1、2022-2023必修第二册必修第二册第五章化工生产中的重要非金属第二节 氮及其化合物猜猜看猜猜看：美丽美丽的闪电除了给我们带来的视觉和听觉上的闪电除了给我们带来的视觉和听觉上的冲击，还带来了什么的冲击，还带来了什么？丰收的田野丰收的田野与与快乐的快乐的农民农民一场雷雨一场肥一场雷雨一场肥自然界中自然界中的氮元素的氮元素氮元素氮元素动植物蛋白质动植物蛋白质土壤海洋中硝土壤海洋中硝酸盐和铵盐酸盐和铵盐空气中的氮气空气中的氮气思考：氮是自然界各种生物体生命活动不可缺少的重要元素，自然界思考：氮是自然界各种生物体生命活动不可缺少的重要元素，自然界是怎样通过氮的循环为生物体提供氮元素的呢？是怎样通过氮
2、的循环为生物体提供氮元素的呢？学习 目标PART01PART02了解氮元素的存在和结构，了解氮气的物理性质了解氮元素的存在和结构，了解氮气的物理性质和化学性质和化学性质通过自然界中的氮循环，了解氮循环的基本过程通过自然界中的氮循环，了解氮循环的基本过程，认，认识化学对社会和工农业生产的重要作用识化学对社会和工农业生产的重要作用了解一氧化氮和二氧化氮的物理性质和化学性质了解一氧化氮和二氧化氮的物理性质和化学性质PART03氮元素氮元素 N游离态：在自然界里，氮元素主要以在自然界里，氮元素主要以氮分子氮分子的形式存在于空气中的形式存在于空气中化合态：少部分存在于生物的少部分存在于生物的蛋白质蛋白质
3、中、以及土壤、海洋中的中、以及土壤、海洋中的硝酸硝酸盐盐和和铵盐铵盐。存在形式：存在形式：一种一种无色无色、无味无味的的气体气体，密度与空，密度与空气接近，气接近，难难溶于水。溶于水。1 1、氮气氮气的的物理性质物理性质 氧气氧气21%21%其他成分其他成分1%1%氮气氮气78%78%空气空气(气态气态)空气空气(液态液态)蒸发蒸发低温低温加压加压O O2 2(液态液态)N N2 2(气态气态)-183-183O O2 2沸点沸点空气成分示意图空气成分示意图氮气氮气 熔点：熔点：-210-210 沸点：沸点：-196-196 密度：密度：1.25 g/L1.25 g/L学习任务一氮气与氮的固定
4、学习任务一氮气与氮的固定思考工业思考工业上如何制上如何制取氮气取氮气?在国民经济和日常生活中在国民经济和日常生活中,氮气有广泛的用途。首先氮气有广泛的用途。首先,利用它利用它“性格孤独性格孤独”的特点的特点,我们我们将它将它充灌在电灯泡里充灌在电灯泡里,可可防止钨丝的氧化防止钨丝的氧化延长灯泡的使用寿命。还可用它来延长灯泡的使用寿命。还可用它来代替惰性气代替惰性气体体作焊接金属时的作焊接金属时的保护气保护气。氮气为什么可以作保护气。氮气为什么可以作保护气?有什么特点呢有什么特点呢？电子式结构式氮分子内两个氮原子间以氮氮三键结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常情况下很
5、难与其他物质发生化学反应。因此无法被大多数生物体直接吸收。2。氮气。氮气的的化学性质化学性质常温常温下，下，N2的化学性质不活泼，的化学性质不活泼，可代替可代替稀有气体稀有气体作保护气体。作保护气体。原因：原因：氮分子内两个氮原子间以共价三键结合，断开该化学键需要较多氮分子内两个氮原子间以共价三键结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常难以与其它物质反应。的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常难以与其它物质反应。氮气保护技术通常应用于珍贵文物的保存和保护氮气保护技术通常应用于珍贵文物的保存和保护,国内外不乏先例。国内外不乏先例。美国的美国的独立宣言独立宣言就密封在氮气环
6、境中就密封在氮气环境中;中国博物馆和中南海毛主席中国博物馆和中南海毛主席故居纪念馆也是应用氮气保护法故居纪念馆也是应用氮气保护法;北京房山云居寺北京房山云居寺“9999石经回藏石经回藏”也是也是氮气保护的成功典范。氮气保护的成功典范。科学史话科学史话为什么氮气可以作为保护气为什么氮气可以作为保护气?提示:氮气性质稳定,常温下不与物质发生反应,故可作保护气。1、还原性还原性2、氧化性氧化性a、在点燃条件下与、在点燃条件下与 Mg 反应：反应：b、N2 与与 H2 反应生成反应生成 NH3：N2+O2 2NO高温或放电高温或放电N2+3Mg Mg3N2点燃点燃N2+3H2 2NH3高温、高压高温、
