氮

一．自然界中的氮单质

１．存在：氮元素位于周期表中第 周期 族，在自然界中既有 态，如 （占空气体积的 ），又有 态，存在于动植物体、土壤和水体中。常见价态有 。

２．氮气结构：N2的电子式______；结构式______；分子结构特点为_______。 ［思考］N2的化学性质很不活泼，为什么？N原子非金属性很强吗？为什么？

3. 化学性质：不同价态氮元素间的相互转化：

N2 + H2 → N2 + O2 → N2+Mg→ Mg3N2+H2O→

氮及其化合物的衍变关系：

NH3 ←N2 →NO→NO2→HNO3→NH4NO3→NH3

NH3·H2O

NH4+、OH

－

4.氮的固定：

【例1】氮的循环在自然界元素的循环中具有重要的意义，有些氮的转化是从氮气到氮的化合物。有的转化是从氮的化合物到氮的化合物。下列过程中，以游离态的氮为原料，最终产生氮的化合物的是 （ ）

A.工业合成氨 B.硝化细菌的硝化过程 C.动物尸体腐烂 D．豆科植物的根瘤菌固氮 E．盛夏时节，雷雨肥田，植物茂盛

二、氮的氧化物

1、 氮的氧化物有： 种类 物理性质 稳定性 NO ____色气体，____溶于水 中等活泼 NO2 ____色气体，____溶于水，有毒 较活泼，易发生二聚反应 N2O4 ____ 色气体 较活泼，受热___分解 2、 NO、NO2的性质：（完成下列化学方程式） ① NO和氧气的反应：_____________________________，

② NO2和N2O4的相互转化：______ ____，故通常“纯净”的NO2或 N2O4并___纯。 ③NO2和水反应：________________________。

④NO2和NaOH溶液反应：_______________________。

⑤工业用NaOH吸收尾气：_________________________。

⑥NO2具有较强的氧化性，能______SO2；能使湿润的淀粉KI试纸______。 3.氮的氧化物溶于水计算的有关化学方程式

NO + O2 + H2O ─ NO2 + O2 + H2O ─

【例2】将盛有12mLNO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2mL无色气体，则原混合气体中O2的体积是 ( )

A、1.2mL B、2.4mL C、3.6mL D、4mL 4.NO、NO2的制取

①实验室制取NO的化学方程式为__________________________；用______法收集。

②实验室制取NO2的化学方程式为_________________________；用______法收集。

.光化学烟雾

氮氧化物（NOx）和碳氢化合物（HC）在大气环境中受到强烈的太阳紫外线照射后，发生复杂的化学反应，主要生成光化学氧化剂（主在是O3）及其他多种复杂的化合物，这是一种新的二次污染物，统称为光化学烟雾。光化学烟雾主要发生在阳光强烈的夏、秋季节。

材料一：大气的头号杀手－NOx

当今世界汽车保有量已超过6亿辆，每年向大气层排放约2×108t有害气体，其中主要是CO、NOx，占大气污染总量的60%以上，是大气的头号杀手。NOx中；NO2的毒性最大，是一种毒性很强的腐蚀剂，空气中的NO2被吸入肺内会形成两种酸，由于这两种酸对呼吸器官有刺激作用，会引起肺水肿，若进入血液可引起组织缺氧。深圳市各大医院的统计数据表明,近几年来呼吸系统疾病的患者人数呈现持续增加的态势,这与深圳市近几年机动车辆的增速过快有关,机动车辆排放的尾气（含碳氢化合物、CO、SO2和NO、NO2等）是致病的主要因素。

材料二：NOx对臭氧层的破坏作用

臭氧对人类和地球环境既有益又有害，这取决于它在大气层中存在的位置。在地面附近的对流层中，臭氧和其它氧化剂一起，损害人类的健康，破坏花草树木；而在10~15公里高度的平流层中，臭氧却起着有益作用，它“过滤”有害的紫外线辐射，环绕地球形成一个“防护罩”。由于人类对紫外线十分敏感，过量的紫外线会致人死命，特别是引起人类的皮肤癌，因此臭氧层的存在是生态平衡的极为重要的一环。而NO却会对臭氧层造成破坏，已知其对O3的破坏机理如下：O3+NO= O2+NO2 ，O3 =O2 +O，NO2+O =NO+O2

