氮气在化学实验中的作用篇1
关键词：镁带；燃烧；实验探究；产物
中学化学教材中写得很清楚，镁带在空气中燃烧的产物是氧化镁。实际上，在空气中除了氧气还有大量氮气，那么镁带在空气中点燃，产物应该还有氮化镁。参加反应的氧气和氮气是否也是按空气中存在的质量比进行的？如果是这样，镁带燃烧的主要产物就应该是氮化镁了。鉴于上述原因，本人设计了下面几组实验，以探究镁带在空气中燃烧的产物。
一、实验原理
原理一：碱土金属活泼性略差，室温下这些金属表面缓慢生成氧化膜。它们在空气中加热才发生显著反应，除生成氧化物外，还有氮化物生成。
原理二：空气中氧气和氮气的质量比。
m（o2）：m（n2）=32×0.21∶28×0.78=6.72∶21.84=0.308
原理三：氮在高温时能与许多金属或非金属反应而生成氮化物如mg3n2。这类氮化物大多是固体，化学性质活泼，遇水即分解为氨与相应的碱。
mg3n2＋6H2o==3mg（oH）2＋2nH3
二、实验用品
电子天平、镊子、石棉网、镁带、坩埚、火柴。
三、实验方案
让镁带在坩埚中燃烧，称量燃烧后剩余的产物质量。根据计算结果，推断空气中与镁带反应的氧气和氮气质量的比值，并与空气中氧气与氮气的质量对照，分析原因。
四、实验过程
1.实验操作
实验一：称取镁条m，放入坩埚中，将坩埚放在石棉网上，用电子天平测出质量m，用酒精灯加热，结果无现象，实验失败。说明镁带在加热的情况下反应没有明显实验现象。
实验二：称取适量镁条m，用镊子放入坩埚，将坩埚放在石棉网上，罩上烧杯，用电子天平测出质量m1。用火柴点燃，快速罩上烧杯，在通风恒温条件下等反应结束。冷却实验用品到室温，用电子天平测出质量m2。现象为烧杯内有耀眼白光，反应刚结束时烧杯内有浓烟，当降到室温时，烟仍未散尽。说明通过冷却密封的办法来称量镁带燃烧的所有产物，是不现实的。
由实验原理三知道，镁带在空气中燃烧生成氧化镁和氮化镁，氮化镁遇到空气中的水分就生成氢氧化镁和氨气，大量逸出的白烟就是新生成的氢氧化镁。如果实验能准确称量剩余的氧化镁，根据镁的总重量，就可以算出生成氮化镁的质量。
总结上述实验的不足，设计如下实验。
实验三：（1）用电子秤把坩埚和罩子的总质量测出m1。
（2）向坩埚中加入镁带，将坩埚放在石棉网上，再次测出总质量m2。
（3）点燃镁条,不用密闭。镁带剧烈燃烧，放出大量的白烟。
（4）等镁条完全燃烧后，大量白烟消去，冷却，测出总质量m3。
注意：镁带不能过多，因为太多镁带不能充分燃烧，影响实验结果；燃烧过程有烟产生，要有通风设备；称量要冷却在室温下，减少实验误差。
2.数据分析
第一组数据分析：m（o2）:m（n2）=1.65
第二组数据分析结果m（o2）:m（n2）=1.17（舍弃）
第三组数据分析结果m（o2）:m（n2）=1.75
实验平均值m（o2）:m（n2）=1.70
由实验原理二知道，空气中氮气的含量远远比氧气多，氧气的质量与氮气的质量比为0.308。总结上面实验数据知道，参加反应的氧气的质量比氮气的质量多。
3.理论解释
《无机化学简明教程》209页指出n的电负性为3.04，o的电负性为3.44，所以氧元素比氮元素非金属性更强。氮的电负性和氧的电负性很接近，但氧气要比氮气活泼得多，主要是因氮原子间形成的键能太大，n=n的键能为946kJ/mol，o=o的键能为498kJ/mol。而拆开这些键需要的能量很高，虽然氮气理论上也能与镁反应，但由于活泼性的限制，燃烧产物中氮化镁就很少了。
另外，镁也可以跟空气中的Co2反应生成氧化镁和碳。但实验中并没有观察到生成碳，原因是在空气中二氧化碳的体积仅占约0.03%、正四价碳的氧化性比氧氮弱，就算有少量反应物生成，氧也把它氧化了。
五、实验结论
镁带燃烧时，主要产物是氧化镁，同时产生的大量的白烟是氮化镁水解的产物氢氧化镁和氨气。
六、实验反思
由空气中氮气和氧气与金属镁反应的多少，得出在化学反应中，我们不能想当然地认为含量多的气体，反应就多，更重要的是要考虑气体自身的活泼性。
参考文献：
［1］王金龙.镁与氮气反应实验的设计［J］.中学化学，2006（3）:21.
