氮元素

第三节氮1.了解氮族元素的概念2.了解氮气与氢气、氧气的反应3.了解氨的物理性质和用途4.理解氨的性质，了解氨的实验室制法5.理解铵盐的性质及铵根离子的检验6.理解硝酸的酸性、不稳定性和氧化性学习目标第三节氮氮占地壳总量的0.03%。空气中含量最多的气体就是氮气，约占空气体积的78%。氮是构成人体和动物体内蛋白质的重要元素。氮和氮的化合物如氨、硝酸、氮肥、炸药以及蛋白质、核酸等在工农业生产、国防和生命科学研究等领域中都有重要的用途。在了解氮族元素的同时，主要学习氮及其化合物的知识。第三节氮一、氮族元素简介元素周期表中的ⅤA元素统称氮族元素，包括氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)5种元素。它们最外层都有5个电子，最高正化合价+5，最高价氧化物的通式是R2O5，非金属元素的最低化合价-3，氢化物的通式为RH3。氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)的原子结构示意图如下：28515P+15一、氮族元素简介83Bi28+83181853251Sb28+51181857N25+733As28+33185第三节氮氮族元素随着电子层数的增加非金属性逐渐减弱，从典型的非金属元素过渡到金属元素，其中氮、磷是典型的非金属元素，砷虽为非金属元素，但非金属性很弱。锑、铋为金属元素。氮族元素相应的最高价含氧酸的酸性比同周期的卤族、氧族弱，酸性强弱的顺序是：一、氮族元素简介HClO4H2SO4H3PO4第三节氮元素名称元素符号熔点/℃沸点/℃主要化合价颜色和状态氮N–209.86–195.8–3+1+2+3+4+5无色气体磷P(白)44.1(红)590(白)280–3+3+5白色蜡状固体(白磷)砷As817(灰)613–3+3+5灰砷：灰色固体锑Sb630.741750(–3)+3+5银白色金属铋Bi271.31560(–3)+3(+5)略显粉红色金属氮族元素主要性质比较一、氮族元素简介二、氮气1.氮气的物理性质氮在水中溶解度很少，通常状况下，1体积水大约只溶解0.02体积的氮气。氮气比空气稍轻，在100kPa、–195.8℃时变为无色液体，–209.86℃时变成雪状固体。氮气常温下是无色、无味的气体，不能供人类及动物呼吸。第三节氮氮分子中的两个氮原子以共价叁键相结合，因此，氮分子在通常状况下很稳定，既不可燃、不助燃，也很难参加化学反应。二、氮气2.氮气的化学性质由于氮的化学惰性，常用作保护气体。以防止某些物体暴露于空气时被氧所氧化，用氮气填充粮仓，可使粮食不霉烂、不发芽，长期保存。在高温或一定条件下氮气的反应能力增强，能与氢气、氧气、金属等发生化学反应。NN氮气的电子式二、氮气2.氮气的化学性质在高温、高压和催化剂作用下，氮、氢直接化合生成氨。工业上用这个反应来合成氨。mol/kJ38.922NHH3N322高温高压催化剂(1)氮气与氢气反应(2)氮气与氧气反应在放电条件下，氮气能和氧气直接合成为无色的NO。放电2NOON22二、氮气2.氮气的化学性质在雷雨天，闪电使大气中产生NO并进一步氧化，再转化为硝酸或硝酸盐等。据估算，每年因雷雨而渗入大地的氮肥约有4亿吨。在水力发电很发达的国家，这个反应已用于生产硝酸。222NOONO2NO2HNOOHNO3322NO容易继续与氧气反应生成红棕色的NO2。NO2和水作用生成HNO3。三、氨和铵盐氨是氮肥工业的基础，是制造硝酸、铵盐等的重要原料，也是合成纤维(锦纶、腈纶)、合成树脂、合成橡胶等的常用原料。液氨还可用作制冷剂。铵盐中最重要的是硝酸铵和硫酸铵，主要用作肥料，硝酸铵还可用来制造炸药。氯化铵可用于印染和制造干电池的燃料。(1)氨的物理性质三、氨和铵盐1.氨（NH3）氨极易溶于水，在常温常压下，1体积水可溶解700体积氨。氨的水溶液叫做氨水。液态氨气化时要吸收大量的热，因此，氨可用作制冷剂。常压下冷却到–33.35℃，凝结成无色液体，同时放出大量的热。氨是无色、有强烈刺激性气味的气体。在相同条件下，比同体积的空气轻。①氨与水反应可以看到，烧杯里的水沿玻璃管迅速上升，并在烧瓶中形成红色喷泉，如图所示。三、氨和铵盐1.氨（NH3）(2)氨的化学性质在干燥的圆底烧瓶里充满氨，用带尖嘴的玻璃管和滴管(滴管里预先吸入水)的塞子塞紧瓶口。