1、专题七 第1课时 氮的固定火箭发射的燃料火箭发射的燃料2N2H4(g) + N2O4(g) = 3N2(g) + 4H2O(l) H = -1096.7 kJ/mol庄稼施用的化肥庄稼施用的化肥丰收的田野丰收的田野与与快乐的农民快乐的农民(一) 氮的存在1.以以游离态游离态存在于空气中存在于空气中 氮气氮气( (约占空气体积的约占空气体积的78%)78%) 2.以以化合态化合态存在于多种无机物和有机物存在于多种无机物和有机物 硝酸盐、蛋白质等硝酸盐、蛋白质等一、氮气分子的结构和性质(二) 氮气分子的结构和性质1.电子式：电子式：2.结构式：结构式：3.化学性质：通常情况下很不活泼。化学性质：通
2、常情况下很不活泼。 4.物理性质：无色无味的气体物理性质：无色无味的气体, 难溶于水难溶于水, 熔沸点低熔沸点低, 密度比空气略小。密度比空气略小。(与空气密度相近与空气密度相近, 只能用排水法收集只能用排水法收集N2)NNN23H2高温、高压高温、高压催化剂催化剂2NH3（2）与活泼金属反应）与活泼金属反应工业合成氨工业合成氨（合成氨反应）（合成氨反应）N2 + 3Mg Mg3N2点燃点燃（1）与氢气反应）与氢气反应（3）与氧气反应）与氧气反应5.氮气的化学性质氮气的化学性质6、氮气的用途：氮气的用途： (1)是合成氨、制硝酸的重要原料是合成氨、制硝酸的重要原料 放电放电N2 + O2 2N
3、O (3)医学上，用液氮作冷冻剂医学上，用液氮作冷冻剂(2)保护气：焊接金属；灯泡的填充气体；保存粮食、罐头、水果保护气：焊接金属；灯泡的填充气体；保存粮食、罐头、水果 猜猜看猜猜看： 美丽的闪电除了给我们带来美丽的闪电除了给我们带来的视觉和听觉上的冲击，还带来的视觉和听觉上的冲击，还带来了什么？了什么？(一) 定义将将空气中游离态的氮转化为含氮化合物空气中游离态的氮转化为含氮化合物叫作叫作氮的固定氮的固定。二、氮的固定(二) 分类自然固氮自然固氮：生物固氮：生物固氮 豆科植物的根瘤菌豆科植物的根瘤菌 90%90% 高能固氮高能固氮 闪电、火山爆发闪电、火山爆发 10%10%人工固氮人工固氮：
4、合成氨合成氨 仿生仿生固氮固氮(某些金属有机化合物可起到根瘤菌某些金属有机化合物可起到根瘤菌 的作用的作用)根瘤菌根瘤菌 与大豆、与大豆、蚕蚕豆等豆科豆等豆科植植物共生的物共生的根根瘤菌中存瘤菌中存在在固氮酶固氮酶，能能在常温常在常温常压压下把空气下把空气中中的氮气转的氮气转变变为氨。为氨。 (三三)生物固氮生物固氮 雷雨是如何将空气中氮气生成雷雨是如何将空气中氮气生成肥料的，肥料的，它的成分是什么它的成分是什么 ？，闪电有助于生成氮氧化物。雷雨天氮的固定：雷雨天氮的固定：放电放电N2NONO2HNO3硝酸盐硝酸盐O2水水土壤矿物土壤矿物O2涉及的主要反应：涉及的主要反应：2NO + O2 =
5、 2NO23NO2 + H2O = 2HNO3 + NON2 + O2 = 2NO放电放电（四）高能固氮（四）高能固氮N2 3H2高温、高压高温、高压催化剂催化剂2NH3该反应有什么特点？该反应有什么特点？如何提高氨的产量？如何提高氨的产量？（5）人工固氮）人工固氮合成氨合成氨 为植物生长提供足够的氮肥。为植物生长提供足够的氮肥。缓解了地球上有限的耕地资源与庞大的粮食需求之间的矛盾。缓解了地球上有限的耕地资源与庞大的粮食需求之间的矛盾。改变了世界粮食生产的历史，使人类免受饥荒之苦。改变了世界粮食生产的历史，使人类免受饥荒之苦。20% 氮气、氢气氮气、氢气（5）人工固氮）人工固氮合成氨合成氨 (
6、1)反应原理反应原理H=-92.4 kJ mol-1(2)原料原料:氮气与氢气。氮气与氢气。(4)合成氨的工艺合成氨的工艺:反应为可逆反应反应为可逆反应,达到平衡时混合气体中氨气约占达到平衡时混合气体中氨气约占 ,然后分离出氨然后分离出氨气后气后,将未反应的将未反应的 送回合成塔循环使用。送回合成塔循环使用。(5)合成氨的意义合成氨的意义:(3)条件条件:高温、高压、催化剂。高温、高压、催化剂。在较高温度下将混合气体加压后在较高温度下将混合气体加压后送入送入合成塔合成塔反应。反应。反应放出的大量的热可以用来预热反应放出的大量的热可以用来预热原料气原料气,以达到反应所需的温度以达到反应所需的温度
