（新教材）沪教版（2020）高中化学必修第一册第二十一讲：氮气与氮的氧化物背诵素材.docx

1、21. 氮气与氮的氧化物-背诵笔记第 1 页 共 6 页21. 氮气与氮的氧化物氮气与氮的氧化物精细梳理精细梳理一氮气一氮气1. 氮的原子结构氮的原子结构氮元素位于元素周期表中第二周期第 VA 族，原子结构示意图为：，在化学反应中能获得 3 个电子而表现出-3 价，其单质 N2因为 NN 键，键能大，难以断裂，所以 N2化学性质稳定。2. 氮气的物理性质氮气的物理性质纯净的 N2是一种无色无味的气体，密度比空气略小，难溶于水（1 : 0.02） 。3. 氮气氮气化学性质化学性质常温下氮气很稳定，N2的化学性质很不活泼，很难与其它物质发生反应，但这种稳定是相对的，在一定条件下(例如，高温、放电、

2、点燃)，也能跟某些物质(例如，H2、O2、Mg 等)发生反应。N2与与 H2反应：反应：N23H22NH3（放热反应，工业上合成氨的原理） 。N2与与 O2放电放电或高温或高温条件下条件下反应反应生成生成 NON2O22NO(在闪电时会发生反应)N2O22NO(在汽车引擎中会发生反应)N2与活泼金属与活泼金属(Mg、Li)反应反应3MgN2Mg3N26LiN22Li3N【温馨提示温馨提示】氮化镁与水的反应：Mg3N26H2O=3Mg(OH)22NH3(金属氮化物易水解，生成氨气和相应的碱)4. 氮的固定氮的固定(1)概念：概念：将大气中游离态的氮气转化为化合态的氮的化合物的过程，叫做氮的固定。

3、(2)氮的固定有三种途径氮的固定有三种途径大气大气固氮：固氮：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。“雷雨发庄稼”所涉及的化学原理：N2O22NO、2NOO22NO2、3NO2H2O2HNO3NO生物固氮：生物固氮：豆科植物根瘤菌将 N2转化成氨。人工固氮人工固氮：人类通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物，最重要的人工固氮途径是工业合成氨。N23H22NH3（放热反应，工业上合成氨的原理） 。21. 氮气与氮的氧化物-背诵笔记第 2 页 共 6 页5. 自然界中的氮循环自然界中的氮循环氮循环是指大气中的氮气经微生物等作用进入土壤与海洋，为动植物所利用，最终又在微生物的参

4、与返回大气，如此反复循环，建立起的平衡。氮循环为动植物的生长提供所需的营养物质，对生物和人类活动具有重要意义。(1)大气固氮：大气固氮：自然界中经过大气固氮形成的含氮化合物很少。(2)生物固氮：生物固氮：自然界中的含氮化合物主要通过生物固氮形成的。生物固氮酶将空气中的氮气还原为氨，氨溶于水后产生铵根离被植物吸收。铵根离子经土壤中细菌的作用转化为硝酸根离子，这种氧化过程称为硝化作用。硝酸根离子是可被植物吸收的另一种形态。(3)反硝化作用：反硝化作用：在氧气不足的条件下，土壤中的细菌又将硝酸根转化氮气，且从土壤中释放出来。这是硝酸根在土壤中的细菌作用下被还原的过程，称为反硝化作用。6. 氮气的工业

5、制法氮气的工业制法方法一：空气(N2、O2)液化液态空气蒸馏22ON方法二：空气(N2、O2)2O燃烧碳，除去N2和 CO22CO石灰乳，除去N27. N2的用途的用途(1)在工业上，N2是合成氨、制硝酸、氮肥、炸药等重要原料。(2)N2的性质不活泼，常被用作保护气。(3)在高科技领域中，常用液氮制造低温环境（沸点-195.8）可以深度冷冻物质。(4)在医学上，用液氮来保存待移植的活性器官；在冷冻麻醉的条件下开刀。21. 氮气与氮的氧化物-背诵笔记第 3 页 共 6 页二二氮的氧化物氮的氧化物氮元素有+1、 +2、 +3、 +4、 +5 价， 五种正价对应六种氧化物：1N(N2O)、2N(NO

6、)、3N(N2O3)、4N(NO2、 N2O4)、5N(N2O5)，其中 N2O3和 N2O5分别是 HNO2和 HNO3的酸酐1. 一氧化二氮一氧化二氮(N2O)：俗称笑气，常作麻醉剂。2. 一氧化氮一氧化氮(NO)(1)物理性质：物理性质：无色、无味的有毒的气体，密度比空气略大，难溶于水。(2)实验室制法实验室制法：3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O，只能用排水法收集。(3)化学性质：化学性质：既有氧化性又有还原性，以还原性为主易被 O2氧化为 NO2而变红棕色：2NOO2=2NO2(收集 NO 气体必须用排水集气法，NO 的检验方法)NO 与酸性 KMnO4反应：5

7、NO3MnO44H=5NO33Mn22H2ONO 与酸性 K2Cr2O7反应：2NOCr2O76H=2NO32Cr33H2O(4)对人体、环境的影响对人体、环境的影响与血红蛋白结合，使人中毒转化成 NO2，形成酸雨、光化学烟雾3. 三氧化二氮三氧化二氮(N2O3)：亚硝酸的酸酐，可与水作用生成亚硝酸，N2O3H2O=2HNO24. 二氧化氮二氧化氮(NO2)(1)物理性质：物理性质：红棕色有剌激性气味的有毒气体，易溶于水且与水能发生反应。(2)实验室制法实验室制法：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O，只能用排空气法收集。(3)化学性质：化学性质：既有氧化性又有还原性，以氧化

