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第五章 化工生产中的重要非金属
第二节 氮及其化合物
第1课时 氮气和氮氧化物
学习目标
1.能够从分子结构的角度认识氮气的化学稳定性，熟悉氮气与镁、氧气、氢气的化学反应及条件。
2.了解氮的固定和自然界中氮的循环。
3.能够从物质类别和氮元素的化合价认识氮氧化合物的性质与转化，熟悉工业制取硝酸的反应原理，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。
氮元素原子最外层有5个电子，氮原子很难得失电子形成离子键，一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。
学习探究
一、氮气与氮的固定
1.氮元素
元素周期表中的位置：
第二周期第ⅤA族。
非金属性：
C酸性：
磷酸 < 硝酸
氮元素的存在方式
化合态
游离态
主要以单分子的形式存在于空气中
部分存在于动植物体内的蛋白质中；部分存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中
2.氮气
（1）氮分子内两个氮原子之间以 结合，断开该化学键需要 的能量，所以氮气的化学性质很 ，通常情况下 与其他物质发生反应。
共价键（N≡N）
较多
稳定
很难
还原性
氧化性
氧化性
（2）氮气与金属镁、氢气、氧气的反应
N2+3Mg === Mg3N2
点燃
N2+3H2 2NH3
N2+O2==========2NO
放电或高温
3.氮的固定
概念：
将大气中游离的氮转化为氮的化合物的过程
分类
自然固氮
人工固氮
高能固氮
生物固氮
合成氨
仿生固氮
4.自然界中氮的循环
大气中的氮
根瘤菌
硝酸盐等含氮化合物
生物转化
氨基酸
蛋白质
NH4+、NO3-和NH3
微生物分解
放电
氮的氧化物
降水
土壤和水体
二、一氧化氮和二氧化氮
1.不同价态的氮的氧化物
N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5
+1 +2 +3 +4 +4 +5
笑气
酸性氧化物
2.一氧化氮的性质
5 mL水
20 mL NO
乳胶管
弹簧夹
（1）振荡注射器，观察到的现象为 。
注射器无明显变化
结论： 。
NO难溶于水
（2）操作：打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气，夹上弹簧夹。
现象： 。
操作：振荡注射器。
现象： 。
注射器气体变为红棕色
气体红棕色消失
结论： 。
一定条件下，NO和NO2可以相互转化
2NO+O2===2NO2
3NO2+HO2===2HNO3+NO
3.二氧化氮的性质
（1）物理性质
红棕色、有刺激性气味的有毒气体，密度大于空气。
（2）化学性质
易溶于水且与水反应；
具有强氧化性，能与SO2、KI等反应；
自身二聚。
知识拓展
氮的氧化物溶于水的计算
1.原理
解答氮的氧化物溶于水的计算问题首先要明确原理，无论是单一气体（NO2），还是NO、NO2、O2中的两者或三者混合气体，反应的实质是3NO2+HO2===2HNO3+NO，2NO+O2===2NO2，若有气体剩余，只能是NO或O2，不可能是NO2。
2.方法
（1）加合式法
①NO2和O2混合气体溶于水的计算
由4NO2+O2+2H2O===4HNO3可知：
V(NO2):V(O2)<4:1 O2过量，剩余气体为O2
V(NO2):V(O2)=4:1 恰好完全反应
V(NO2):V(O2)>4:1 NO2过量，剩余气体为NO
②NO与O2同时通入水中
2NO+O2===2NO2、3NO2+H2O===2HNO3+NO
由总的化学方程式为4NO+3O2+2H2O===4HNO3可知：
V(NO):V(O2)<4:3 剩余O2
V(NO):V(O2)=4:3 恰好完全反应
V(NO):V(O2)>4:3 剩余NO
③NO、NO、O2三种混合气体通入水中
可先将NO和O2转化为NO2，再按上述情况分别处理；
