氮元素的用途及其氧化物
2021-04-06 10:20:33文/陳宇航
一、氮元素的用途及其氧化物
1、氮元素的存在
氮元素在自然界中既有游離態(tài),又有化合態(tài)。游離態(tài)以雙原子分子($\ce{N2}$)存在于大氣中,約占空氣體積的78%;化合態(tài)存在于動植物體內(nèi)、土壤和水體中。
2、氮的固定
(1)氮的固定:將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)變?yōu)榈幕衔锝凶龅墓潭ā?/p>
(2)氮的固定的途徑
①生物固氮:豆科作物根瘤菌將$\ce{N2}$轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮。
②天然固氮:天空中打雷閃電時,$\ce{N2}$轉(zhuǎn)化為$\ce{NO}$。
③人工固氮:在一定條件下,由$\ce{N2}$和$\ce{H2}$合成氨。
3、氮氣的物理性質(zhì)
常溫常壓下,氮氣無色、無味,比空氣密度稍小,難溶于水。
4、氮氣的化學(xué)性質(zhì)
(1)與$\ce{O2}$反應(yīng)
$\ce{N2 +O2\xlongequal[\displaystyle{}或高溫]{\displaystyle{}放電} 2NO}$
(2)與$\ce{H2}$反應(yīng)
$\ce{N2 +3H2<=>[\displaystyle{}高溫、高壓][\displaystyle{}催化劑]2NH3}$(人工固氮)
(3) 與$\ce{Mg}$反應(yīng)
$\ce{N2 +3Mg<=>[\displaystyle{}點燃] Mg3N2}$
5、氮的氧化物
(1)氮的氧化物種類
氮有多種價態(tài)的氧化物:$\ce{N2O}$、$\ce{NO}$、$\ce{N2O3}$、$\ce{NO2}$、$\ce{N2O4}$、$\ce{N2O5}$等
(2)二氧化氮($\ce{NO2}$)和一氧化氮($\ce{NO}$)
| $\ce{NO}$ | $\ce{NO2}$ | |
| 物理性質(zhì) | 無色、不溶于水、有毒氣體 | 有刺激性氣味、有毒氣體、易液化 |
| 化學(xué)性質(zhì) | ① 常溫下易與氧氣化合:$\ce{2NO +O2}$$\xlongequal[]{\quad}$$\ce{2NO2}$(常用于檢驗$\ce{NO}$)② 弱氧化性:$\ce{6NO +4NH3}$$\ce{\xlongequal[\displaystyle{}△]{催化劑} \displaystyle{}}$$\ce{5N2 +6H2O}$ | ① 與水反應(yīng):$\ce{3NO2 +H2O}$$\xlongequal[]{\quad}$$\ce{2HNO3 +NO}$(工業(yè)制$\ce{HNO3}$的反應(yīng)原理)② 強氧化性:a.$\ce{NO2 +SO2}$$\xlongequal[]{\quad}$$\ce{NO +SO3}$b.可使?jié)駶櫟牡矸?\ce{-KI}$試紙變藍③ 與$\ce{N2O4}$的轉(zhuǎn)化:$\ce{2NO2}$(紅棕色)$\ce{<=>}$$\ce{N2O4}$(無色)④ 與$\ce{NaOH}$溶液反應(yīng):$\ce{2NO2 + 2NaOH}$$\xlongequal[]{\quad}$$\ce{NaNO3 +NaNO2 +H2O}$ |
| 實驗室制法 | $\ce{3Cu +8HNO3}$(?。?\ce{\xlongequal[]{\quad}}$$\ce{ 3Cu(NO3)2 +2NO↑+4H2O}$ | $\ce{Cu +4HNO3}$(濃)$\ce{\xlongequal[]{\quad}}$$\ce{Cu(NO3)2 +2NO2↑ +2H2O}$ |
6、氮元素的用途:氮和氮的化合物如氨、硝酸、氮肥、炸藥以及蛋白質(zhì)、核酸等在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防和生命科學(xué)研究等領(lǐng)域中都有重要的用途。
二、氮元素的用途的相關(guān)例題
下列關(guān)于氮及其化合物,說法不正確的是_______
A.氮的固定是將$\ce{N2}$轉(zhuǎn)化成含氮化合物
B.氮元素在自然界中既有游離態(tài)又有化合態(tài)
C.$\ce{NO}$和$\ce{NO2}$都可穩(wěn)定存在于空氣中
D.$\ce{N2}$既可做氧化劑又可做還原劑
答案:C
解析:氮的固定是將空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過程。如豆類植物共生的根瘤菌,它們能吸收大氣中的氮氣分子,將其轉(zhuǎn)變成氨及銨離子,A正確;自然界中N有游離態(tài),如$\ce{N2}$,也有化合態(tài),如銨鹽、硝酸鹽等,B正確;$\ce{NO}$不穩(wěn)定,易與$\ce{O2}$反應(yīng)生成$\ce{NO2}$,C錯誤;$\ce{N2}$中$\ce{N}$元素處于中間價態(tài),既可以升高又可以降低,$\ce{N2}$既可以做氧化劑又可以做還原劑,D正確。
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