7、,节约能源。节约能源。工业合成氨气示意图工业合成氨气示意图:(1)X为氨气，为氨气，Y为氢气与氮气混合物。为氢气与氮气混合物。(2)高温、高压、催化剂有利于加快反应速率。高温、高压、催化剂有利于加快反应速率。(3)从反应后的混合气体中分离出氨气，未反应的原料气循环使用从反应后的混合气体中分离出氨气，未反应的原料气循环使用有利有利于提高原料于提高原料(氮气、氢气氮气、氢气)的利用率。的利用率。氮肥的种类：氮肥的种类：铵态化肥都来源于铵态化肥都来源于NH3硝态化肥硝态化肥：硝酸盐硝酸盐尿素尿素（CO(NH2)2）NH4ClNH4HCO3(NH4)2SO4铵铵态化肥态化肥天才还是魔鬼天才还是魔鬼？哈
8、伯（哈伯（F.Haber 18681934） 他因攻克氨的合成这他因攻克氨的合成这一世界难题，将无数人从一世界难题，将无数人从饥饿的死亡线上拯救出来；饥饿的死亡线上拯救出来；他也因发明大量化学武器他也因发明大量化学武器并用于战争，使无数人伤并用于战争，使无数人伤残致死；他是诺贝尔化学残致死；他是诺贝尔化学奖得主受人尊敬，他也是奖得主受人尊敬，他也是战争魔鬼遭人唾骂战争魔鬼遭人唾骂。氮肥的生产和使用 、一氧化氮（、一氧化氮（NO）（1）物理性质）物理性质 常温下为常温下为无色、无味的气体无色、无味的气体，微，微溶于水溶于水。在大。在大气中达到一定浓度时气中达到一定浓度时有毒有毒，NO使人体中毒的
9、原使人体中毒的原理与理与CO相似相似,都是与血红蛋白结合，使其失去输都是与血红蛋白结合，使其失去输送氧气的功能。送氧气的功能。（2）化学性质具有）化学性质具有还原性还原性易被氧化故，只能用易被氧化故，只能用排水法排水法收集收集（3）用途：）用途： 在生物学方面有独特作用，人体中极少量的在生物学方面有独特作用，人体中极少量的NO会促进血管扩张，防止血栓塞等。会促进血管扩张，防止血栓塞等。 420-2得得4e失失4e四、氮的常见氧化物及转化四、氮的常见氧化物及转化2NO + O2 2NO22、二氧化氮（、二氧化氮（NO2）（1）物理性质：）物理性质：常温下为常温下为红棕色、有刺激性气味的气体红棕色
10、、有刺激性气味的气体，与与水反应水反应。在大气中达到一定浓度时。在大气中达到一定浓度时有毒有毒。只。只能用向上排空气法收集能用向上排空气法收集（2）化学性质）化学性质得得2e失失2eNO2HNOOH3NO322452NO2与与NaOH溶液反应溶液反应NO2与水反应与水反应2NO22NaOH =NaNO2NaNO3H2O用于用于NO2的尾气吸收的尾气吸收2 2、如何除去、如何除去NONO中中NONO2 2？1 1、如何收集、如何收集NONO和和NONO2 2气体？气体？3 3、NONO2 2与溴蒸汽如何鉴别？与溴蒸汽如何鉴别？ 课堂练习课堂练习 现给你一集体瓶二氧化氮，将其倒置现给你一集体瓶二氧
11、化氮，将其倒置于水槽中，问集气瓶内会于水槽中，问集气瓶内会有什么变化有什么变化？ 红棕色气体消失，水位上升，最后水充满集气红棕色气体消失，水位上升，最后水充满集气瓶的瓶的2/32/3，无色气体充满集气瓶的，无色气体充满集气瓶的1/31/3。3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 你认为此实验对工业生产硝酸有什么你认为此实验对工业生产硝酸有什么启示？启示？充分利用原料，减少污染物的排放充分利用原料，减少污染物的排放2NO + O2 = 2NO23NO2 + H2O = 2HNO3 + NO4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO34NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO31.