8、性为主，NO2能氧化 SO2、KI 等物质。NO2与 SO2的反应：NO2SO2=SO3NONO2与碘化钾溶液的反应：NO22KI=2KNO2I2(NO2能使湿润的淀粉 KI 试纸为蓝)NO2与水的反应：3NO2H2O=2HNO3NONO2与氢氧化钠溶液的反应：2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2ONO2与 N2O4相互转化：2NO2N2O4【温馨提示温馨提示】1. 在实验测定 NO2、N2O4的相对分子质量、比较相同条件下相同物质的量的气体体积大小，以及涉及到 NO2气体的颜色深浅、压强、密度等方面时要考虑 2NO2N2O4反应2. 由于 NO2气体和溴蒸气都为红棕色气体，都能使湿润

9、的淀粉碘化钾试纸变蓝，溴蒸气和 NO2通入 NaOH 溶液均形成无色溶液。故不能用淀粉碘化钾试纸或 NaOH 溶液来区别 NO2气体和溴蒸气，可用水来区别。(4)对人体、环境的影响对人体、环境的影响：形成酸雨、光化学烟雾5. 四氧化二氮四氧化二氮(N2O4)：无色气体，易液化，与 NO2相互转化，N2O42NO26. 五氧化二氮五氧化二氮(N2O5)：硝酸的酸酐，可与水作用生成硝酸，N2O5H2O=2HNO37. 氮氧化物对环境的污染和防治氮氧化物对环境的污染和防治(1)气态的氮氧化物几乎都是剧毒性物质气态的氮氧化物几乎都是剧毒性物质，都是大气污染物都是大气污染物，在太阳辐射下还会与碳氢化物反

10、应形成光化学烟雾在太阳辐射下还会与碳氢化物反应形成光化学烟雾。(2)空气中氮氧化物的来源空气中氮氧化物的来源：空气中的 NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂的废气等21. 氮气与氮的氧化物-背诵笔记第 4 页 共 6 页(3)常见的污染类型常见的污染类型光化学烟雾：光化学烟雾：氮氧化物(NxOy)和碳氢化合物(CxHy)在大气环境中受到强烈的太阳紫外线照射后，发生复杂的化学反应，主要生成光化学氧化剂(主在是 O3)及其他多种复杂的化合物，这是一种新的二次污染物，统称为光化学烟雾。光化学烟雾刺激呼吸器官，使人生病甚至死亡。光化学烟雾主要发生在阳光强烈的夏、秋季节。酸雨：酸雨：

11、NOx排入大气中后，与水反应生成 HNO3和 HNO2，随雨雪降到地面，就有可能形成酸雨。破坏臭氧层：破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。水体污染水体污染：水体富营养化。(4)常见的常见的 NOx尾气处理方法尾气处理方法碱液吸收法碱液吸收法2NO22NaOHNaNO3NaNO2H2O（歧化反应）NO2NO2NaOH2NaNO2H2O（归中反应）NO2、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的处理。催化转化催化转化a. 在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)。b. NOx与 CO

12、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。三三NOx和和 O2混合型计算题的规律混合型计算题的规律1. 关系式法关系式法(1)NO 和和 O2混合气体通入水中混合气体通入水中由 2NOO22NO2和 3NO2H2O2HNO3NO 得总反应为 4NO3O22H2O4HNO3(2)NO2和和 O2混合气体通入水中混合气体通入水中由 3NO2H2O2HNO3NO 和 2NOO22NO2得总反应为 4NO2O22H2O4HNO3(3)NO、NO2和和 O2三种混合气体通入水中三种混合气体通入水中先按 3NO2H2O2HNO3NO 计算出生成的 NO 体积，再加上原来混

13、合气体中 NO 体积，再按计算。由 4NO2O2和 4NO3O2可以观擦到，从组成上均相当于 N2O5的组成。即 NO、NO2和 O2三种混合气体通入水中，可利用混合气体中的 N、O 原子个数比进行分析判断。 2 : 5，NO 有剩余2. 电子守恒法电子守恒法当 NOx转化为硝酸时要失去电子， 如果是 NOx与 O2混合， 则反应中 O2得到的电子数与 NOx失去的电子数相等。21. 氮气与氮的氧化物-背诵笔记第 5 页 共 6 页四四酸雨及防治酸雨及防治1. SO2、NOx的主要来源的主要来源、危害和防治、危害和防治(1)来源来源SO2：主要来源于煤、石油和某些含硫的金属矿物的燃烧或冶炼NO

14、x：主要来源于机动车产生的尾气(2)SO2、NOx对人体的危害对人体的危害SO2与 NOx会引起呼吸道疾病，危害人体健康，严重时会使人死亡溶于水形成酸雨(3)防治防治调整能源结构，发展清洁能源。研究煤的脱硫技术，改进燃烧技术，减少二氧化硫和氮氧化物的排放。加强工厂废气的回收处理。改进汽车尾气的处理技术，控制尾气排放。2. 酸雨酸雨(1)概念：概念：pH 小于 5.6 的雨水。(2)成因：成因：主要是大气中 SO2和 NO2的溶于雨水形成的。(3)类型类型硫酸型：SO2H2SO3H2SO4，化学方程式：SO2H2OH2SO3，2H2SO3O2=2H2SO4硝酸型：NO2HNO3，化学方程式： 3NO2H2O=2HNO3NO(4)危害危害直接损伤农作物，破坏森林、草原，使土壤、湖泊酸化会加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及通信电缆的腐蚀(5)酸雨防治酸雨防治工业废气排放到大气中之前，必须进行适当处理，防止有害物质污染大气减少化石燃料的直接燃烧，如脱硫处理21. 氮气与氮的氧化物-背诵笔记第 6 页 共 6 页