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1、氮氧化物的产生及转化氮氧化物的产生及转化专题四专题四 硫、氮和可持续发展硫、氮和可持续发展第二单元第二单元 生产生活中的含氮化合物生产生活中的含氮化合物厦大附中厦大附中 俞佳俞佳氮的存在氮的存在游离态游离态：大气中：大气中(氮气氮气)化合态化合态：存在于多种无机物及有机物存在于多种无机物及有机物中中(如如KNO3、NaNO3、蛋白质、核、蛋白质、核酸等酸等) 氮元素的重要作用氮元素的重要作用、在生产、科研领域有广泛应用、在生产、科研领域有广泛应用血红蛋白中血红蛋白中含有氮元素含有氮元素氮是农作物生氮是农作物生长的必需元素长的必需元素一些含氮化合一些含氮化合物可作为航天物可作为航天飞机的燃料飞机
2、的燃料、氮元素是组成蛋白质的必需元素，是生命物质、氮元素是组成蛋白质的必需元素，是生命物质的重要组成元素的重要组成元素空气中氮气的体积分数占空气中氮气的体积分数占78%，是空气的主，是空气的主要成分。但空气中氮元素的化学性质稳定，只要成分。但空气中氮元素的化学性质稳定，只有有少数豆科植物能够直接吸收转化加以利用少数豆科植物能够直接吸收转化加以利用。直到直到1919年，德国化学家年，德国化学家哈伯在实验室哈伯在实验室中首次人工合成了中首次人工合成了NH3，才，才使大规模合成化使大规模合成化肥肥成为现实。成为现实。N N2 2+3H+3H2 2 2NH 2NH3 3高温、高压催化剂氮的固定氮的固定
3、将空气中将空气中游离态游离态的氮转变为的氮转变为化合态化合态的氮的方法，的氮的方法，称称氮的固定氮的固定。工业上用工业上用N2和和H2合成氨合成氨豆科植物的根瘤菌把豆科植物的根瘤菌把N2转变为化合态氮转变为化合态氮闪电时，闪电时，N2转化为转化为NO例如：例如：人工固氮人工固氮生物固氮生物固氮自然固氮自然固氮闪电的电压很高，约为闪电的电压很高，约为2 2万至万至300300百万伏。一个中等强度闪电百万伏。一个中等强度闪电的功率可达一千万瓦，相当于的功率可达一千万瓦，相当于一座小型核电站的输出功率一座小型核电站的输出功率。想一想：想一想： 美丽的闪电美丽的闪电除了给我们带来除了给我们带来的视觉和
4、听觉上的视觉和听觉上的冲击，还带来的冲击，还带来了什么？了什么？在我国西北有一在我国西北有一狭长山谷，时常风和狭长山谷，时常风和日丽的晴天顷刻间电日丽的晴天顷刻间电闪雷鸣，狂风大作，闪雷鸣，狂风大作，进入山谷的牧民和牲进入山谷的牧民和牲畜往往遭雷击倒下。畜往往遭雷击倒下。奇怪的是这里的奇怪的是这里的牧草牧草茂盛，四季常青茂盛，四季常青，被，被当地牧民称为当地牧民称为“魔鬼魔鬼谷谷”。材料材料: :1、为什么魔鬼谷内牧草茂盛，四季常青？、为什么魔鬼谷内牧草茂盛，四季常青？2、雷雨过后，庄稼为什么生长茂盛、雷雨过后，庄稼为什么生长茂盛 (“雷雨发庄稼雷雨发庄稼”)？猜想猜想雷雨过后可能产生某种化肥
5、雷雨过后可能产生某种化肥思考：思考： 请同学们用简单的化学方程式来解释请同学们用简单的化学方程式来解释此地此地“魔鬼谷魔鬼谷”牧草茂盛的原因。牧草茂盛的原因。2NO + O2 = 2NO23NO2 + H2O = 2HNO3 + NO硝酸硝酸 硝酸盐硝酸盐雷雷雨雨发发庄庄稼稼N2 + O2 = 2NO放电放电矿物质矿物质NONO2颜色、状态颜色、状态气味、毒性气味、毒性密度密度溶解性溶解性1、NO、NO2物理性质物理性质一、氮的氧化物一、氮的氧化物NO使人体中毒的原理与使人体中毒的原理与CO相似相似,都是与血都是与血红蛋白结合，使其失去输送氧气的功能。红蛋白结合，使其失去输送氧气的功能。无色无
