一氧化氮的电子式《化学必修第二册》——5，氮气和氮氧化物

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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《化学必修第二册》——5、氮气和氮氧化物

氮元素在元素周期表中的位置：第二周期第ⅤA族。

氮原子的结构：最外层5个电子，不容易失电子，可得到3个电子成为稳定结构。

氮原子的结构

预测氮元素的性质：氮原子一般通过形成共用电子对（即形成共价键），与其它原子相互结合构成物质。

氮元素的存在：

游离态的氮元素，以氮气分子的形式存在于空气中，约占空气体积的78%。

化合态的氮元素存在动植物体内的蛋白质中，土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中，如硝酸钾、硫酸铵等。

氮元素是构成蛋白质的必须元素，是自然界各种生物生命活动不可缺少的重要元素，农业生产中必须大量使用氮肥。

自然界中氮元素的循环

一、氮气与氮的固定

氮气是一种无色无味的气体，不溶于水，是空气的主要成分。

根据氮原子核外电子排布和氮气分子的结构，推测氮气的性质。氮气分子的电子式和结构式：

氮分子内两个氮原子各拿3个电子形成三键，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常很难与其他物质发生化学反应。也不能被生物体直接吸收，在工业上用途保护气。

在高温、放电等条件下，氮气得到了足够的能量，N≡N断裂，就能与一些金属或非金属发生化合反应，如镁、氢气、氧气等物质。

分析上述反应中化合价的升降，氮气与金属反应时作氧化剂，表现出氧化性，与氧气反应时作还原剂，表现出还原性。

上面的化学反应都能将空气中游离态的氮元素转化为含氮的化合物，这种过程叫氮的固定。

大气中发生雷电时，释放出巨大的能量，可将氮气与氧气化合成一氧化氮，是自然固氮的一种。

豆科植物的根瘤菌将氮气直接转化成氨（NH3），这是生物固氮，也是自然固氮的一种。

自然固氮要么难以直接利用，要么难以满足工农业生产的需要。人类通过控制反应条件，将氮气氧化或还原成氮的化合物，实现人工固氮。

最重要的人工固氮是工业合成氨，其原理是用氢气将氮气合成氨，但由于氮气的化学性质很不活泼，这个反应要工业化是一个难题。1909年德国化学家哈伯在500-600℃、17.5Mpa-20.0Mpa和锇作催化剂的条件下，反应后氨的含量可超过6%。之后，德国工程师博施将其转化为工业生产，合成氨工业化生产得以实现。

合成氨工业化的重要意义：为农作物的生长提供了必须的氮元素，氮肥如尿素、硫酸铵、氯化铵等；为其它化学工业提供了重要的原料，如炸药、农药、染料等。

二、一氧化氮和二氧化氮

氮元素的化合价除了-3、0价外，还有+1、+2、+3、+4、+5价等，它们均存在对应的氧化物，一氧化二氮（N2O）、一氧化氮（NO）、三氧化二氮（N2O3）、二氧化氮（NO2）、四氧化二氮（N2O4）、五氧化二氮（N2O5），其中比较重要的是一氧化氮、二氧化氮。

NO和NO2的物理性质：

氧化物

一氧化氮

二氧化氮

颜色

无色

红棕色

状态

气体

气味

刺激性气味

毒性

有毒

溶解性

不溶于水

易溶于水

NO和NO2的化学性质：

NO在通常情况下就很容易被氧气氧化，生成NO2，气体由无色变红棕色，常用于NO的检验。

2NO＋O2 = 2NO2

NO2溶于于水会发生自身的氧化还原反应，生成硝酸和一氧化氮。

3NO2＋H2O = 2HNO3＋NO

思考：

实验室中怎样收集一氧化氮、二氧化氮气体。

一氧化氮一般用排水法收集，不能用排空气法收集；二氧化氮不能用排水法收集，一般用瓶口向上的排空气法收集。

实验：一氧化氮、二氧化氮、氧气和水之间的反应

操作：在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器。打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象，振荡注射器，再观察现象。

