第五章化工生產中的重要非金屬元素

第二節氮及其化合物

第1課時氮氣與氮的固定一氧化氮和二氧化氮葉綠素結構中國夢禾下乘涼夢水稻長得有高粱那么高子粒有花生米那么大充足的氮元素能使植物枝繁葉茂，光合作用增強，提高產量和質量。袁隆平團隊宣布：試驗田水稻雙季畝產突破1500公斤自然界中的氮元素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氮元素在元素周期表中的位置

氮元素位于元素周期表的第二周期，VA族。N原子結構+725

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合。一、氮氣(1)氮氣的物理性質顏色狀態氣味密度溶解性_____氣體_____

密度與空氣接近___溶于水無色無味難二、自然固氮N2拆開1mol物質所需要的能量N2O2Cl2H2946KJ498KJ243KJ436KJ穩定N2

→含氮化合物氮的固定：將大氣中游離態的氮（N2）轉化為氮的化合物的過程N2→HNO3（雷雨發莊稼）還需要哪些物質參與？二、自然固氮【實驗室固定】資料卡片：常見氮氧化物的性質N2O無色有甜味氣體，能溶于水，高溫分解為N2和O2

NO無色無味有毒氣體，在空氣中易被氧化，不溶于水N2O3

無色有毒氣體，常壓下即分解為NO和NO2NO2

紅棕色有刺激性氣味的有毒氣體，與水會反應N2O5

固體，高于室溫時會分解N2+O2=？猜想①→NO→NO2猜想②→N2O3→NO2猜想③→NO2任務一：請寫出涉及的化學反應方程式。N2+O22NO放電或高溫==========2NO+O2=2NO2二、自然固氮顏色狀態氣味密度溶解性毒性_____氣體_____

與空氣接近___溶于水無色無味難有毒顏色狀態氣味密度溶解性毒性_____氣體_____

大于空氣___溶于水刺激性氣味易有毒紅棕色【實驗5-5】實驗裝置

實驗操作在一支50mL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，振蕩注射器打開彈簧夾，快速吸入10mL空氣后夾上彈簧夾，觀察現象，然后再振蕩注射器現象____________________________,振蕩后________________無明顯現象無色氣體變紅棕色紅棕色變為無色檢測注射器內溶液的pH值。NO2+H2O=？HNO3+4+5N2？NO？【思考】如何檢驗NO氣體？請寫出試驗中涉及到的化學反應方程式。3NO2+H2O===2HNO3+NO2NO+O2=2NO2【思考】如果要將注射器中的NOx充分轉化成硝酸，可以采取什么措施？（工業制硝酸）【思考】

1.如果試管中是純凈的NO2，水面上升的位置？

2.繼續通入氧氣，水面位置如何變化如何？

3.能否讓水充滿整個試管，若能，NO2與O2之間存在怎樣的定量關系？充滿液體后硝酸的濃度是（已知該條件下氣體摩爾體積為Vm)？4.如果量筒中裝的是NO呢?充滿液體后硝酸的濃度是（已知該條件下氣體摩爾體積為Vm)？5、20mlNO2與NO混合氣體倒立水中，最后剩余10ml氣體，求原混合氣體中NO2與NO的體積各為多少？

6、將10mL充滿NO2和O2的混合氣體的試管，倒置在水槽中，反應停止后試管內剩余2mL的無色氣體，求原混合氣體中NO2和O2各多少毫升？(1)原理解答氮的氧化物溶于水的計算問題首先明確原理，無論是單一氣體(NO2)，還是NO、NO2、O2中的兩者或三者的混合氣體，反應的實質是3NO2+H2O===2HNO3+NO，2NO+O2===2NO2，故若有氣體剩余只能是NO或O2，不能是NO2。【思考與討論】工業生產硝酸的啟示①NO與O2同時通入水中2NO+O2===2NO2①

3NO2+H2O===2HNO3+NO

②①×3+②×2總的化學方程式為4NO+3O2+2H2O===4HNO3【思考與討論】工業生產硝酸的啟示②NO2和O2混合氣體溶于水的計算3NO2+H2O===2HNO3+NO

①2NO+O2===2NO2

②①×2+②

總的化學方程式為4NO2+O2+2H2O===4HNO3【思考與討論】工業生成硝酸的啟示(1)NO和NO2分別采用什么方法收集？(2)NO2轉化為NO的變化中，NO2只能作氧化劑嗎?

常溫下NO能與O2反應，只能用排水法收集；NO2能與水反應生成NO，故只能用排空氣法收集。NO2與水反應轉化為NO的同時生成HNO3，NO2既作氧化劑又作還原劑。【思考與討論】1、應如何收集NO和NO2氣體？3、如何區分NO2氣體與Br2蒸氣？請至少列舉兩種方法。【思考】A．通入水中，NO2溶于水發生反應后溶液無色，而溴蒸氣溶于水溶液呈橙色。B．通入AgNO3溶液，有淡黃色沉淀生成的為溴蒸氣。C．通入CCl4有機溶劑中，能溶于CCl4而且CCl4溶液呈橙紅色的為Br2(氣)。2、NO2是硝酸的酸酐嗎？性質NONO2物理性質毒性與水反應與氧氣反應實驗室制備收集方法其他對環境影響無色、無味的有毒氣體，難溶于水紅棕色、有刺激性氣味的有毒氣體不反應(難溶于水)3NO2+H2O====2HNO3+NO2NO+O2====2NO2不反應銅與稀硝酸反應銅與濃硝酸反應常用排水法常用向上排空氣法2NO2N2O4導致光化學煙霧和酸雨，破壞臭氧層有毒（跟血紅蛋白結合）有毒【總結】氮循環后來他從勒夏特列高溫高壓條件合成氨的研究中獲得啟示，經歷了無數次失敗和艱難探索后，終于在1909年7月，在600℃、約20MPa和稀有金屬鋨或鈾作催化劑條件下，實現每小時生成80g氨，且能耗較低。人工固氮德國工業化學家哈伯

哈伯利用電弧作用進行高壓放電固氮研究N2NONH3O2H2氧化還原，但實際效果不理想。哈伯的研究中反應后氨的含量超過6%，具備了工業化生產的可能性人工固氮德國工業化學家博施為了尋找到經濟合適的催化劑，博施和他的同事們進行了上萬次的實驗，最后選定含堿金屬化合物的鐵催化劑。另一項攻關項目是建造能夠耐高溫、高壓的合成氨裝置，經過不懈的努力，終于在1913年建成了世界上第一個合成氨工廠，年產量約7000t，很大程度上解決了地球上因糧食不足而導致的饑餓問題，哈伯和博施因在合成氨上的貢獻均獲得諾貝爾化學獎。請寫出涉及到的化學反應方程式。【思考與交流】寫出有關化學方程式:N2→NH3:________________________________。NH3→NO:_______________________________。NO→NO2:_______________________________。NO2→HNO3:_____________________________。4NH3+5O24NO+6H2O2NO+O2===2NO23NO2+H2O===2HNO3+NON2+3H2

2NH3高溫高壓催化劑氮循環NO和CONOX在光照條件下，NO2還能使氧氣經過復雜的反應生成臭氧，臭氧與空氣中的一些碳氫化合物發生作用，產生一種有毒的煙霧。光化學煙霧寫出汽車尾氣轉化器中可能發生的化學方程式+5+4+20-3化合價

物質類別單質氧化物酸鹽氫化物N2

NONO2