也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO+3O2+2H2O===4HNO3情况处理。
（2）原子守恒法
4NO2+O2和4NO+3O2从组成上均相当于2N2O5的组成，都与N2O5+H2O
===2HNO3等效。当NO、NO、O2的混合气体溶于水时，利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。
V(N):n(O)<2:5 剩余O2
V(N):n(O)=2:5 恰好完全反应
V(N):n(O)>2:5 剩余NO
（3）电子守恒法
NO与O2的混合气体通入水中反生反应2NO+O2===2NO2、3NO2+H2O===2HNO3+NO，在这当中，存在着NO向NO2转化、NO2向HNO3转化的同时又生成NO的循环反应。但总体来看，NO→HNO3，N的化合价升高是由于被O2氧化，因此可写出
氧化还原反应中，得失电子数相等。
学习小节
氮气、氮的固定及氮的氧化物
氮气
氮的循环
氮的固定
氮的氧化物
随堂演练
1.下列对NO、NO2的描述，不正确的是（ ）。
A.NO2是红棕色气体，易溶于水，不是酸性氧化物
B.NO可以用排水法收集，但不能由N2和O2直接化合得到
C.NO、NO2在一定条件下可相互转化，且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物
D.NO、NO2都有毒，且NO是汽车尾气的有害成分之一
B
2.将盛有1 mol NO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中，再通入0.4 mol O2，充分反应后，整个试管充满水。则原混合气体中NO与NO2体积比为（ ）。
A.1:2 B.2:5
C.3:7 D.无法确定
C
解析：设1 mol NO和NO2混合气体中有a mol NO和（1-a）mol NO2，根据4NO+3O2+2H2O===4HNO3和4NO2+O2+2H2O===4HNO3可得（3/4)a+（1/4）（1-a）=0.4，所以a=0.3，V(NO):V(NO2)=3:7。
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第五章 化工生产中的重要非金属
第二节 氮及其化合物
第2课时 氨和铵盐
学习目标
1.能从物质类别、氮元素价态的角度，认识氨、铵盐的性质与转化，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。
2.会设计氨的性质实验、氨的制备实验、铵盐的性质实验及铵离子的检验等实验，实现氨的转化与生成，增强“科学探究”意识。
一、氨的性质
1.物理性质
氨通常情况下是 色有 的气味气体，极 溶于水，密度比空气 ，易 ，液氨可作 。
无
刺激性
小
液化
致冷剂
易
学习探究
2.化学性质
（1）喷泉实验
氨
水
酚酞溶液
打开止水夹
挤压胶头滴管
实验说明氨极易溶于水，其水溶液呈碱性。
产生喷泉的原理：由于气体a易溶于液体b或易和b反应，造成烧瓶内气体物质的量减小，压强急剧减小，烧瓶内外形成压强差。烧瓶外的压强大于烧瓶内的压强，液体被压入烧瓶内形成喷泉。
常见方法及装置：（1）减小烧瓶内气压；（2）增大烧瓶外压强。
（2）氨与水的反应
氨易与水反应，其水溶液成为氨水。氨水呈弱碱性，能使石蕊试液变蓝。
NH3?H2O（主要）
NH4+（少量）
OH-（少量）
求氨水的物质的量浓度、质量分数时，视溶质为NH3。
NH3?H2O不稳定，受热易分解，应密封保存于阴凉处。
NH3?H2O===NH3↑+H2O
△
（3）氨与酸的反应
①浓氨水与浓盐酸相遇产生大量白烟。
NH3+HCl===NH4Cl
②工业制取碳酸铵
工业上用氨、二氧化碳和水制取碳酸铵：
NH3+CO2+H2O===NH4HCO3
③吸收氨的方法
工业上用硫酸吸收氨：
2NH3+H2SO4===（NH4）2SO4
（4）氨的还原性
①氨气与氧气的反应
氨气在催化剂作用下与氧气反应：