请依据所学知识和以上材料回答： （1）汽车尾气中NO的来源。 （2）NO为什么会导致人体中毒？

（3）写出NO2在人体内发生反应的化学方程式，并分析NO2在该反应中所起的作用。 （4）写出循环反应“O3+NO=O2+NO2 ，O3 =O2 +O，NO2+O=NO+O2”的总方程式，并分析NO在破坏臭氧层的过程中所起的作用

（5）汽车尾气过多的排放可能引起的环境问题除破坏臭氧层外还有哪些？

（6）在汽车尾气排放管中安装一个催化转化器，可将尾气中另一种有害气体CO跟NO反应转化为无毒气体，写出该反应的化学反应方程式。

（7）有三位教授因发现NO在人体的血管系统内有传送信息的功能而获得1998年诺贝尔奖，由此说明我们应如何辨证地看待化学物质的作用？

三、

1.物理性质: 纯是 、 气味的液体,能跟水 互溶,常用浓的质量分数大约为 常用浓硫酸、浓盐酸质量分数分别 和 。 2.化学性质(完成化学方程式) (1)强酸性：

（2）不稳定性 : HNO3 。（如何保存？） (3)强氧化性(与金属反应不放出H2)

①浓、稀在与活泼或不活泼金属发生反应时，中N被还原，一般不产生氢气。

5

②浓、稀与活泼金属反应时，N被还原，所得产物可以是N（NO2）、N（NO）、

N（N2O）、N（N2）或N（NH3），鉴于反应复杂，中学对活泼金属与浓、稀的反应

105423不做要求。

③浓、稀与金属铜的反应：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O、

3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。以上反应中，表现出氧化性同时还表现出酸性。其他不活泼金属类似于铜与浓、稀反应。注意：一定量的浓与足量的铜发生反应时，会由浓变稀，往往得到的是NO和NO2的混合气体。

④浓与碳的反应：C+4HNO3（浓）

性。

CO 2↑+NO2↑+2H2O。只表现出氧化性。

⑤在浓中滴加几滴石蕊试液、微热，先变红、后褪色，说明浓的酸性及氧化⑥冷的浓在常温下使铁、铝等活泼金属发生钝化(在其表面因氧化生成一层致密的．．．氧化膜)。常温时，常把浓存放在铁质、铝质密闭容器里。但若加热，则会剧烈反应。

⑦王水：浓与浓盐酸的混合物，其体积比为1:3。可溶解金、铂、钛等金属。

①浓使Fe、Al钝化。

Fe + HNO3(过量、浓) 。 ②C + HNO3(稀) 。 ③FeS + HNO3(稀) 。

--注意：在中性、碱性溶液中NO3几乎与所有离子能大量共存,但在酸性较强时NO3与某些还原性的离子不能大量共存。 【例4】在浓中放入Cu片：

①开始反应时的化学方程式___________________________________________。 ②若Cu有剩余，则反应将要结束时的化学方程式_________________________。

③待反应停止后，加入25%的稀硫酸，这时Cu片上又有气泡产生，原因是_________。 ④若将12.8gCu跟一定量的浓反应，Cu耗完时，生气体5.6L（标况）。则所消耗的的物质的量是________。所得气体的平均相对分子质量是 __ _。 3.的工业制法及用途

1. NH3+O2 2.NO+O2 3. NO2 + H2O

四、氨气

1.分子结构：结构式 __________ ，电子式 __________ ，分子构型________，

2.物理性质:

氨是没有颜色、有______气味的气体；易液化，密度比空气____；___溶于水且能快速溶解，在常温、常压下1体积水能溶解____体积氨。证明氨极易溶于水的实验是_____。 【实验】书本P99氨的喷泉实验，回答下列问题： ①为什么会产生此种现象？

②实验结束后最后得到的是 溶液其浓度为 mol/L(标况下) ③还有哪些组合能形成喷泉？ 3.化学性质 （1）氨与水反应

【思考】 ①氨水中存在哪些微粒？(完成下列离子方程式)

I足量氨水与氯化铝溶液 II足量氨水与银溶液

②将25%的氨水和5%的氨水等体积混合，所得氨水溶液的质量分数 ( ) A、等于15% B、大于15% C、小于15% D、无法估算

（2）氨与酸反应 （3）氨的还原性

①催化氧化 ②与氯气 ③与氧化铜

4. 氨气制法

⑴工业制法━━━合成氨工业

⑵实验室制法 (从原理、装置、收集、干燥、检验等方面加以描述)