［2］王祖浩.化学（必修）［m］.南京：江苏教育出版社，2005：56.
氮气在化学实验中的作用篇2
1.知识目标
(1)掌握氮族元素性质的相似性、递变性。
(2)掌握n2的分子结构、物理性质、化学性质、重要用途。熟悉自然界中氮的固定的方式和人工固氮的常用方法，了解氮的固定的重要意义。
2.能力和方法目标
(1)通过“位、构、性”三者关系，掌握利用元素周期表学习元素化合物性质的方法。
(2)通过n2结构、性质、用途等的学习，了解利用“结构决定性质、性质决定用途”等线索学习元素化合物性质的方法，提高分析和解决有关问题的能力。
[教学重点、难点]氮气的化学性质。氮族元素性质递变规律。
[教学过程]
[引入]投影(或挂出)元素周期表的轮廓图，让学生从中找出氮族元素的位置，并填写氮族元素的名称、元素符号。根据元素周期律让学生通过论分析氮族元素在结构、性质上的相似性和递变性。
[教师引导]氮族元素的相似性：
[学生总结]最外电子层上均有5个电子，由此推测获得3个电子达到稳定结构，所以氮族元素能显-3价，最高价均为+5价。最高价氧化物的通式为R2o5，对应水化物通式为HRo3或H3Ro4。气态氢化物通式为RH3。
氮族元素的递变性：
氮磷砷锑铋
非金属逐渐减弱金属性逐渐增强
Hno3H3po4H3aso4H3Sbo4H3Bio4
酸性逐渐减弱碱性逐渐弱增强
nH3pH3asH3
稳定性减弱、还原性增强
[教师引导]氮族元素的一些特殊性：
[学生总结]+5价氮的化合物(如硝酸等)有较强的氧化性，但+5价磷的化合物一般不显氧化性。
氮元素有多种价态，有n2o、no、n2o3、no2、n2o4、n2o5等6种氧化物，但磷主要显+3、+5两种价态。
[教师引导]氮族元素单质的物理性质有哪些递变规律?
[师生共同总结后投影]课本中表1-1。
[引入第一节]
第一节氮和磷
氮气
布置学生阅读教材第2-3页的内容，进行归纳总结。
[边提问边总结]
(一)氮的存在
游离态：大气中n2的体积比为78%、质量比为75%。
化合态：无机物中(如硝酸钾等)，有机物中(如蛋白质、核酸等)。
[引导]请学生观察周围空气并通过联想分析氮气的物理性质。
[学生总结]
(二)氮气的物理性质
无色无味，难溶于水(1:0.02)，比空气稍轻。
[投影]常见气体在常温常压下的溶解度，让学生进行比较。
难溶气体：n2(1:0.02);H2(1:0.02);
微溶气体：o2(1:0.2)
可溶气体：Cl2(1:2)、H2S(1:2.6)
易溶气体：So2(1:40)
极易溶气体：HCl(1:500)
[思考]实验室制n2时应该用什么方法来收集?