4NH3+5O2===4NO+6H2O
催化剂
△
②氨气与氧化铜的反应
氨气可被氧化铜氧化为氮气：
2NH3+3CuO===4N2+3Cu+3H2O
△
二、氨盐的性质与检验
1.氨盐的性质
铵根离子与酸根离子形成的化合物称为铵盐。
农业上常用的铵态氮肥，均为铵盐，易溶于水的晶体。
NH4HCO3
（NH4）2SO4
NH4NO3
（1）铵盐不稳定，受热易分解
NH4Cl===NH3↑+HCl↑
△
NH4HCO3===NH3↑+CO2↑+H2O
△
铵盐受热分解都有氨生成，但硝酸铵受热分解最终生成氮气或氮氧化物。
用试管分别加热氯化铵和单质碘，虽然都由固体变为气体，在试管口遇冷又凝结为固体，但加热氯化铵为化学变化，加热单质碘为物理变化。
如果组成铵盐的酸是易挥发或易分解的酸，则固体铵盐受热分解时氨气与酸一起挥发，冷却后又重新结合成铵盐。如氯化铵、碳酸氢铵。
如果组成铵盐的酸是难挥发性酸，则固体铵盐受热分解时，只有氨呈气态逸出，难挥发性酸残留在容器中。
如果组成铵盐的酸具有强氧化性，则在较低的温度下慢慢分解可得到NH3和相应的酸。
（2）铵盐与碱反应
2NH4Cl+Ca(OH)2===CaCl2+2NH3↑+2H2O
△
NH4NO3+NaOH===NaNO3+NH3↑+H2O
△
2.氨盐的检验
（1）NaOH溶液法
取适量样品于试管中
浓NaOH溶液
△
气体
湿润的红色石蕊试纸变蓝
白烟
样品中含有NH4+
蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口
检验溶液中是否含有NH4+时，加入浓碱溶液的目的是利用生成的氨气进行检验。
（2）碱石灰法
取适量样品与碱石灰，混合后装入研钵中
研磨
气体
湿润的红色石蕊试纸变蓝
白烟
样品中含有NH4+
蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口
三、氨的实验室制法
吸收水蒸气，干燥氨气
收集方法为向下排空气法，原因是氨极易溶于水，不能用排水法收集。
尾气处理，水或硫酸浸湿的棉花
验满方法：湿润的石蕊试纸置于试管口，试纸变红色；蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，有白烟产生。
2NH4Cl+Ca(OH)2===CaCl2+2NH3↑+2H2O
△
制取氨时，不能用硝酸铵代替氯化铵。（硝酸铵加热可能发生爆炸）
制取氨时，不能用氢氧化钠代替熟石灰。（氢氧化钠具有吸湿性，易结块，不利于NH3的产生，加热时易服腐蚀试管)
氨气是碱性气体，不能用酸性干燥剂或无水氯化钙干燥，常用碱石灰作为干燥剂。(与氨气反应）
学习小节
氨和铵盐
氨的性质
物理性质
化学性质
氨的实验室制法
氨盐的性质与检验
随堂演练
1.有关氨的性质的叙述，下列正确的是（ ）。
A.氨能在空气中燃烧
B.氨水呈碱性
C.氨气和酸相遇均产生白色烟雾
D.反应NH3+H+===NH4+中，氨气失去电子，被氧化
B
2.下列能用如图装置进行喷泉实验的一组气体是（ ）。
A.HCl和CO2
B.NH3和CO
C.O2和CO2
D.NO2和NO
A
3.氨气是化学实验室常需要制取的气体，实验室制取氨气通常有两种方法：①用固体氢氧化钙与氯化铵共热；②在常温下用固体氢氧化钠与浓氨水反应。
（1）在下面的制取装置图中，方法①应选用装置 ，方法②应选装置 。
B
A
（2）在制取后，如果要干燥气体，应选用的干燥剂是 ，
A.浓硫酸 B.固体氢氧化钠 C.五氧化二磷
（3）检验集气瓶中是否收集满氨气的方法是
。
B
将湿润的红色石蕊试纸靠近集气瓶口，若试纸变蓝，说明已集满
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第五章 化工生产中的重要非金属
第二节 氮及其化合物
第3课时 硝酸 酸雨的防治
学习目标
1.能从物质类别、氮元素化合价的角度认识硝酸的性质及含氮物质间的相互转化。
2.认识二氧化硫、氮氧化物为大气污染物，了解酸雨的形成、危害及其防治，增强环保意识和社会责任感。
一、硝酸的性质
