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(共22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
第1課時 氮氣、氮的氧化物
氮元素在元素周期表中的位置：
N
第二周期，VA族
氮原子結(jié)構(gòu)示意圖：
+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(jié)合。
在自然界里，氮元素主要以N2的形式存在于空氣中，空氣中氮氣的體積分?jǐn)?shù)約為78%，部分氮元素存在于動植物體內(nèi)的蛋白質(zhì)中，還有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸鹽和銨鹽中。
氮元素的化合價
-3
0
+1
+2
+3
+4
+5
NH3
NH4Cl
N2
N2O
（笑氣）
NO
N2O3
NO2
N2O4
N2O5
HNO3NaNO3
一、氮氣
1、物理性質(zhì):
無色、無味、難溶于水的氣體
2、N2的結(jié)構(gòu):
結(jié)構(gòu)式：
電子式：
3、化學(xué)性質(zhì):
N2的性質(zhì)_______，但在__________等條件下，可獲得足夠的能量，使共價三鍵斷裂，從而具有________和________。
很穩(wěn)定
氧化性 還原性
高溫、放電
N2 + O2 2NO
放電或高溫
=======
N2 + 3H2 2NH3
催化劑
高溫、高壓
N2 + 3Mg == Mg3N2
點燃
還原性
氧化性
氧化性
4、氮的固定：將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)變?yōu)榈幕衔锏倪^程。
自然固氮
人工固氮：
雷電固氮：
生物固氮：
豆科植物的根瘤菌固氮
N2 + O2 == 2NO
放電
工業(yè)合成氨：
N2 + 3H2 2NH3
催化劑
高溫、高壓
1909年，德國化學(xué)家哈伯經(jīng)過反復(fù)的實驗研究后發(fā)現(xiàn)，在500~600℃、17.5~20.0MPa和鋨為催化劑的條件下，反應(yīng)后氨的含量可達到6%以上，具備了工業(yè)化生產(chǎn)的可能性。
哈伯
(F.Haber，1868-1934)
為把哈伯合成氨的實驗室方法轉(zhuǎn)化為規(guī)模化的工業(yè)生產(chǎn)，德國工程師博施作出了重要貢獻。由于合成氨工業(yè)生產(chǎn)的實現(xiàn)和相關(guān)研究對化學(xué)理論與技術(shù)發(fā)展的推動，哈伯和博施都獲得了諾貝爾化學(xué)獎。
合成氨是人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的一項重大成就，
為促進世界農(nóng)業(yè)發(fā)展做出了重大貢獻。
人 工 固 氮
合 成 氨
科學(xué)史話 P12
自然界中氮的循環(huán)
5、N2的用途:
(1)合成氨、制硝酸、氮肥的重要原料
(2)保護氣：焊接金屬；填充燈泡；保存食品
(3)液氮作冷凍劑，應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、科技等領(lǐng)域
空氣
降溫加壓
液態(tài)
蒸發(fā)
N2
O2
6、制備
工業(yè)上：
空氣
N2
CO2
N2
C，△
堿
實驗室：
將NH3通過灼熱的CuO
另一方法：NH4Cl飽和溶液和NaNO2飽和溶液混合加熱
NH4Cl + NaNO2 NaCl + N2↑+ 2H2O
b.p -195.8℃
b.p -183℃
先氣化
2NH3 + 3CuO N2 + 3Cu + 3H2O
二、氮的氧化物
+1 +2 +3 +4 +5
N2O NO N2O3 NO2 N2O5
(笑氣) N2O4
2NO2 N2O4 放熱反應(yīng)
紅棕色
無色
其中屬于酸性氧化物的是_____________，它們還是____________的酸酐，NO2_____酸性氧化物，NO是______氧化物。
N2O3、N2O5
HNO2、HNO3
不是
不成鹽
二、氮的氧化物——NO、NO2
1、物理性質(zhì):
物質(zhì) 顏色 狀態(tài) 氣味 毒性 水溶性 特性
NO
NO2
無色
紅棕色
氣體
氣體
無味
刺激性
有毒
有毒
不溶
易溶
生物信使分子
易液化
2、NO、NO2化學(xué)性質(zhì):
實驗5-5 在一支50 mL的注射器里充入20mL 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(xiàn)象，然后再振蕩注射器
現(xiàn)象 ___________ _________________,
振蕩后________________
無明顯現(xiàn)象
無色氣體變紅棕色
紅棕色變?yōu)闊o色
2NO+O2= 2NO2
3NO2+H2O = 2HNO3+NO