7、高压催化剂催化剂 在在高温、放电高温、放电等条件下，氮分子获得了等条件下，氮分子获得了足够的能量足够的能量，使，使氮氮三键断裂氮氮三键断裂，氮气能够与氮气能够与镁、氧气、氢气镁、氧气、氢气等物质发生化合反应。等物质发生化合反应。氮气与氮气与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应镁、氧气、氢气等物质发生化合反应(1)自然自然固氮固氮 将将游离态的氮游离态的氮转变为转变为氮的化合物氮的化合物叫做氮的固定叫做氮的固定。有有自然固氮自然固氮和和人工固氮人工固氮两种。两种。3.氮氮的固定的固定游离态的氮氮的化合物大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合物，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨，
8、从而实现自然固氮。1909 1909年，德国化学家哈伯经过反复的实验研究后发年，德国化学家哈伯经过反复的实验研究后发现，在现，在500600500600、17.520.0MPa17.520.0MPa和锇为催化剂的条件下，和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可达到反应后氨的含量可达到6%6%以上，具备了工业化生产的可能性。以上，具备了工业化生产的可能性。哈伯哈伯(F.Haber(F.Haber，1868-1934)1868-1934)为了把哈伯合成氨的实验室方法转化为规模化的工为了把哈伯合成氨的实验室方法转化为规模化的工业生产，德国工程师博施作出了重要贡献。由于合成氨工业业生产，德国工程师博施作
9、出了重要贡献。由于合成氨工业生产的实现和相关研究对化学理论与技术发展的推动，哈伯生产的实现和相关研究对化学理论与技术发展的推动，哈伯和博施都获得了诺贝尔化学奖。和博施都获得了诺贝尔化学奖。合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，为合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，为促进世界农业发展做出了重大贡献。促进世界农业发展做出了重大贡献。人人 工工 固固 氮氮合合 成成 氨氨科学史话科学史话氮元素氮元素动植物蛋白质动植物蛋白质土壤海洋中硝土壤海洋中硝酸盐和铵盐酸盐和铵盐空气中的氮气空气中的氮气自然界中的氮元素自然界中的氮元素 氮是自然界各种生氮是自然界各种生物体生命活动不可缺物体生命活动不
10、可缺少的重要元素，自然少的重要元素，自然界是怎样通过氮的循界是怎样通过氮的循环为生物体提供氮元环为生物体提供氮元素的呢？素的呢？(2)氮的循环氮的循环 据说在新疆与青海两省区交界处有一狭长山谷，这里经常在风和日据说在新疆与青海两省区交界处有一狭长山谷，这里经常在风和日丽的晴天顷刻丽的晴天顷刻电闪雷鸣电闪雷鸣，下起雷雨下起雷雨，奇怪的是这里，奇怪的是这里牧草茂盛牧草茂盛，四季常青四季常青，被当地牧民称为被当地牧民称为“魔鬼谷魔鬼谷”。为什么魔鬼谷牧草旺盛。为什么魔鬼谷牧草旺盛?有句谚语有句谚语“雷雨发庄稼雷雨发庄稼”，你明白其中的化学道理吗你明白其中的化学道理吗?思维拓展思维拓展氢化物氢化物单质
11、单质氧化物氧化物酸酸盐盐-30+2+5+4NONH3+3+1碱碱NO2HNO2HNO3NO3-NO2-NH4+N2ON2O3N2O5N2O4NH3.H2O一氧化氮一氧化氮 NO一、物理性质一、物理性质无色、无味、有毒、难溶于水的气体。无色、无味、有毒、难溶于水的气体。二、化学性质二、化学性质常温下，极容易与氧气反应。常温下，极容易与氧气反应。2NO+O2 2NO2实验室如何实验室如何收集收集 NO?排排水水法法收收集集红棕色红棕色学习学习任务二任务二一氧化氮和二氧化氮一氧化氮和二氧化氮二氧化氮二氧化氮 NO21、物理性质：、物理性质：红棕色红棕色、有剌激性气味有剌激性气味的的有毒有毒气体，密度