+

五、铵盐（NH4结构为 ）

1.物理性质：铵盐常温下都是 体, 溶与水,均为 化合物。 2.化学性质 ①受热易分解： NH4Cl

NH4HCO3

+

②与碱的反应：（用于制NH3和检验NH4） (NH4)2SO4+NaOH

+

NH4Cl + Ca(OH)2

3. NH4的检验方法：加 液，加热，放出可使湿润的红色石蕊试纸变 的气体。

原理为：

已知A、B、C、D为气体，E、F为固体，G是氯化钙，它们之间的转换关系如下图所示：

⑴ D的化学式（分子式）是_____________，E的化学式（分子式）是_____________。

⑵ A和B反应生成C的化学方程式是______________________________。

⑶ E和F反应生成D、H和G的化学方程式是___________________________________。、

碳族元素

①碳族元素的特征：碳族元素原子最外层电子数为4，既不容易失去电子，又不容易得到电子，易形成共价键，难形成离子键。碳族元素形成的单质在同周期中硬度最大，熔沸点最高(如金刚石、晶体硅)。

②碳族元素的化合价：碳族元素的主要化合价有+2，+4，其中铅+2价稳定，其余元素+4价稳定。

③碳族元素的递变规律：从上到下电子层数增多，原子半径增大，原子核对最外层电子的吸引能力减弱，失电子的能力增强，从上到下由非金属递变为金属的变化非常典型。其中碳是非金属，锡、铅是金属，硅、锗是半导体材料。

④碳族元素在自然界里的存在：自然界里碳有游离态和化合态两种；硅在地壳里无游离态，主要以含氧化合物的形式存在。

⑤几种同素异形体：碳：金刚石、石墨、C60、C70等；硅：晶体硅，无定形硅。 3.碳

在常温下碳很稳定，只在高温下能发生反应，通常表现为还原性。 ①燃烧反应

②与某些氧化物的反应：C＋CO2

C＋H2O2C+SiO2

③与氧化性酸反应：C＋2H2SO4（浓）

C＋4HNO3（浓）

4.CO

不溶于水，有毒(CO和血红蛋白结合，使血红蛋白无法和O2结合，而使细胞缺氧引起中毒)，但由于CO无色无味因此具有更大的危险性。

①可燃性

②还原性：CO+CuO5.CO2

直线型（O＝C＝O）非极性分子，无色能溶于水，密度大于空气，可倾倒，易液化。固态CO2俗称干冰，能升华，常用于人工降雨。实验室制法：CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋CO2↑＋H2O。

①酸性氧化物一—酸酐

Ca(OH)2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O(用于检验CO2) ②氧化性：CO2＋C6.碳酸盐

①溶解性：Ca(HCO3)2>CaCO3；Na2CO3>NaHCO3。

②热稳定性：Na2CO3>CaCO3；碱金属正盐>碱金属酸式盐: Na2CO3>NaHCO3。

2CO；2Mg＋CO2

2MgO＋C

CO2＋Cu，CO+H2O(g)

CO2+H2O

2CO；C＋2CuO

CO2↑＋2Cu；

CO＋H2O（CO、H2的混合气体叫水煤气）； Si+2CO↑

CO2↑＋2SO2↑＋2H2O； CO2↑＋4NO2↑＋2H2O

③相互转化：碳酸正盐7.硅

碳酸酸式盐(除杂用)

①硅在地壳中只有化合态，没有游离态。其含量在地壳中居第二，仅次于氧，是构成矿物和岩石的主要成分。

②晶体硅是灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体，是半导体，具有较高的硬度和熔点。 ③硅的化学性质不活泼，常温下，只能与氟气、氢氟酸及强碱溶液反应:Si+2F2＝SiF4、Si+4HF＝SiF4+2H2↑、Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑；在加热条件下，能与氧气、氯气等少数非金属单质化合：Si＋O2

SiO2。

Si＋2CO↑，将制得的

④制备：在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅：SiO2＋2C

粗硅，再与C12反应后，蒸馏出SiCl4，然后用H2还原SiCl4可得到纯硅。有关的反应为：Si十2C12

SiCl4、 SiCl4+2H2

Si+4HCl。

⑤硅在高新技术中的应用：高纯硅可作半导体材料，晶体硅还可做光电转换材料及制作DNA芯片为代表的生物工程芯片。

8.SiO2

①SiO2为原子晶体，是一种坚硬难熔的固体，硬度、熔点都很高。而CO2通常状况下是气体，固体熔点很低。其差别在于晶体类型不同。CO2是分子晶体，故熔点很低。

②二氧化硅的化学性质很稳定，不能跟酸(氢氟酸除外)发生反应。由于它是一种酸性氧化物，所以能跟碱性氧化物或强碱反应。

SiO2+CaOCaSiO3、SiO2+2NaOH＝Na2SiO3+H2O(碱溶液不能在使用磨口玻璃塞的试剂瓶中)

