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1、1第 15 课 氮族元素（建议 2 课时）课程目标1认识氮族元素以及在周期表中的位置和原子结构特点2掌握 N2 的性质、了解氮的主要用途3掌握 NO、NO 2 的重要性质及其与环境的关系4了解氨的物理性质，掌握氨的化学性质及氨的实验室制法5了解铵盐的性质，掌握铵根离子的检验方法6掌握硝酸的化学性质，了解硝酸的用途要点精讲一、氮族元素氮族元素包括 N（氮） 、P（磷） 、As（砷） 、Sb（锑） 、Bi（铋）5 种元素。在元素周期表中位于A 族，最高正化合价为+5 价，最高价氧化物的通式为 R2O5 ，其对应水化物通式为 HRO3或 H3RO4 。最低负化合价为3 价，其氢化物通式为 RH3 。
2、氮族元素原子结构的异同点：相同点最外层都是 5 个电子；不同点电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。氮族元素化学性质上主要递变规律：从上到下，元素的非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强。最高价氧化物的水化物的酸性逐渐减弱；气态氢化物（RH 3）的热稳定性逐渐减弱，还原性逐渐增强；二、氮气与氮的固定1、氮气的物理性质：无色、无味气体，难溶于水，难液化，空气中含 78%（体积分数）的氮气。沸点为195.8，熔点为209.92、分子结构： ；NN ；氮氮叁键键能很高。N3、化学性质：常温稳定，高温活泼。（1）还原性：N 2 + O2 = 2NO（2）氧化性：N 2 + 3H2 2NH3 4、用途：合成氨、
3、制硝酸、作保护气等。5、氮的固定：使空气中游离态的氮转化为含氮化合物的方法叫做氮的固定。氮的固定主要有自然固氮和人工固氮。自然固氮的途径主要有两种：一种是通过闪电等产生含氮化合物的高能固氮（约占自然固氮的 10%） ；另一种是生物固氮，即自然界中的一些微生物种群（如豆科植物的根瘤菌）将空气中的氮气通过生物化学过程转化为含氮化合物（约占自然固氮的 90%） 。合成氨属于人工固氮，即工业固氮。此外还发现某些金属有机化合物可以起到根瘤菌的作用，以此做催化剂实现了常温、常压固氮，即仿生固氮。思考（1）氮元素属于比较活泼的非金属元素，为什么氮气的化学性质很不活泼？（2）人类生存活动为什么需要氮的固定？三
4、、氮的氧化物及对环境的影响氮的氧化物有 N2O、NO、N 2O3、NO 2、N 2O4和 N2O5等 6 种。氮的氧化物都有毒，是大气污放电催化剂高温、高压2染物。尤其人类活动中产生的 NO、NO 2给我们生活的环境带来了危害。1、一氧化氮和二氧化氮的性质（见表 15-1）：NO NO2色态、气味 无色、无味气体 红棕色、有刺激性气味气体水溶性 难溶于水 与水反应化学性质常温下易被氧气氧化：2NO + O2 = 2NO2 与水反应：3NO 2 + H2O = 2HNO3 + NO 自身化合生成无色的 N2O4：2NO 2 N2O4较强氧化性：可使湿润的 KI 淀粉试纸变蓝。2、氮氧化物对环境的
5、危害氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。引起大气污染的氮氧化物主要是NO、NO 2，用 NOX表示。大气中的氮氧化物主要来源于化石燃料的燃烧和植物体的焚烧，以及农田土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化。汽车尾气则是城市大气中氮氧化物的主要来源之一。（1）光化学烟雾：氮氧化物和碳氢化合物受到太阳紫外线的照射，会发生一系列由光引起的复杂的化学变化即光化学反应，产生大量的臭氧（O 3）和过氧乙酰硝酸酯（PAN）等有毒物质。这些有毒物质混合在一起形成的一种浅蓝色烟雾，称为光化学烟雾。有特殊气味。光化学烟雾给人类和自然环境带来了巨大的危害。刺激眼睛，伤害植物，并使大气能见度降低。例如，其中的臭氧