12、气体，密度比空气比空气大大，易液化，易液化，易溶易溶于水。于水。实验室如何收实验室如何收集集 NO2?向上排空气法向上排空气法2、化学性质：、化学性质：【实验【实验5-5】实实验验操操作作在一支在一支50 mL的注射器里充的注射器里充入入 20 mL NO，然后吸入，然后吸入 5 mL 水，用乳胶管和弹簧夹水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器；封住管口，振荡注射器；打开弹簧夹，快速吸入打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观空气后夹上弹簧夹，观察现象，然后再振荡注射察现象，然后再振荡注射器。器。现现象象 _，振荡，振荡后后_无明显现象无明显现象无色气体变红棕色无色气体变红棕色红棕
13、色变为无色红棕色变为无色2NO+O2 =2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO(工业制取硝酸工业制取硝酸)结论：结论：在一定条件下，在一定条件下，NO 与与 NO2 可以相互转化可以相互转化。现象一：无色气体变红棕色现象一：无色气体变红棕色 NO NO2现象二：红棕色变为无色现象二：红棕色变为无色 NO2 NO实验现象分析：实验现象分析：“实验实验5-5”发生了哪些化学反应发生了哪些化学反应?如果将注射器如果将注射器中的中的 NO 充分转化，可以采取什么措施充分转化，可以采取什么措施?上述实验对上述实验对工业生产硝酸工业生产硝酸有什么启示有什么启示?思维启迪思维启迪+O2+H2O3NO2+
14、H2O =2HNO3+NO2NO+O2 =2NO22NO+O2 =2NO23NO2+H2O =2HNO3+NO原理原理 氮的氧化物溶于水的问题首先看清原理实质氮的氧化物溶于水的问题首先看清原理实质，无论，无论是单一气体是单一气体(NO2)，还是，还是 NO、NO2、O2 中的两者或三中的两者或三者的混合气体溶于水，反应的者的混合气体溶于水，反应的实质实质是：是：3NO2+H2O =2HNO3+NO 2NO+O2 =2NO2故故若有气体剩余若有气体剩余只能是只能是 NO 或或 O2，不可能是不可能是NO2。工业生产硝酸的启示工业生产硝酸的启示思维拓展思维拓展思考与讨论：如何除去思考与讨论：如何除
15、去NO气体中混有的少量气体中混有的少量NO2气体杂质？气体杂质？提示：根据提示：根据NO2与与H2O反应能生成反应能生成NO，既能除去，既能除去NO2杂质，又不引入其他杂杂质，又不引入其他杂质，故可将混合气体通入盛有水的洗气瓶，然后重新收集气体。质，故可将混合气体通入盛有水的洗气瓶，然后重新收集气体。注意：氮的氧化物是汽车尾气、造成光化学烟雾的主要污染物质【总结】性 质NONO2物理性质物理性质毒毒 性性与水反应与水反应与氧气反应与氧气反应实验室制备实验室制备收集方法收集方法其他其他对环境影响对环境影响无色、无味的有毒气体，难溶于水 红棕色、有刺激性气味、易液化的有毒气体有毒（跟血红蛋白结合）
16、有毒不反应(难溶于水)3NO2+H2O=2HNO3+NO2NO+O2=2NO2不反应铜与稀硝酸反应铜与浓硝酸反应常用排水法常用向上排空气法 2NO2 N2O4导致光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层NO和和NO2都不是酸性氧化物，都不是酸性氧化物，NO与碱、酸都不能反应生成盐和水，属于不与碱、酸都不能反应生成盐和水，属于不成盐氧化物；成盐氧化物；NO2与碱溶液发生氧化还原反应生成两种盐，也不属于酸性氧与碱溶液发生氧化还原反应生成两种盐，也不属于酸性氧化物。化物。2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O。雷雨发庄稼所涉及的反应：雷雨发庄稼所涉及的反应：g g.molmol-1-1M=m/nM=m/nNaNa6.02X106.02X102323molmol-1-1n=N/Mn=N/M摩尔（摩尔（molmol）n nM M【规律总结】1.常见的NOx尾气处理方法碱液吸收法2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2ONO2NO2NaOH=2NaNO2H2ONO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)n(NO)。一般适合工业尾气中NOx处理。催化转化法在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。