1.物理性质
无色、有刺激性气味的液体
沸点低，易挥发，在空气中呈“白雾”状
发烟硝酸（质量分数95%以上的浓硝酸）
学习探究
2.化学性质
（1）硝酸的强氧化性
HNO3
+5
得电子能力很强，
有很强的氧化性
浓硝酸和稀硝酸都具有很强的氧化性，浓度越大氧化性越强，还原剂一般被其氧化为最高价态。
硝酸与铜反应
铜丝
浓硝酸
氢氧化钠溶液
变细
反应剧烈
产生红棕色气体
溶液呈绿色
Cu+4HNO3（浓）===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
铜丝
稀硝酸
氢氧化钠溶液
变细
反应缓慢
产生无色气体
溶液呈蓝色
3Cu+8HNO3（稀）===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
硝酸与金属反应不能生成氢气。硝酸能与大多数金属（金、铂等除外）反应，常温下浓硝酸使铁、铝钝化。热的浓硝酸可将非金属单质氧化为最高价态氧化物或最高价含氧酸。
Fe+4HNO3（稀）===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O
碳与浓硝酸共热：
C+4HNO3（浓）===CO2↑+4NO2↑+2H2O
硫与浓硝酸共热：
S+6HNO3（浓）===H2SO4↑+6NO2↑+2H2O
铁与稀硝酸（过量）反应：
（2）硝酸的不稳定性
见光受热易分解，常将浓硫酸保存在棕色试剂瓶中，存放于阴凉处
长期存放的浓硝酸呈黄色，是由于分解生成的NO2溶于硝酸中
4HNO3======4NO2↑+O2↑+2H2O
光照或△
二、酸雨及防治
1.酸雨的形成
因为雨水中溶解了二氧化碳，正常雨水的pH约为5.6，pH小于5.6的降水为酸雨。
大气中的二氧化硫、氮氧化物以及它们反应后的生成物溶于雨水而形成的酸雨。
（1）硫酸型酸雨的形成
含硫物质
（化石燃料）
燃烧
SO2
粉尘等催化剂
O2
SO2
H2O
H2SO3
雨水
O2
H2SO4
2SO2+O2=========2SO3
粉尘等催化剂
2SO3+O2===H2SO4
2H2SO3+O2===2H2SO4
（2）硝酸型酸雨的形成
汽车尾气
NO
O2
NO2
HNO3
雨水
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
2.酸雨的危害
（1）直接损伤农作物，破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化。
（2）加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。
（3）导致地下水中重金属元素含量增加，污染水源，危害人体健康。
3.酸雨的防治
（1）消除污染源，改变能源结构，开发利用清洁能源。
（2）对酸性物质的排放加以控制。
（3）健全法律法规，严格规定污染物的排放标准，提高环境保护意识。
学习小节
硝酸 酸雨的防治
硝酸的性质
酸雨及防治
物理性质
化学性质
酸雨的形成
酸雨的危害
酸雨的防治
1.下列有关硝酸的说法正确的是（ ）。
A.浓硝酸在见光或受热时会发生分解
B金属与硝酸反应不产生氢气
C.可用铁与铝制品盛装冷的浓硝酸
D.铜与硝酸的反应属于置换反应
ABC
随堂演练
2.下列有关酸雨的说法正确的是（ ）。
A.凡是呈酸性的降水均称为酸雨
B.酸雨的形成只与二氧化硫有关
C.煤的脱硫可以在一定程度上防止酸雨的形成
D.为了防止酸雨的形成，应杜绝使用一切化石燃料
C
3.某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO设计了如下实验方案。图中K为止水夹（关闭），F是一半空的注射器。
（1）设计装置A的目的是
。
利用产生CO2赶走装置中的空气，防止NO与O2反应产生的NO2对实验产生干扰
（2）装置E和F的作用是 ， 为实现此作用，操作是 。
（3）装置D的作用是 。
验证NO的生成
将注射器F中的空气推入E中
吸收多余的氮氧化物，防止污染空气；防倒吸
谢谢！