(三)氮气的化学性质
[引导]结构决定性质，先研究n2的结构。
1.n2的结构
电子式：;结构式：nn。氮氮三键的键能很大(946kJ·mol-1)，所以n2很稳定，通常情况下，性质很不活泼。
2.氮气的化学性质
(1)与氢气反应
(2)跟镁反应：3mg+n2mg3n2
(3)与氧气反应：n2+o22no
引导学生从氧化还原反应角度分析上述三个反应。进而得出“氮气既能表现氧化性，也能表现还原性”的结论。
[引导]中国有句农谚，叫做“雷雨发庄稼”，谁能解释这句话的含义?请大家阅读教材第3-4页内容，再来理解这句农谚。
[学生总结]
[补充演示实验]教师事先在一烧瓶内充满一氧化氮气体，让学生观察一氧化氮的颜色等。打开瓶塞，让学生观察变化。
[学生观察结论]一氧化氮是一种无色气体、二氧化氮显红棕色。通常条件下，一氧化氮易转化为二氧化氮。
[教师引导]请用双线桥法标出以上三个反应中电子转移的方向和数目。
[学生活动]完成以上作业，教师根据学生作业情况加以说明。
(四)氮气的用途
1.合成氨、制氮肥、制硝酸。
2.用作保护气：焊接金属、充填灯泡、保存粮食和水果。
[教师引导]请学生分析以上用途中利用氮气哪方面的性质。
(五)氮的固定
将游离态的氮转变为氮的化合物的过程叫做氮的固定。
途径：自然固氮(雷雨固氮、生物固氮);人工固氮：合成氨工业。
教师向学生介绍人工模拟生物固氮这一世界性研究课题的现状和前景，鼓励学生献身科学研究为人类作出贡献。
[课堂小结]
结构、性质和具体反应之间的联系：
非金属元素及其化合物间的转化关系：
[随堂练习]
1.不属于氮的固定的变化是()
(a)根瘤菌把氮气转化为氨(B)氮气和氢气在适宜条件下合成氨
(C)氮气和氧气在放电条件下合成no(D)工业上用氨和二氧化碳合成尿素
答案：D。
2.在汽车引擎中，n2和o2进行反应会生成污染大气的no(n2+o22no+Q)，据此，有人认为废气排出后，温度即降低，no分解，污染也就会自行消失，事实证明此说法不对，其主要原因可能是()
(a)常温常压下no的分解速度很慢
(B)在空气中no迅速变为no2而不分解
(C)空气中n2与o2的浓度高，不利于平衡向左移动
(D)废气排出后，压强减小，不利于平衡向左移动
答案：aB。
3.利用下列方法，可以在实验室里从空气中制取氮气的是()
(a)把空气液化,然后分离出氮气
(B)把空气缓缓通过加热了的铜网
(C)把空气缓缓通过加热了的镁粉
(D)把空气通过装有氢氧化钠的洗气瓶
答案：B。
4.现有m、R两种第Ⅴa族元素，下列事实不能说明m的非金属性比R强的是()。
(a)酸性：H3mo4>H3Ro4
(B)气态氢化物稳定性：mH3>RH3
(C)气态氢化物还原性：mH3>RH3
(D)含氧酸盐的稳定性：na3mo4>na3Ro4
答案：C、D。
5.在F、p、Si、Fe这四种元素中，每种元素都有某些方面区别于某它三种元素。若从中选出氟元素，选择的理由中正确的是()。
(a)最高价氧化物对应的水化物酸性最强
(B)单质与冷水反应最剧烈
(C)单质固态时为分子晶体，熔沸点较低
(D)在氧化物：oF6、p2o5、Fe2o3中，oF6最稳定
答案：BC。
6.在标准状况下，将o2与no按3:4体积比充满烧瓶，将烧瓶倒置于水中，最后烧瓶内溶液的物质的量浓度约为(单位：mo
[教学目标]
1.知识目标
(1)掌握氮族元素性质的相似性、递变性。
(2)掌握n2的分子结构、物理性质、化学性质、重要用途。熟悉自然界中氮的固定的方式和人工固氮的常用方法，了解氮的固定的重要意义。
2.能力和方法目标
(1)通过“位、构、性”三者关系，掌握利用元素周期表学习元素化合物性质的方法。
(2)通过n2结构、性质、用途等的学习，了解利用“结构决定性质、性质决定用途”等线索学习元素化合物性质的方法，提高分析和解决有关问题的能力。
[教学重点、难点]氮气的化学性质。氮族元素性质递变规律。
[教学过程]
[引入]投影(或挂出)元素周期表的轮廓图，让学生从中找出氮族元素的位置，并填写氮族元素的名称、元素符号。根据元素周期律让学生通过论分析氮族元素在结构、性质上的相似性和递变性。
[教师引导]氮族元素的相似性：
[学生总结]最外电子层上均有5个电子，由此推测获得3个电子达到稳定结构，所以氮族元素能显-3价，最高价均为+5价。最高价氧化物的通式为R2o5，对应水化物通式为HRo3或H3Ro4。气态氢化物通式为RH3。
氮族元素的递变性：
氮磷砷锑铋
非金属逐渐减弱金属性逐渐增强
Hno3H3po4H3aso4H3Sbo4H3Bio4
酸性逐渐减弱碱性逐渐弱增强
nH3pH3asH3
稳定性减弱、还原性增强
[教师引导]氮族元素的一些特殊性：
[学生总结]+5价氮的化合物(如硝酸等)有较强的氧化性，但+5价磷的化合物一般不显氧化性。
氮元素有多种价态，有n2o、no、n2o3、no2、n2o4、n2o5等6种氧化物，但磷主要显+3、+5两种价态。
[教师引导]氮族元素单质的物理性质有哪些递变规律?
