氮元素的用途及其氧化物

文/陈宇航

氮元素的用途及其氧化物

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离态,又有化合态。游离态以双原子分子($\ce{N2}$)存在于大气中,约占空气体积的78%;化合态存在于动植物体内、土壤和水体中。

2、氮的固定

(1)氮的固定:将游离态的氮转变为氮的化合物叫做氮的固定。

(2)氮的固定的途径

①生物固氮:豆科作物根瘤菌将$\ce{N2}$转化为化合态氮。

②天然固氮:天空中打雷闪电时,$\ce{N2}$转化为$\ce{NO}$。

③人工固氮:在一定条件下,由$\ce{N2}$和$\ce{H2}$合成氨。

3、氮气的物理性质

常温常压下,氮气无色、无味,比空气密度稍小,难溶于水。

4、氮气的化学性质

(1)与$\ce{O2}$反应

$\ce{N2 +O2\xlongequal[\displaystyle{}或高温]{\displaystyle{}放电} 2NO}$

(2)与$\ce{H2}$反应

$\ce{N2 +3H2<=>[\displaystyle{}高温、高压][\displaystyle{}催化剂]2NH3}$(人工固氮)

(3) 与$\ce{Mg}$反应

$\ce{N2 +3Mg<=>[\displaystyle{}点燃] Mg3N2}$

5、氮的氧化物

(1)氮的氧化物种类

氮有多种价态的氧化物:$\ce{N2O}$、$\ce{NO}$、$\ce{N2O3}$、$\ce{NO2}$、$\ce{N2O4}$、$\ce{N2O5}$等

(2)二氧化氮($\ce{NO2}$)和一氧化氮($\ce{NO}$)


$\ce{NO}$$\ce{NO2}$
物理性质无色、不溶于水、有毒气体有刺激性气味、有毒气体、易液化
化学性质① 常温下易与氧气化合:$\ce{2NO +O2}$$\xlongequal[]{\quad}$$\ce{2NO2}$(常用于检验$\ce{NO}$)② 弱氧化性:$\ce{6NO +4NH3}$$\ce{\xlongequal[\displaystyle{}△]{催化剂} \displaystyle{}}$$\ce{5N2 +6H2O}$① 与水反应:$\ce{3NO2 +H2O}$$\xlongequal[]{\quad}$$\ce{2HNO3 +NO}$(工业制$\ce{HNO3}$的反应原理)② 强氧化性:a.$\ce{NO2 +SO2}$$\xlongequal[]{\quad}$$\ce{NO +SO3}$b.可使湿润的淀粉$\ce{-KI}$试纸变蓝③ 与$\ce{N2O4}$的转化:$\ce{2NO2}$(红棕色)$\ce{<=>}$$\ce{N2O4}$(无色)④ 与$\ce{NaOH}$溶液反应:$\ce{2NO2 + 2NaOH}$$\xlongequal[]{\quad}$$\ce{NaNO3 +NaNO2 +H2O}$
实验室制法$\ce{3Cu +8HNO3}$(稀)$\ce{\xlongequal[]{\quad}}$$\ce{ 3Cu(NO3)2 +2NO↑+4H2O}$$\ce{Cu +4HNO3}$(浓)$\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。

二、氮元素的用途的相关例题

下列关于氮及其化合物,说法不正确的是_______

A.氮的固定是将$\ce{N2}$转化成含氮化合物

B.氮元素在自然界中既有游离态又有化合态

C.$\ce{NO}$和$\ce{NO2}$都可稳定存在于空气中

D.$\ce{N2}$既可做氧化剂又可做还原剂

答案:C

解析:氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。如豆类植物共生的根瘤菌,它们能吸收大气中的氮气分子,将其转变成氨及铵离子,A正确;自然界中N有游离态,如$\ce{N2}$,也有化合态,如铵盐、硝酸盐等,B正确;$\ce{NO}$不稳定,易与$\ce{O2}$反应生成$\ce{NO2}$,C错误;$\ce{N2}$中$\ce{N}$元素处于中间价态,既可以升高又可以降低,$\ce{N2}$既可以做氧化剂又可以做还原剂,D正确。