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第五章 化工生产中的重要非金属材料
第二节 氮及其化合物
1、能了解N2、NO、NO2、NH3、铵盐的性质,并能从物质类别、元素价态的角度预测它们的性质。
2、能掌握NH3的实验室制法、 NH4+的检验、HNO3性质和用途。
3、能从物质类别和元素价态的视角说明氮及其化合物的转化路径。
4、能够了解自然界中氮的循环,认识N2、NH3、铵盐等在生产中的应用和对生态环境的影响。
学习目标
+7
2 5
1、位置:第____周期、第_____族
二 VA
2、结构:
氮原子的最外层有5个电子,既不容易得到3个电子,也不容易失去5个电子。因此氮原子一般通过共用电子对与其他原子结合。
温故知新——氮元素的位置、结构
1、自然界中氮元素的存在
氮元素
游离态:
化合态:
主要以N2的形式存在于空气中
存在于动植物体内的蛋白质中及土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
氮的固定
2、氮的固定
一、氮气和氮的固定
2、氮的固定
将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定。
(1)含义:
(2)分类:
氮的固定
自然固氮
人工固氮
高能固氮:
生物固氮:
合成氨:
仿生固氮氨:
N2+O2 2NO
放电或高温
如豆科植物的根瘤菌固氮
高温高压
催化剂
N2+3H2 2NH3
某些金属有机化合物可起到根瘤菌的作用
一、氮气和氮的固定
3、自然界中氮的循环
一、氮气和氮的固定
4、氮气
(1)氮气的物理性质:
无色、无味的气体,密度比空气略小,难溶于水。
(2)氮气的化学性质:
氮分子中含有氮氮三键(N≡N),断裂该化学键需要较多的能量,因此氮气的化学性质很稳定,通常情况下难以与其他物质发生化学反应,无法被大多数生物体直接吸收。但在高温、放电等条件下,氮气能与Mg、O2、H2等物质发生化合反应。
一、氮气和氮的固定
(2)氮气的化学性质
①与Mg反应:
N2+3Mg === Mg3N2
点燃
②与O2反应:
N2+O2 2NO
放电或高温
③与H2反应:
高温高压
催化剂
N2+3H2 2NH3
一、氮气和氮的固定
(3)氮气的主要用途
①氮气常用作保护气,用于焊接金属、填充灯泡、保存食品等;
②氮气是合成氨、制硝酸的重要原料;
③液氨可用作致冷剂,应用于医学、科技等领域。
一、氮气和氮的固定
哈伯 F.Haber
1868~1934
1918 年,德国化学家弗里茨·哈伯因为发明合成氨方法而获得诺贝尔化学奖。
1931 年,卡尔·博施因为改进合成氨方法获得诺贝尔化学奖。
2007年诺贝尔化学奖授予了德国化学家格哈德,因为他发现了哈伯-博施法合成氨的作用机理。
合成氨技术的发明实现了“从空气到面包”的神奇转化,使人类告别了“靠天吃饭”的时代。合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大突破,是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献。
科学史话:合成氨
N的化合价 +1 +2 +3 +4 +5
对应氧化物 N2O NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5
1、氮的氧化物
注意:
(1)这些氧化物中只有N2O3 、N2O5是酸性氧化物,其余均为不成盐氧化物。
(2)N2O俗称“笑气”,为无色有甜味的气体,广泛应用于医药麻醉、食品加工等生产生活领域。
二、一氧化氮和二氧化氮
2、NO和NO2的性质
(1)NO2溶于水的实验
实验操作 实验现象 实验结论
如图所示,在一支50mL的注射器里充入20mL NO,然后吸入5mL水,用乳胶管和弹簧夹封住管口,振荡注射器。观察现象。
无明显变化
NO不溶于水
二、一氧化氮和二氧化氮
(1)NO2溶于水的实验
实验操作 实验现象 实验结论
打开弹簧夹,快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹,观察现象。
振荡注射器,观察现象。
注射器内气体由无色变为红棕色,注射器塞子向左移动。
NO与空气中的O2发生反应生成红棕色的NO2
2NO+O2=2NO2
注射器中气体由红棕色变为无色,注射器塞子继续向左移动。
NO2与水发生反应生成无色的NO
3NO2+H2O=
2HNO3+NO
二、一氧化氮和二氧化氮
(2)NO和NO2的性质比较
NO NO2
物理性质
化学性质 与水反应
与O2反应
与碱反应
无色、无味、不溶于水的有毒气体
红棕色、有刺激性气味、易溶于水的有毒气体,易液化
不反应
3NO2+H2O=2HNO3+NO
(工业上利用此原理制HNO3)
2NO+O2=2NO2
不反应
不反应
2NO2+2NaOH=
NaNO3+NaNO2+H2O
二、一氧化氮和二氧化氮
排水
温馨提示:
(1)收集NO气体用_____法;收集NO2用___________法。
向下排空气
(2)NO2能进行自身二聚,
故NO2中总混有N2O4。
2NO2(红棕色) N2O4(无色)
(3)谚语:“雷雨发庄稼”的原理
N2 NO NO2 HNO3 硝酸盐
O2
O2
H2O
矿物质
(4)NO/NO2与O2的混合气被水吸收的反应
二、一氧化氮和二氧化氮
(4)NO2与O2的混合气被水吸收的反应
已知:3NO2+H2O=2HNO3+NO ······ ①
2NO+O2=2NO2 ······ ②
总式=①×2+②
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
同理:NO与O2的混合气被水吸收的反应为:
NO+3O2+2H2O=4HNO3
二、一氧化氮和二氧化氮
思考:能否用湿润的淀粉KI试纸鉴别NO2和Br2(g)?
方法:将两种红棕色气体分别通入水中,Br2溶于水得到的溴水为橙色,而NO2溶于水得到的稀硝酸为无色。
练、在一定条件下,将NO2和O2的混合气体12mL通入足量水中,充分反应后剩余2mL气体(同温同压下),则原混合气体中氧气的体积为( )
①1.2mL ②2.4mL ③3mL ④4mL
A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ①④
D
二、一氧化氮和二氧化氮
练、将VmLNO和NO2的混合气体通过足量的水,充分反应后,得到一定体积的无色气体A。将此无色气体A与等体积的氧气混合,再通过足量的水,充分反应后还能收集到5 mL无色气体B。试回答
(1)A是:_____、B是:_____(填化学式)
(2)A气体的体积是_______mL
(3)V的取值范围:____mL<V<____mL
NO
O2
20
20
60
二、一氧化氮和二氧化氮