[师生共同总结后投影]课本中表1-1。
[引入第一节]
第一节氮和磷
氮气
布置学生阅读教材第2-3页的内容，进行归纳总结。
[边提问边总结]
(一)氮的存在
游离态：大气中n2的体积比为78%、质量比为75%。
化合态：无机物中(如硝酸钾等)，有机物中(如蛋白质、核酸等)。
[引导]请学生观察周围空气并通过联想分析氮气的物理性质。
[学生总结]
(二)氮气的物理性质
无色无味，难溶于水(1:0.02)，比空气稍轻。
[投影]常见气体在常温常压下的溶解度，让学生进行比较。
难溶气体：n2(1:0.02);H2(1:0.02);
微溶气体：o2(1:0.2)
可溶气体：Cl2(1:2)、H2S(1:2.6)
易溶气体：So2(1:40)
极易溶气体：HCl(1:500)
[思考]实验室制n2时应该用什么方法来收集?
(三)氮气的化学性质
[引导]结构决定性质，先研究n2的结构。
1.n2的结构
电子式：;结构式：nn。氮氮三键的键能很大(946kJ·mol-1)，所以n2很稳定，通常情况下，性质很不活泼。
2.氮气的化学性质
(1)与氢气反应
(2)跟镁反应：3mg+n2mg3n2
(3)与氧气反应：n2+o22no
引导学生从氧化还原反应角度分析上述三个反应。进而得出“氮气既能表现氧化性，也能表现还原性”的结论。
[引导]中国有句农谚，叫做“雷雨发庄稼”，谁能解释这句话的含义?请大家阅读教材第3-4页内容，再来理解这句农谚。
[学生总结]
[补充演示实验]教师事先在一烧瓶内充满一氧化氮气体，让学生观察一氧化氮的颜色等。打开瓶塞，让学生观察变化。
[学生观察结论]一氧化氮是一种无色气体、二氧化氮显红棕色。通常条件下，一氧化氮易转化为二氧化氮。
[教师引导]请用双线桥法标出以上三个反应中电子转移的方向和数目。
[学生活动]完成以上作业，教师根据学生作业情况加以说明。
(四)氮气的用途
1.合成氨、制氮肥、制硝酸。
2.用作保护气：焊接金属、充填灯泡、保存粮食和水果。
[教师引导]请学生分析以上用途中利用氮气哪方面的性质。
(五)氮的固定
将游离态的氮转变为氮的化合物的过程叫做氮的固定。
途径：自然固氮(雷雨固氮、生物固氮);人工固氮：合成氨工业。
教师向学生介绍人工模拟生物固氮这一世界性研究课题的现状和前景，鼓励学生献身科学研究为人类作出贡献。
[课堂小结]
结构、性质和具体反应之间的联系：
非金属元素及其化合物间的转化关系：
[随堂练习]
1.不属于氮的固定的变化是()
(a)根瘤菌把氮气转化为氨(B)氮气和氢气在适宜条件下合成氨
(C)氮气和氧气在放电条件下合成no(D)工业上用氨和二氧化碳合成尿素
答案：D。
2.在汽车引擎中，n2和o2进行反应会生成污染大气的no(n2+o22no+Q)，据此，有人认为废气排出后，温度即降低，no分解，污染也就会自行消失，事实证明此说法不对，其主要原因可能是()
(a)常温常压下no的分解速度很慢
(B)在空气中no迅速变为no2而不分解
(C)空气中n2与o2的浓度高，不利于平衡向左移动
(D)废气排出后，压强减小，不利于平衡向左移动
答案：aB。
3.利用下列方法，可以在实验室里从空气中制取氮气的是()
(a)把空气液化,然后分离出氮气
(B)把空气缓缓通过加热了的铜网
(C)把空气缓缓通过加热了的镁粉
(D)把空气通过装有氢氧化钠的洗气瓶
答案：B。
4.现有m、R两种第Ⅴa族元素，下列事实不能说明m的非金属性比R强的是()。
(a)酸性：H3mo4>H3Ro4
(B)气态氢化物稳定性：mH3>RH3
(C)气态氢化物还原性：mH3>RH3
(D)含氧酸盐的稳定性：na3mo4>na3Ro4
答案：C、D。
5.在F、p、Si、Fe这四种元素中，每种元素都有某些方面区别于某它三种元素。若从中选出氟元素，选择的理由中正确的是()。
(a)最高价氧化物对应的水化物酸性最强
(B)单质与冷水反应最剧烈
(C)单质固态时为分子晶体，熔沸点较低
(D)在氧化物：oF6、p2o5、Fe2o3中，oF6最稳定
氮气在化学实验中的作用篇3
1.“一变，两不变”，即能改变化学反应的速率，而本身的质量和化学性质不变.