6、色气体气体红棕色红棕色气体气体无气味无气味、有毒有毒刺激性刺激性气味，气味，有毒有毒比空气略大比空气略大比空气大比空气大微溶于水微溶于水易溶于水易溶于水用途：用途：在生物学方面有独特作用，人体中极在生物学方面有独特作用，人体中极少量的少量的NO会促进血管扩张，防止血栓塞等。会促进血管扩张，防止血栓塞等。 （ “明星分子明星分子 ”）2、化学性质、化学性质一、氮的氧化物一、氮的氧化物NO遇空气即变红棕色检验、遇空气即变红棕色检验、鉴定鉴定NO气体气体 NO化学性质化学性质NO不与水反应，在常温下易与不与水反应，在常温下易与O2 化合化合生成生成NO2 :2NO + O2 = 2NO2（2）NO2
7、化学性质化学性质一、氮的氧化物一、氮的氧化物NO2难被难被O2氧化，易与水反应生成氧化，易与水反应生成HNO3和和NO:3NO2 + H2O =2HNO3 + NO2NO2N2O4（NO2和和N2O4均无纯净可言均无纯净可言）可使湿润可使湿润KI-淀粉试纸变蓝淀粉试纸变蓝.自身反应：自身反应：氧化性：氧化性：1、能否用碘化钾淀粉试纸区别、能否用碘化钾淀粉试纸区别NO2和和Br2蒸气蒸气 ？如果？如果不可以，应如何鉴别？不可以，应如何鉴别？2、如何除去、如何除去NO中中NO2 ？混合气通过水洗混合气通过水洗思考：思考： 现有一试管的现有一试管的NO2气体气体,如图所如图所示示,将其倒置于水槽中将
8、其倒置于水槽中,充分振荡充分振荡,会出现什么现象会出现什么现象?发生反应发生反应: 3NO2+H2O2HNO3+NO红棕色气体消失，水位上升，最后水充满试红棕色气体消失，水位上升，最后水充满试管的管的2/3，无色气体充满试管的，无色气体充满试管的 1/3（上部）（上部）若使试管中液面上升，可采取什么措施？若使试管中液面上升，可采取什么措施？若使试管中液面上升，可采取什么措施？若使试管中液面上升，可采取什么措施？通入氧气通入氧气2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO3NO2+H2O2HNO3+NO剩余气体体积为剩余气体体积为原来的原来的1/3NO2 溶于水的反应溶于水的反应V(
9、NO2):V(O2)= 4:1，恰好完全反应，无气体剩余，恰好完全反应，无气体剩余 4:1，剩余气体为剩余气体为_O2NO3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 2NO + O2 = 2NO2 2+得：得：4NO2 + O2 +2H2O = 4HNO3 若将若将NO和和O2同时通入水中，反应同时通入水中，反应是什么？结论又是怎样的是什么？结论又是怎样的?3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 2NO + O2 = 2NO2 同理同理3+2得：得：4NO+3O2+2H2O=4HNO3V(NO):V(O2)= 4:3，恰好完全反应，无气体剩余，恰好完全反应，无气体剩余 4:3，剩余
10、气体为，剩余气体为_O2NO二、氮氧化物对环境的污染与防治二、氮氧化物对环境的污染与防治氮氧化物对环境的污染氮氧化物对环境的污染（1 1）酸雨（硝酸型酸雨）酸雨（硝酸型酸雨）（3 3）光化学烟雾光化学烟雾 臭氧臭氧+ +碳氢化合物碳氢化合物光化学烟雾（2 2）对臭氧层的破坏）对臭氧层的破坏3O2 2O3NO1.氮氧化物对环境有哪些危害？氮氧化物对环境有哪些危害？.酸雨的危害酸雨的危害臭臭氧氧层层破破坏坏O3O2NO 臭氧臭氧+ +碳氢化合物碳氢化合物光化学烟雾光化学烟雾3O22O3NO2洛杉矶光化学烟雾洛杉矶光化学烟雾 氮氧化物对环境的污染氮氧化物对环境的污染2氮氧化物对环境污染的防治氮氧化物