立即倒置烧瓶，把玻璃管插入滴有酚酞试液的水里。挤压滴管的胶头，使少量水进入烧瓶，观察有何现象？①氨与水反应因为氨在水中溶解度极大，当滴管中的水挤入烧瓶时，氨迅速溶解，导致烧瓶内压力减小，在大气压作用下，烧杯中的水沿玻璃管迅速喷入烧瓶，形成喷泉。又因氨与水反应生成一水合氨(NH3·H2O)，它能部分电离出铵根离子和氢氧根离子，遇酚酞显红色。1.氨（NH3）(2)氨的化学性质在上述演示实验中，为什么会形成喷泉？喷出的水为什么会变成红色？①氨与水反应1.氨（NH3）(2)氨的化学性质氨与水生成NH3·H2O的反应式：氨水的电离方程式：OHNHOHNH423氨水具有弱碱性，是一种弱碱，具有碱的通性。氨水很不稳定，受热易分解成氨气。△OHHNOHNH2323OHNHOHNH2323②氨与酸反应1.氨（NH3）(2)氨的化学性质取两根玻璃棒分别蘸取浓氨水和浓盐酸，使两根玻璃棒接近，观察有何现象？可以看到，在玻璃棒之间产生白烟。这是由于氨气与氯化氢气体化合生成了微小的氯化铵晶体。ClNHHClNH43氨与氯化氢的反应②氨与酸反应1.氨（NH3）(2)氨的化学性质氨气与其他酸溶液反应，可制得相应的铵盐。3433NONHHNONH424423SO)(NHSOHNH21.氨（NH3）(3)氨与氧气的反应氨在空气中不能燃烧，在纯氧中可以燃烧，发出黄色火焰。4NH3+3O22N2+6H2O点燃在催化剂（铂）的作用下，氨与空气中的氧作用生成NO。4NH3+5O24NO+6H2OPt△1.氨（NH3）(4)氨的实验室制法实验室常用铵盐与碱在加热条件下制取氨气，如图所示。△O2HCaClHN2Ca(OH)lCNH222324生成的氨气能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，如图所示。三、氨和铵盐2.铵盐铵盐由铵离子和酸根组成。铵盐都是晶体，易溶于水。)NH(4铵盐的重要化学特性是和碱作用逸出氨气。生成的氨气能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。可利用这一性质来鉴定铵离子的存在。△OHNaClHNNaOHlCNH234鉴定铵离子的方法是将铵盐和氢氧化钠共热，放出的氨气可以使湿润的红色石蕊试纸变蓝。(1)铵盐能与碱反应三、氨和铵盐(2)铵盐受热易分解NH4ClNH3+HCl△NH4HCO3NH3+H2O+CO2△NH3和HCl遇冷会重新结合成NH4Cl。第三节氮四、硝酸硝酸有着广泛的用途，可以用来制造氮肥、农药、炸药、塑料和染料等，也是实验室里的一种常用试剂。硝酸是一种强酸，除了具有酸的通性以外还有它本身的特性。市售浓硝酸质量分数约为65%，质量分数大于86%的浓硝酸极易挥发，与空气中的水蒸气形成酸雾，故称为发烟硝酸。纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。硝酸是重要的化工原料，也是工业上重要的“三酸”之一。硝酸越浓越易分解，为了防止硝酸分解，必须把它装在棕色瓶里，贮放在阴凉避光处。四、硝酸1.不稳定性纯硝酸不稳定，在常温下见光就会发生分解，受热分解得更快。O2HOON4HNO42223△或光照浓、稀硝酸都有氧化性，几乎能与所有的金属(除金、铂等)和非金属直接发生氧化还原反应。在两支放有铜片的试管里，分别加入少量浓硝酸和稀硝酸，观察有何现象？可以看到浓硝酸和稀硝酸都能与铜反应，浓硝酸反应剧烈，有红棕色的气体产生。O2H2NO)Cu(NO)(HNO4Cu22233浓O4H2NO)3Cu(NO)(HNO8Cu32233稀四、硝酸2.氧化性冷的浓硝酸与浓硫酸一样，能使金属铁、铝等金属发生“钝化”。因此可用铝槽车贮运浓硝酸。浓硝酸与浓盐酸的混和物(体积比为1׃3)称为“王水”。它的氧化能力更强，使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。硝酸能使许多非金属如碳、硫、磷等氧化。例如：O2H4NOCO)(HNO4)(C2223浓灼热四、硝酸2.氧化性大气中的氮雷电作用工业固氮生物固氮（豆科植物的根瘤）动物摄食被细菌分解硝酸盐亚硝酸盐氨或铵盐植物遗体动物排泄物及遗体制造蛋白质自然界的氮循环