2.“针对性”，即催化剂针对某个化学反应来说，才有意义.例如，不能笼统地说：二氧化锰是催化剂，或者催化剂是二氧化锰等;而应该表达为：二氧化锰是过氧化氢(或氯酸钾)分解的催化剂.
3.“多样性”，即某个化学反应的催化剂可能有多种.例如，在过氧化氢分解的反应中，二氧化锰、红砖粉末、土豆片、沸石、硫酸铜溶液等都可作催化剂.而催化作用是指催化剂在化学反应中所起作用(即能改变化学反应的速率).它包括加快和减慢化学反应的速率两种情况.
【知识点的认识】该探究是为了测定空气里氧气含量，并且是测定其中氧气的体积含量的.最早是二百多年前，法国的化学家拉瓦锡用定量的方法，通过实验得出空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占其体积的1/5的结论.目前，人们已能用实验方法精确地测定空气里氧气大约占其体积的21%.
【解题方法点拨】在解答这类题时，一般是不考虑空气中氧气和氮气之外的其它成分.
即利用红磷燃烧消耗空气里的氧气后，使瓶内压强小于外界大气压，当打开弹簧夹时，在瓶内外压强差的作用下，水就会被压入瓶中，使液面大约上升至原来瓶内气体体积的1/5.这样通过有形的水柱体的体积来暗示无形的氧气在瓶内空气里的体积，从而推算出空气里氧气的体积含量.解答每个考点的方法点拨如下：
1.仪器和药品的选用要注意两点：
(1)仪器选用要恰当，填写其名称时不可有错别字;特别是燃烧匙中的匙经常被写错.
(2)药品选用时，要所选的药品能够在空气中燃烧，并且还不能有气体生成.
2.实验操作注意事项及其原因，要注意以下四点：
(1)操作要规范、准确;例如，引燃红磷后一定要迅速地把塞子塞紧;否则，燃烧匙进入装置过程中装置内部分空气受热逸出，会使实验结果偏大，引起实验误差;还有可能会使白烟扩散到空气中，造成空气污染;等等.
(2)顺序要正确;例如，实验前在集气瓶中先装入少量水，然后将余下部分再划分为五等分，否则会使实验结果偏大，引起实验误差;再如，实验时一定先检查装置的气密性，否则会引起实验误差或者造成实验失败;又如，实验时还要先用弹簧夹夹住橡皮管，否则，红磷燃烧时有部分空气从导管口逸出，引起实验误差偏大或者造成实验失败;还有，要待红磷熄灭并冷却到室温后再打开，否则，可能使氮气仍然处于膨胀状态，导致实验结果偏小;等等.
(3)实验时引燃红磷后，要立即伸入瓶中，以防生成的白烟过多地扩散到空气中，造成空气污染;
(4)红磷和烧杯中的水一定要足量，否则会使实验结果偏小，引起实验误差.
3.实验现象及其分析，需要抓住两点：
(1)红磷燃烧的现象--发出黄白色火焰，并有大量的白烟生成，放出热量;这说明红磷能在空气中燃烧，其实生成的白烟就是五氧化二磷的小颗粒.
(2)打开弹簧夹后，烧杯中的水就会倒吸进入集气瓶中;且液面上升至原来瓶内气体体积的1/5.这说明氧气约占空气体积的1/5.