12、NO2 或或 NO2 和和 NO 的混合气体溶于水的混合气体溶于水2.NO2 和和 O2 的混合气体溶于水的混合气体溶于水3.NO 和和 O2 的混合气体溶于水的混合气体溶于水4.NO2 、NO 和和 O2 的混合气体溶于水的混合气体溶于水氮氧化物溶于水的氮氧化物溶于水的有关计算有关计算例例2：将体积为将体积为10mL10mL的试管倒置于盛水的水槽中，的试管倒置于盛水的水槽中，先向试管中注入一定量的先向试管中注入一定量的NONO，再通入，再通入O O2 2，两种气，两种气体共为体共为10mL10mL，水面逐渐上升，至余，水面逐渐上升，至余3mL3mL气体时为气体时为止。求原混合气体中止。求原混
13、合气体中NONO和和O O2 2各多少毫升？各多少毫升？ 根据刚才的分析可以知道，在不知道具体哪个多的情况根据刚才的分析可以知道，在不知道具体哪个多的情况下有气体剩余，则剩余气体可能是下有气体剩余，则剩余气体可能是NO；也可能是；也可能是O2解解（1 1）若剩余气体为若剩余气体为NONO，则，则O O2 2完全反应，设完全反应，设O O2 2的体积为的体积为x x 4 3x4x/34x/3 + x = (10-3) = 7mLx = 3mL V(NO) = 7mL （2 2）若剩余气体为若剩余气体为O O2 2，则则NONO完全反应，设完全反应，设NONO的体积为的体积为y y 4 33y/4
14、yy + 3y/4 = (10-3) = 7mLy = 4mL V(O2) = 6mL总结：总结： (1)若将充满若将充满NO2的试管倒扣在水槽中的试管倒扣在水槽中 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 继续向试管中通入氧气继续向试管中通入氧气水逐渐充满试管水逐渐充满试管2+得：得： 结论：红棕色消失，上升试管体积结论：红棕色消失，上升试管体积 的水的水2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO (2)若将若将NO2和和O2同时通入水中的反应同时通入水中的反应 同理同理2+3得：得：4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 (3)若是若是N
15、O与与O2呢？呢？V(NO2):V(O2)=4:1，恰好完全反应。无气体剩余。，恰好完全反应。无气体剩余。4:1，NO2过量过量,剩余气体为剩余气体为NO。V(NO):V(O2)=4:3，恰好完全反应。无气体剩余。，恰好完全反应。无气体剩余。4:3，NO过量过量,剩余气体为剩余气体为NO。4NO2 + O2 +2H2O = 4HNO3 N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5无色无色红棕色红棕色无色无色思考：思考：二氧化氮是硝酸的酸酐吗？为什么？二氧化氮是硝酸的酸酐吗？为什么？ 知识拓展知识拓展 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NON2O5 + H2O = 2HNO3无色无
16、色笑气笑气红棕色红棕色19981998年诺贝尔奖获得者伊格纳罗年诺贝尔奖获得者伊格纳罗伊格纳罗伊格纳罗发现发现一氧化氮一氧化氮(NO)(NO)是人体内是人体内保护保护机体抵抗机体抵抗心血心血管疾病与管疾病与其他其他疾病的信疾病的信号分号分子。子。. NONO 1 1、起固定氮作用的化学反应是、起固定氮作用的化学反应是 ( )( ) A AN N2 2与与H H2 2在一定条件下反应生成在一定条件下反应生成NHNH3 3 B B硝酸工厂用硝酸工厂用NHNH3 3氧化制氧化制NONO C C雷雨时空气中的雷雨时空气中的N N2 2转化为转化为NONO D D由由NHNH3 3制碳酸氢铵和硫酸铵制碳
17、酸氢铵和硫酸铵2 2、上世纪、上世纪8080年代后期人们逐渐认识到，年代后期人们逐渐认识到，NONO在人体内起着多在人体内起着多方面的重要生理作用。下列关于方面的重要生理作用。下列关于NONO的说法错误的是的说法错误的是 ( )( ) A ANONO是具有刺激性的红棕色气体是具有刺激性的红棕色气体 B BNONO是汽车尾气的有害成分之一是汽车尾气的有害成分之一 C CNONO在人体的血管系统能促进血管扩展在人体的血管系统能促进血管扩展 D DNONO能够与人体血红蛋白结合，造成人体缺氧中毒能够与人体血红蛋白结合，造成人体缺氧中毒A A C CA A3 3、将充满、将充满NONO和和NONO2 2的混合气体的混合气体45mL45mL的试管，倒立的试管，倒立于水于水中中，一段时间后，气体的体积为，一段时间后，气体的体积为35mL35mL，原混合气体中，原混合气体中，NONO和和NONO2 2的体积比为的体积比为 ( ) ( ) A A2:12:1 B B2:72:7 C C7:27:2 D D9:79:7解析：解析： 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO V 3 1 3-1=2 （45-35）= 10 mLA A15 mL15 mLV(NO2) = 15 mL，V(NO) = 30 mL；V(NO2) :V(NO) = 1：2
