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 | 气体 |
气味 | 刺激性气味 | |
毒性 | 有毒 | 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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