4.实验数据处理和误差分析，要弄清两点：(1)瓶内液面上升至原来瓶内气体体积的1/5，也就说明了氧气约占空气体积的1/5.(2)误差偏小的原因有：①装置漏气;②红磷的量不足;③没待装置冷却就打开了弹簧夹，并进行读数判定了(因为此时剩余的气体在受热状态下，处于膨胀状态，占据了部分水的体积);④弹簧夹右边的导管中存有的空气进入集气瓶内;⑤红磷熄灭时，集气瓶中的氧气并没有完全耗尽，只是氧气的浓度达不到红磷燃烧的要求而已;⑥烧杯中的水可能不足以注满原来瓶内气体体积的1/5.当然，装置漏气还有可能会使瓶内气体受热膨胀时溢出，从而引起误差偏大;还有，集气瓶装水前，就将其划分为了五等分;这样实验前装的水会增加用来暗示氧气体积的水柱体的体积，从而引起误差偏大.
5.反推剩余气体(即氮气)的性质和用途，由空气的成分可知，集气瓶内剩余的气体主要是氮气.通过该实验可以推断归纳出氮气的性质有：氮气化学性质稳定，氮气不支持燃烧，氮气难溶于水，常温下氮气是无色气体等等.进而推断出氮气的用途有：氮气常用作保护气，食品包装时充氮可以防腐等等.
氮气在化学实验中的作用篇4
1.请你设计实验，要求尽可能多地被水吸收。
2.你的设计对工业上生产硝酸有什么启示？(从原料的充分利用、减少污染物的排放等方面考虑。)
教师用书中建议采用课堂实验教学法，写出实验报告。实验现象与结论：
1.提示：实验所需的氧气可以当时制取，也可以课前制好，装在塑料袋中供学生选用(见表1)。
2.提示：从上述实验结果可知，只有2/3的二氧化氮转化为硝酸，而1/3的二氧化氮转化为一氧化氮。因此，硝酸工业常在吸收反应进行过程中补充一些空气，使生成的一氧化氮再氧化为二氧化氮，二氧化氮溶于水又生成硝酸和一氧化氮。经过这样多次的氧化和吸收，二氧化氮可以比较完全地被水吸收，能够尽可能多地转化为硝酸。
二氧化氮是造成大气污染的主要气体，大气质量与二氧化氮的含量有关。笔者在实验中遇到的难题是no2有毒，5个班的演示实验完成后身体中毒，且2/3的二氧化氮转化为硝酸，理论可行，实际很难实现，不适合在课堂上做演示实验，更不适合做学生实验。根据课程标准“关注人类面临的与化学相关的社会问题，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力”的要求，加强环境教育，提高学生的环保意识，帮助学生正确认识环境和环境问题。笔者对实验作了如下改进：
一、实验目的
制取no2，验证no2溶于水有no产生，会推导no2溶于水的反应原理，用naoH溶液完全吸收no2。
二、实验装置与药品
输液流量调节器，注射器，铜丝与浓硫酸，尖状插杆，输液瓶，水，橡皮气唧(如图1、图2所示)。
三、实验操作、现象与结论
1.安装仪器，检查气密性
将输液管剪短，利用连接管连接好仪器，左端点滴注射器的尖状插杆内设有二通道，一通道连接反应装置，另一通道连接带有输液流量调节器和点滴筒的输液管，右端尖状插杆插入橡皮气唧。通过橡皮气唧往装置中鼓气，注射器滑竿明显后移，说明气密性良好。
2.no2的制取和溶于水实验探究
如图1所示，课前制好氧气储存于橡皮气唧储气囊中，利用尖状插杆连接输液管，关闭输液流量调节器，输液瓶中注入半瓶水，待用。细铜丝弯成螺旋状，固定在注射器滑竿橡皮塞处，通过注射器针头吸入浓硝酸，迅速与输液管连接，输液流量调节器调至最大流量。观察到注射器中铜丝逐渐溶解，溶液变为蓝绿色，注射器、输液管、输液瓶中充满红棕色气体，关闭左端的输液流量调节器，将注射器竖立，液体流入输液管中，固液分离反应停止。晃动输液瓶，瓶和点滴筒中气体颜色消失，说明no2为红棕色气体，易溶于水，溶于水发生了反应。打开右端的输液流量调节器，挤压橡皮气唧，将储气囊中的氧气挤入输液瓶，立即看到气体变为红棕色，再晃动输液瓶，瓶和点滴筒中气体颜色又消失，重复几次直到气体颜色不再变化为止，说明no2溶于水反应生成了no，no为无色气体，难溶于水，no2no中n的化合价降低，必然有化合价升高，结合元素守恒和氧化还原反应分析，得出3no2+H2o=2Hno3+no，只要不断补充氧气或空气，使生成的一氧化氮再氧化为二氧化氮，二氧化氮溶于水又生成硝酸和一氧化氮。经过这样多次的氧化和吸收，二氧化氮可以比较完全地被水吸收，能够尽可能多地转化为硝酸。