③二氧化硅是一种特殊的酸性氧化物。

a．酸性氧化物大都能直接跟水化合生成酸，但二氧化硅却不能直接跟水化合，它的对应水化物(硅酸)只能用相应的可溶性硅酸盐跟盐酸作用制得：首先让SiO2和NaOH（或Na2CO3）在熔化条件下反应生成相应的硅酸钠：SiO2＋2NaOHNa2CO3

Na2SiO3＋H2O，SiO2＋

Na2SiO3＋CO2，然后用酸与硅酸钠作用制得硅酸：Na2SiO3+2HCl

===H2SiO3+2NaCl。

b．酸性氧化物一般不跟酸作用，但二氧化硅却能跟氢氟酸起反应：SiO2+4HF＝SiF4+2H2O(氢氟酸不能盛放在玻璃容器中)。

④光导纤维：从高纯度的SiO2或石英玻璃熔融体中，拉出的直径约100μm的细丝，称为石英玻璃纤维，这种纤维称为光导纤维。光纤通信是一种新技术，它将光信号在光导纤维中进行全反射传播，取代了电信号在铜线中的传播，达到两地通信的目的。光纤通信优点：信息传输量大，每根光缆可同时通过10亿路电话；原料来源广；质量轻，每千米27克；不怕腐蚀，铺设方便；抗电磁干扰，保密性好。

9．硅酸和硅胶

①硅酸：硅酸有多种形式，如H4SiO4、H2SiO3、H2Si2O5等。一般用通式xSiO2·yH2O表

示，由于“H2SiO3”分子式最简单，习惯采用H2SiO3作为硅酸的代表。

②硅酸酸性比碳酸还弱，由下列反应可证明：Na2SiO3+CO2+H2O＝H2SiO3↓+Na2CO3 ③硅胶：刚制得的硅酸是单个小分子，能溶于水，在存放过程中，它会逐渐失水聚合，形成各种多硅酸，接着就形成不溶于水，但又暂不从水中沉淀出来的“硅溶胶”。如果向硅溶胶中加入电解质，则它会失水转为“硅凝胶”。把硅凝胶烘干可得到“硅胶”。烘干的硅胶是一种多孔性物质，具有良好的吸水性。而且吸水后还能烘干重复使用，所以在实验室中常把硅胶作为作为干燥剂。

10.硅及其化合物的“反常”

①Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2C

Si＋2CO↑

②非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si却放出H2：Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑ ③非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：Si+4HF＝SiF4+2H2↑ ④非金属单质大多为非导体，但Si为半导体。

⑤SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。 ⑥酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2+4HF＝SiF4+2H2O ⑦无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。

⑧因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通人CO2能发生下列反应：Na2SiO3+CO2+

H2O＝H2SiO3↓+Na2CO3，但在高温下SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑也能发生。

⑨Na2SiO3的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同，硅酸钠水溶液(即水玻璃)称泡花碱，但它却是盐的溶液，并不是碱溶液。

11.硅酸盐

①硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，其结构复杂，组成可用氧化物的形式表示。例如：硅酸钠Na2SiO3(Na2O·SiO2)；镁橄榄石Mg2SiO4(2MgO·SiO2)；高岭石Al2(Si2O5)(OH)4(A12O3·2SiO2·2H2O)

②云母、滑石、石棉、高岭石等，它们都属于天然的硅酸盐。

③人造硅酸盐：主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。

④硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用途。最简单硅酸盐是硅酸钠，其水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶，可作粘合剂，防腐剂。

12.水泥、玻璃、陶瓷

①普通水泥的主要成分是硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）和铝酸三钙（3CaO·Al2O3），水泥具有水硬性，水泥、沙子和碎石的混合物叫混凝土。

②制玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英，主要反应是：SiO2+Na2CO3

SiO2+CaCO3

Na2SiO3+CO2↑、

CaSiO3+CO2↑，玻璃是无固定熔点的混合物。加入氧化钴后的玻璃呈蓝色，

加入氧化亚铜后的玻璃呈红色，普通玻璃一般呈淡绿色，这是因为原料中混有二价铁的缘故。

③制造陶瓷的主要原料是黏土，黏土的主要成分：Al2O3·2SiO2·2H2O。