11、对环境污染的防治（1 1）来源：）来源：（2 2）防治）防治：氮氧化物主要来源于氮氧化物主要来源于汽车尾气、汽车尾气、工厂废气的排放工厂废气的排放，氮肥的生产氮肥的生产，其中，汽车尾气是城市大气中氮其中，汽车尾气是城市大气中氮氧化物的主要来源之一。氧化物的主要来源之一。开发使用洁净能源；开发使用洁净能源；对工厂排放的废气进行处理对工厂排放的废气进行处理对汽车尾气进行净化处理。对汽车尾气进行净化处理。汽车尾气（含烃类、汽车尾气（含烃类、CO、NO和和NO2等）是城市主要污染源之一，治理的办法等）是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管装上催化转化器，使之一是在汽车排气管装上催化转化器，
12、使NO或或NO2与与CO反应生成可参与大气生态反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，请用相应的化学方程式循环的无毒气体，请用相应的化学方程式来表示：来表示：2CO+2NO=2CO2+N24CO+2NO2=4CO2+N2催化剂催化剂催化剂催化剂东京展出富士重工电动汽车概念车东京展出富士重工电动汽车概念车R1e 19981998年诺贝尔奖获得者伊格纳罗年诺贝尔奖获得者伊格纳罗发现一氧化氮发现一氧化氮(NO)是人体内是人体内保护机体抵抗保护机体抵抗心血管疾病与心血管疾病与其他疾病的信其他疾病的信号分子号分子+l +2 +3 +4 +4 +5N N2 2O O、NONO、N N2 2O O3 3、NO
13、NO2 2、N N2 2O O4 4、N N2 2O O5 5 N2O3是HNO2的酸酐 N2O5是HNO3的酸酐知识拓展知识拓展 小结：小结：二氧化氮和一氧化氮二氧化氮和一氧化氮1、NO的生成及与的生成及与NO2转化转化N2+O2 2NO2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO2、二氧化氮物理性质：二氧化氮物理性质：红棕色刺激性红棕色刺激性气味有毒气体，密度比空气大，易液化，气味有毒气体，密度比空气大，易液化，易溶与水。易溶与水。3、4NO2+2H2O+O2=4HNO3 4NO+2H2O+3O2=4HNO3小结：小结： 1 1、氮气（、氮气（N N2 2）的化学性质：）的化学
14、性质： 2 2、氮的氧化物的化学性质：、氮的氧化物的化学性质： 实验现象：开始实验现象：开始-5min无色无色5min-10min浅红色浅红色10min15min红棕色红棕色20min颜色更深颜色更深N N2 2 + O + O2 2 2NO ( 2NO (无色无色) ) 放电放电 2NO + O2NO + O2 2 = 2NO = 2NO2 2 ( (红棕色红棕色) ) 3NO3NO2 2 + H + H2 2O = 2HNOO = 2HNO3 3 + NO + NO 相关反应相关反应:放电放电N2NONO2HNO3NO3盐盐O2水水矿物质矿物质O2雷雨天氮的循环雷雨天氮的循环:丰收的田野丰
15、收的田野与与快乐的农民快乐的农民 NONO、NONO2 2和和O O2 2溶于水的情况溶于水的情况4NO2+2H2O+O2=4HNO3(2)NO2 和和 O2 混和气体溶于水的反应混和气体溶于水的反应(1) NO2 溶于水的反应溶于水的反应3NO2+H2O2HNO3+NO剩余气体体积为剩余气体体积为原来的原来的1/3(2)NO2 和和 O2 混和气体溶于水的反应混和气体溶于水的反应 试讨论试讨论NO2或或NO与与O2以何种物质以何种物质的量比通入水中能恰好被水完全的量比通入水中能恰好被水完全吸收？吸收？ 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO34NO + 3O2 + 2H2O =4HNO34 34 1