现象：吸入一氧化氮和水后，无明显现象；再吸入空气后，无色气体变为红棕色；再振荡，红棕色气体逐渐变为无色，气体体积缩小。

结论：

NO不溶于水，也不与水反应，但能与氧气反应生成红棕色的NO2。

NO2能与水反应生成无色的NO，体积减小。

思考：

如果要将注射器中的NO充分转化为硝酸，可以采取什么措施？上述实验对工业上生产硝酸有什么启示？

可以继续通入过量的空气将一氧化氮氧化，二氧化氮再溶于水，两个反应不断循环，理论上氮的氧化物可以全部转化成硝酸。

4NO2＋O2＋2H2O = 4HNO3

4NO＋3O2＋2H2O = 4HNO3

在工业上生产硝酸的过程中，只要提供充足的氧气，可以使NO或NO2完全吸收，全部转化为硝酸。

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云水散人

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高一同步：电子式的书写（3

电子式的书写(3)。

下一个讲离子化合物电子式的书写规范，要符合阴阳离子电子式各自的书写规范。因为离子化合物是由阴离子和阳离子通过阴阳离子之间的静电作用结合形成的化合物，所以只要把阴离子那部分和阳离子那部分的电子式分别书写正确，离子化合物的电子式就书写正确了。

要注意两点：相同的离子不能合并，并且带同种电荷的离子不能相邻。对于这三条规范来做一个示例。

·比如拿氯化镁来举例，氯化镁是由阳离子镁离子和两个氯离子形成的离子化合物，所以两个氯离子带相同的电荷，这两个氯离子不能挨着，所以就分布在镁离子的两侧。所以先写出镁离子的电子式作为阳离子，就是它的离子符号。

·对于氯离子刚才已经讲过了，氯离子的是阴离子，要带上中括号还有电荷和电量。另外一个氯离子相同的写在这一侧，用两个小叉表示的是绿原子从镁原子那个地方得到的电子，所以这就是氯化镁的电子式的书写。

尤其要注意后面这两条规范对于共价化合物电子式的书写，实际上同学们会觉得比较困难一些，因为要考虑遇到共用电子对，既要考虑到共用电子对的位置，又要考虑到共用电子对的数目，所以难就难在这个地方。

至于书写规范不总结太多，就是符合共用电子对的形成。在具体的示例当中给大家讲解，比如水是中心原子，氧两个氢原子分布在氧的两侧，氧是六个电子上下，先点两个，左右再来两个，这就是氧的电子，这一部分就标完了。

氢的最外层是一个，用小叉来表示，氧和氢之间是以共用电子对的形式来形成的。所以这样的电子式还可以用一个结构式来表示，结构是什么意思？元素符号不变，但是用一根横线或者短横线来表示共用电子对就可以，其他的可以忽略。这就更简化的表示出了水分子当中氧原子和氢原子之间形成的是一对共用电子对。

下面再举一个例子，就是氨分子一个氢原子作为中心原子，三个氢原子在它的周围，氢是最外层一个电子，先给它打上，氮最外层是五个电子，最下面标两个，另外的三个就分别和氢原子形成了这样的一个共用电子对，一共是三对共用电子对。

如果给它书写成结构式的形式，用一根短线代表共用电子对，所以可以这样来书写成，氨分子的结构式。

再来二氧化碳，二氧化碳的电子式写在这边，碳原子在中间，氧原子在两侧，碳的最外层是四个电子分布在两边，氧是六个，但是这六个里头氧是要拿出一对去和碳形成这样的共用电子对。

氧除了这两个以外还有四个来标上，这就是二氧化碳的电子式，能够看到碳氧之间形成的是两对共用电子对，所以它的结构是可以写成这个样子，用两条横线代表两对共用电子对。所以同学们在高一阶段掌握一部分的共用共享化合物的电子式的书写就可以。

另外补充一个就是次氯酸的电子式，注意虽然次氯酸的分子式是这样，但是在标电子式的时候一定要注意氧原子是在中间的，因为氧有六个电子，分别拿出一个和氢形成一个共用电子对，再跟氯形成一个共用电子对，氯也还剩下这七个电子。

所以至于次氯酸的结构式可以表示成这个样子，在氧原子处于中心原子两侧各有一对共用电子对，跟氢跟氯形成了这样的共加键的形式。如果在写电子式的时候把氯放中间是不对的，不对的原因是它不符合共用电子对形成的科学事实。

《化学必修第二册》——5、氮气和氮氧化物

一、氮气与氮的固定

二、一氧化氮和二氧化氮

思考：

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