高一化学2月21日讲义(新教材)

氮及其化合物

氮元素位于元素周期表的第二周期、第VA族。氮原子的最外电子层有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相互结合构成物质。在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。氮是自然界各种生物体生命活动不可缺少的重要元素，自然界是怎样通过氮的循环为生物体提供氮元素的呢？

一、氮气与氮的固定

由于氮分子内两个氮原子间以共价三键（N N

≡）结合，断开该化学键需要较多的能量，所以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，氮分子获得了足够的能量，使N N

≡断裂，氮气能够与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应，分别生成氮化镁、一氧化氮和氨气等。

DIANRAN 232N 3Mg Mg N +===

FANGDIANHUOGAOWEN 22N O 2NO +===

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。大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，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨，从而实现自然固氮。

人类则通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物，实现人工固氮。最重要的人工固氮途径就是工业合成氨，它不仅为农作物的生长提供了必需的氮元素，而且为其他化工产品（如炸药、农药、染料等）的生产提供了重要的原料。

科学史话

合成氨

由于氮气的化学性质很不活泼，以氮气和氢气为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难的课题。1909年，德国化学家哈伯经过反复的

实验研究后发现，在500-600℃、17.5-20.0MPa 和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可达到6%以上，具备了工业化生产的可能性。为了把哈伯合成氨的实验室方法转化为规模化的工业生产，德国工程师博施作出了重要贡献。1913年，一个年产量7000t 的合成氨工厂建成并投产合成氨的工业化生产终于实现。从此，合成氨成为化学工业中迅速发展的重要领城。由于合成氨工业生产的实现和相关研究对化学理论与技术发展的推动，哈伯和博施都获得了诺贝尔化学奖。

合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题，是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献。

二、一氧化氮和二氧化氮

一氧化氮和二氧化氮是氮的两种重要氧化物。

一氧化氮是无色的有毒气体，不溶于水，在常温下很容易与氧气化合，生成二氧化氮。

222NO O 2NO +=

二氧化氮是红棕色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气的大，易液化，易溶于水。二氧化氮溶于水时生成硝酸和一氧化氮，工业上利用这一原理生产硝酸。

2233NO H O 2HNO NO +=+

【实验5-5】

如图所示，在一支50mL 的注射器里充入20mLNO ，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。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，再观察现象。