···工業(yè)生產(chǎn)硝酸
如果將注射器中的NO充分轉(zhuǎn)化，可以采取什么措施？上述實驗對工業(yè)生產(chǎn)硝酸有什么啟示？
措施：
用注射器不斷吸入空氣，使注射器里的氣體充分與水反應(yīng)
啟示：
硝酸工業(yè)常補充適量空氣，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，NO2可以比較完全被水吸收，能夠盡可能地轉(zhuǎn)化為HNO3
有句諺語叫做“雷雨發(fā)莊稼”，你知道其中的科學(xué)道理嗎？
N2 + O2 2NO (無色)
放電
2NO + O2 = 2NO2 (紅棕色)
3NO2+H2O=2HNO3+ NO【工業(yè)制硝酸】
3、NO、NO2對環(huán)境的危害：
形成光化學(xué)煙霧和酸雨，破壞臭氧層。
光化學(xué)煙霧是汽車、工廠等污染源排入大氣的碳?xì)浠衔锖偷趸?NOx)等一次污染物在陽光(紫外光)作用下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成二次污染物，后與一次污染物混合所形成的有害淺藍色煙霧。會損害人和動物的健康，影響植物生長，破壞建筑材料，降低大氣的能見度。
SO2和NOx會引起呼吸道疾病并導(dǎo)致酸雨！
書16頁
正常雨水由于溶解了二氧化碳，其pH約為5.6。
酸雨
概念：
成因：
類型：
的降水。
主要是大氣中的氮硫化物經(jīng)過轉(zhuǎn)化形成的。
硫酸型：
硝酸型：
防治酸雨的措施：
1、盡量減少用原油、原煤直接作燃料。
2、在燃煤中加入生石灰、石灰石等，用以硫的固定。 CaO+SO2=CaSO3 2CaSO3+O2=2CaSO4
3、采用煤的液化、汽化技術(shù)。
4、開發(fā)和使用潔凈能源，如太陽能、核能、水能、風(fēng)能等，減少對煤和石油的消耗。
5、在含硫礦石的冶煉、硫酸、化肥、造紙等行業(yè)加強廢氣的處理和綜合利用。
6、種植能夠吸收SO2的有關(guān)樹木(如臭椿、垂柳、柳杉)等
關(guān)于氮的氧化物溶于水的計算
3NO2+H2O = 2HNO3+NO
4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
把上述兩個反應(yīng)式加起來，可以分別得到：
2NO+O2= 2NO2
2、一定條件下，將等體積的NO和O2混合于一試管中，然后將試管倒立于盛水的水槽中，充分反應(yīng)后，剩余氣體的體積約占原氣體總體積的（ ）
A.1/4 B.3/4 C.1/8 D.3/8
關(guān)于氮的氧化物溶于水的計算
C
1、將盛有N2和NO2的混合氣體的試管倒立于水中，經(jīng)過足夠長的時間后，試管內(nèi)氣體的體積縮小為原來的一半，則原混合氣體中N2和NO2的體積比是（ ）
A．1:1 B．1:2 C．1:3 D．3:1
C
3、將容積為18mL的量筒內(nèi)充滿二氧化氮和氧氣的混合氣體，倒置量筒在盛滿水的水槽里，一段時間后，量筒里剩余氣體體積為3mL。則原混合氣體中O2體積可能是________或________。
6mL
1.8mL
NO2和O2的混合氣體溶于水，由4NO2＋O2＋2H2O = 4HNO3 可知，當(dāng)
4、將amLNO、bmLNO2、xmLO2混合于同一試管里，將試管倒插于水中，充分反應(yīng)后試管內(nèi)氣體全部消失，則用a、b表示的x的代數(shù)式是___________
得失電子守恒
5、同溫同壓下，在3支體積相同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(xiàn)將3支試管均倒置于水槽中，充分反應(yīng)后，試管中剩余氣體的體積分別為V1、V2、V3，則下列關(guān)系正確的是( 　　)
A．V1>V2>V3 B．V1>V3>V2
C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2
D
假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)狀況下，忽略溶質(zhì)擴散，試管中溶液的物質(zhì)的量濃度是多少？
6. 用氫氧化鈉溶液可以吸收廢氣中的氮氧化物，反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：
NO2＋NO＋2NaOH = 2NaNO2＋H2O
2NO2＋2NaOH = NaNO2＋NaNO3＋H2O
現(xiàn)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。
⑴所用燒堿溶液的物質(zhì)的量濃度至少為 mol/L
⑵若所得溶液中c(NO3- : NO2-)=1:9，則原混合氣體中NO2和 NO的物質(zhì)的量之比 n:m = 。
3∶2
m+n
V

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