6、会刺激人的呼吸系统而引发病变；PAN 则会刺激人的眼睛，引发皮肤癌。1955 年，洛杉矶因光化学烟雾引起的呼吸系统衰竭死亡的人数达到 400 多人，这是最早出现的由汽车尾气造成的大气污染事件。（2）造成酸雨：氮氧化物与空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸是酸雨的成分。现在城市汽车越来越多，氮氧化物是引起城市上空的酸雨主要元凶之一。（3）水体中过量的铵态氮和硝态氮会对水体造成污染：进入水体的氮元素（还有磷元素）的含量增大，会导致藻类“疯长” ，迅速的覆盖在水面上，造成水体的富营养化。而大量死亡的藻类在分解时却要消耗水中的溶解氧，使水中溶氧急剧减少，致使鱼类死亡；同时死亡的藻类分解时会放出 CH4、H
7、 2S 等气体，使水体变得腥臭。这种情况在海洋中发生称“赤潮” ，在淡水中发生称“水华” 。水体中的氮主要来源于工业废水、生活污水、农田灌溉，以及水产养殖所投入的饵料和肥料等。四、解读空气质量报告1、空气质量报告中的主要污染物：目前，空气质量报告中涉及的污染物主要是SO2、NO 2和可吸入颗粒物（PM 10）2、污染指数：是将某种污染物的浓度进行简化处理而得出的简单数值形式。污染物的浓度越高，其污染指数越大。3、首要污染物：在空气质量报告中，把污染指数最大的污染物称为报告期内的首要污染物。目前，我国的空气质量报告期为“日” （即一天） 。4、报告期内的空气污染指数：空气质量报告期（如日）内首要
8、污染物的污染指数作为报告期内的空气污染指数。空气污染指数简称为 API，API 作为衡量空气质量好坏的指标，其数值越小，空气质量越好。5、空气质量报告级别：API 在“空气污染指数分级标准”中所对应的级别就是空气质量级别。6、我国“空气污染指数分级标准（试行） ”（见表 15-2）：空气污染指数 空气质量级别 空气质量状况 对健康的影响3050 1 优 可正常活动50100 2 良 可正常活动101150 3（1） 轻微污染 长期接触，易感人群出现症状1512003 3（2） 轻度污染 长期接触，健康人群出现症状201250 4（1） 中度污染 接触一定时间后，健康人群出现症状251300 4
9、 4（2） 中重度污染 接触一定时间后，心脏病和肺病患者症状显著加剧300 5 重度污染 健康人群有明显强烈症状，提前出现某些疾病7、可吸入颗粒物：漂浮在大气中的固态和液态颗粒物总称为总悬浮颗粒物（TSP） ，其粒径范围为 0.1100m.。总悬浮颗粒物中，粒径在 10m.以下的颗粒物可以进入人的呼吸系统，又称为可吸入颗粒物（PM 10）或飘尘。可吸入颗粒物及其吸附的其它有毒物质，被吸入体内会聚积在呼吸系统中，引发多种疾病。思考 1、人类固氮对环境的影响？2、如何治理光化学烟雾污染？3、请从物质变化的角度简述氮在自然界中的循环过程。五、氨1、物理性质：无色有刺激性气味的气体。密度比空气小，易液
10、化，极易溶于水(通常 1 体积水能溶解 700 体积氨气)。思考（1）如不慎接触过多的氨气且出现不适症状，应怎样处理？（2）通过什么实验能说明氨气极易溶于水？其水溶液呈碱性？2、分子结构：电子式为 ，结构式为 ，空间构型为正三角锥型。3、化学性质：（1）与水反应：NH 3 + H2O NH3H2O NH4+ + OH (氨溶于水所得的溶液叫氨水,呈碱性,密度小于 1gcm3。氨水有挥发性。) （2）与酸反应：得到相应的铵盐。NH3 + HCl NH 4Cl （两气体相遇产生白烟，可用于两者检验）2NH3 + H2SO4 (NH 4)2SO4 （硫氨、肥田粉）NH3 + HNO3 NH 4NO3
