
NO
NO2
紅棕色
刺激性
易
向上排空氣
二、一氧化氮和二氧化氮
1. NO和NO2的物理性質
易液化
注意：①NO有毒，使人中毒原理與CO相似，但是NO是人體內的“信號分子”可以舒張血管，抗氧化
②NO2在常溫下為氣體，但是在標況下為液體
2. NO和NO2的化學性質
（1）NO
2NO+O2=2NO2 （紅棕色）
NO
【思考】實驗室如何收集，檢驗NO的存在？
收集：排水法
檢驗：向無色氣體中通入氧氣或空氣，若氣體變為紅棕色則無色氣體為NO
（2）NO2
3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO
NO2
+4 +5 +2
（工業上利用這一原理生產硝酸，NO2既是氧化劑又是還原劑）
【實驗5-5】NO2溶于水實驗
實驗裝置 實驗操作 在一支50 mL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10 mL空氣后夾上彈簧夾，觀察現象，然后振蕩注射器，再觀察現象。
現象 振蕩前：
振蕩后：
化學方程式
無明顯現象
無色氣體變紅棕色
紅棕色變為無色
NO
NO2
2NO+O2=2NO2
3NO2+H2O=2HNO3+NO
結論：在一定條件下，NO與NO2可以相互轉化
如果要將注射器中的NO充分轉化，可以采取什么措施？
提示　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
【思考討論】
①2NO+O2=2NO2
②3NO2+H2O=2HNO3+NO
【想一想】上述實驗對工業上生產硝酸有什么啟示？
硝酸工業在吸收反應進行過程中，需要補充一些空氣，使生成的NO被氧化成NO2，NO2溶于水又生成硝酸和NO，經過多次氧化和吸收，NO可以完全轉化為硝酸，減少環境污染。
①X3+②X2：
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
①+②X2：
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
3. NO、NO2溶于水的計算
（1）反應原理
3NO2＋H2O=2HNO3＋NO ①
2NO+O2=2NO2 ②
反應①×2＋② 4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3 ③
反應①×2＋②×3 4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3 ④
②NO2和O2的混合氣體溶于水時涉及反應:
4NO2+O2+2H2O== 4HNO3,其計算如下表:
【例1】向盛有15mlNO2氣體，倒立于水槽的試管A中通入O2，充分反應，試管中還剩余氣體3ml，則通入O2體積可能是多少
剩余氣體只能是NO或O2，不可能是NO2
①NO2過量→剩余氣體為NO
3NO2+H2O=2HNO3+NO
3ml
9ml
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
6ml
1.5ml
則通入氧氣體積可能為1.5ml
②剩余氣體為O2
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
15ml
3.75ml
3.75ml+3ml=6.75ml
則通入氧氣體積可能為6.75ml
③NO和O2的混合氣體溶于水時涉及反應:
4NO+3O2+2H2O===4HNO3,其計算如下表:
【例2】向盛有15mlNO氣體，倒立于水槽的試管A中通入O2，充分反應，試管中還剩余氣體3ml，則通入O2體積可能是多少
剩余氣體只能是NO或O2，不可能是NO2
①剩余氣體為NO
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
4 3
15ml-3ml
9ml
則通入氧氣體積可能為9ml
②剩余氣體為O2
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
4 3
15ml
11.25ml
11.25ml+3ml=14.25ml
則通入氧氣體積可能為14.25ml
NO NO2
顏色 無色 紅棕色
毒性 有毒 有毒
溶解性 難溶于水 易溶于水
與O2或與H2O反應 2NO＋O2=2NO2 3NO2＋H2O=2HNO3＋NO
實驗室制備 銅與稀硝酸反應 銅與濃硝酸反應
收集方法 排水法 向上排空氣法
與人體、 環境的關系 ①與血紅蛋白結合，使人中毒；②形成酸雨、光化學煙霧 形成酸雨、光化學煙霧
NO和NO2性質比較
將混合氣體通入盛有水的洗氣瓶，然后重新收集氣體。
如何除去NO氣體中混有的少量NO2氣體雜質？
【思考】
NO2、NO均是污染性氣體，如何尾氣處理？
①堿液吸收法
2NO2＋2NaOH NaNO3＋NaNO2＋H2O
NO2＋NO＋2NaOH 2NaNO2＋H2O
②催化轉化法
2NOx+2XCO N2+2XCO2
催化劑

4.氮氧化物對環境的污染
（1）NOX的來源
石油產品和煤燃燒的產物
汽車尾氣
制硝酸的工廠
（2）危害
①光化學煙霧：在紫外線作用下，NOx與碳氫化合物發生一系列光化學反應，產生了一種有毒的煙霧
②硝酸型酸雨：3NO2+H2O=2HNO3+NO
硫酸/硝酸型酸雨的形成過程相互交織
NO2+SO2=NO+SO3
③破壞臭氧層：NOx 可使平流層中的臭氧減少，導致地面紫外線輻射量增加
g.mol-1
M=m/n
Na
6.02X1023mol-1
n=N/M
摩爾（mol）
n
M

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