11、 （硝氨、炸药）NH3 + CH3COOH CH 3COONH4NH3 + CO2 + H2O NH 4HCO3 （碳铵）（3）还原性：4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O （工业制硝酸）8NH3 + 3Cl2 6NH 4Cl + N2 （产生白烟，可用于检验 Cl 2）（4）与某些盐反应：Al3+ + 3NH3H2O Al(OH) 3+ 3NH 4+ （实验室制 Al(OH)3）4、制法：工业制法：N 2 + 3H2 2NH3实验室制法：用氯化铵晶体和氢氧化钙固体混合加热。2NH4Cl + Ca(OH)2 = CaCl2 + H2O + 2NH3说明 发生装置为固固加热装置；只能用向下
12、排空气法收集，且收集装置要求干燥；干燥氨气用碱石灰，不能用浓硫酸或氯化钙固体。验满可用湿润的红色石蕊试纸。H H HN HNHH催化剂高温=催化剂高温、高压加热45、用途：制氮肥、铵盐、硝酸、纯碱、作致冷剂等。六、铵盐从反应上看，都是氨与酸反应的产物；从构成上看，都是由铵根离子（NH 4+）和酸根离子构成的化合物。1、物理性质：铵盐都是易溶于水的离子晶体。2、化学性质：（1）热稳定性差，受热分解NH4HCO3 = H2O + NH3+ CO 2NH4Cl = NH3+ HCl（NH 3 + HCl = NH4Cl ，试管上端内壁有白色固体附着。 ）说明 NH 4Cl 受热分解有类似于碘单质升华
13、的现象（这两种变化有本质的区别） 。这样的变化都可以用于物质的分离或除杂。如 NaCl 混入 NH4Cl 中，可加热提纯 NH4Cl。并不是所有的铵盐受热分解都产生 NH3。如 2NH 4NO3 = 4H2O + 2N2+ O 2（2）与碱反应铵盐与碱共热都能产生 NH3固态：NH 4Cl + NaOH NaCl + H 2O + NH3（不能写离子方程式）溶液：NH 4+ + OH H 2O + NH3（可用于 NH4+的检验或铵盐的鉴别）3、铵盐的检验化学原理：铵盐与碱加热产生氨气。检验方法：把 NaOH 溶液加到某物质的固体或溶液里，加热后产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，即判断该物
14、质是铵盐。思考 应当怎样科学地贮存和施用铵态氮肥？七、硝酸1、物理性质：纯硝酸无色、易挥发（沸点 83） 、有刺激性气味的液体，密度为 1.50gcm3。浓硝酸市售浓硝酸的质量分数为 69%，易挥发出 HNO3通常为无色或黄色（因 HNO3分解产生的 NO2溶在其中而呈黄色） 。密度为 1.42gcm3。发烟硝酸含 HNO3质量分数在 98%以上的浓溶液，因挥发出来的 HNO3在空气中产生“发烟”现象而得此名。红色发烟硝酸NO 2溶于纯 HNO3而形成，具有极强氧化性，可作火箭燃料的氧化剂。2、化学性质：（1）硝酸具有酸的通性：HNO 3 + NaOH = NaNO3 + H2O2HNO3 +
15、 CuO = Cu(OH)2 + H2O硝酸能使紫色石蕊试液先变红，后褪色。（2）硝酸不稳定，受热见光易分解4HNO3(浓) = 2H2O + 4NO2+ O2（硝酸越浓或温度越高、光越强，越易分解）（3）硝酸的强氧化性硝酸能与除金、铂以外的所有金属反应，产物中没有氢气，硝酸被还原的产物与硝酸的浓度有关。Cu + 4HNO3(浓) = Cu(NO 3)2 + 2NO2+ 2H 2O 现象：迅速剧烈反应，放出大量红棕色气体，溶液变绿色。注意：试管口应塞上用碱液冷见光或受热5润湿的棉团。3Cu +8HNO3(稀) = 3Cu(NO 3)2 + 2NO2+ 4H 2O 现象：反应较缓慢，放出无色气体，在试管口变成红棕色，溶液变蓝色。注意：试管口应塞上用碱液润湿的棉团。说明 常温下，浓硝酸能使铁、铝等金属钝化。其原因是浓硝酸的强氧化性使铁、铝表面迅速形成致密的氧化膜保护内部的金属不再跟酸反应。硝酸还能与某些非金属单质反应（如 C、S、P 等） ，也能氧化一些还原性较强的化合物、离子（如 H2S、SO 32、Fe 2+、I 等） 。C + 4HNO3(浓) = CO 2 + 4NO 2+ 2H 2O（4）与有机物反应+ HNO3 + H2O 3、用途：制炸