3.no2的尾气吸收实验探究
如图2所示，在上述实验基础上，关闭右端输液流量调节器，将左端的尖状插杆插入事先注入半瓶naoH溶液的输液瓶中，打开左端输液流量调节器，抽动注射器滑竿、挤压点滴筒和输液管使液体回到注射器中，观察到注射器中铜丝又开始溶解，溶液蓝绿色加深，注射器、输液管、输液瓶中充满红棕色气体，关闭左端的输液流量调节器，将注射器竖立，反应停止。晃动输液瓶，瓶和点滴筒中气体颜色消失，说明no2易溶于naoH溶液，发生了反应。打开右端的输液流量调节器，挤压橡皮气唧，将储气囊中的氧气挤入输液瓶，气体颜色不变，说明no2溶于naoH溶液，发生了反应没有生成no，no2被naoH溶液完全吸收。no2有毒，可以用naoH溶液完全吸收，避免排放到大气中造成环境污染。
四、实验特点
1.装置简单，密封性强
采用注射器、输液管、输液流量调节器、点滴筒、输液瓶、橡皮气唧连接，巧妙运用了密封性好的特点。点滴注射器的尖状插杆内设有二通道，一为药液流通用，另一通道则为导通气体所用，配合装设在尖状插杆的气孔塞环使瓶内外压力平衡，药液得以顺利流畅地注入点滴筒内，而免用两支针头且无漏水之忧。本实验改进为一通道连接反应装置，另一通道连接带有输液流量调节器和点滴筒的输液管，起到了双导管作用。
2.操作简便，综合性强
注射器做反应制备装置，输液瓶做性质分析及产物检验装置，输液瓶中液体由水换作naoH溶液，可达到多项目的。
3.绿色环保，安全性好
节约药品，气体不泄露，对环境不造成污染，有利于培养学生的环保意识，同时也有利于师生健康。
参考文献
[1]宋心琦.人教版普通高中课程标准实验教科书化学必修[m].北京：人民教育出版社，2010
氮气在化学实验中的作用篇5
中图分类号：G633．8
文献标识码：B
doi：10.3969／j．issn．1008－0546．2012．07．032
适合年级：高一年级
课时安排：1课时
课型结构：综合实践课
学习形式：小组合作、网络辅助
设计意图：本节课选自人教版《化学1》（必修），氮循环的知识分别散落在教材第四章的第三节和第四节，其中氮循环流程图出现在“思考与交流”栏目，由于教材涉及的篇幅少且知识点分散，所以常常不能很好地引起教师的重视，往往教学中一笔带过，或安排学生课后阅读。我们认为氮循环包含的知识点简单，但其中揭示的自然奥秘和科学技术知识却能激发学生求知的欲望，这些都应该成为教师培养学生热爱化学、接受科学教育的良好素材。
另外，高一学生相对初中生而言，思维敏捷、实验能力较强、且具有运用网络开展学习的能力，以及有一定的独立性和创造性。因此，我们采用拾荒式教学设计，以网络辅助、小组合作开展教学，旨在培养学生学习兴趣，学会科学的研究方法，提高学生自身学习的有效性。
教学目标：
知识与技能
1.了解氮循环的基本过程，认识氮循环过程中的重要物质及其在生产中的应用和对生态环境的影响；
2.充分利用网络资源，提高学生的信息素养；
3.通过小组合作学习，提高学生交流与表达能力；
过程与方法
1.通过对网络资源的利用，掌握搜寻、筛选和加工信息的方法；
2.通过撰写学习报告，掌握科学记录及总结的方法。
情感态度及价值观
1.通过氮循环的奥妙的揭示，培养学生不断探索不断追求的品质；
2.学会客观看待问题，不仅感受科学技术进步的伟大，还要警惕科学技术无节制使用带来的危害；
3.通过教学实践，培养学生主人翁意识，增强环保观念。
教学重点：
氮循环过程中重要物质所具有的性质，氮循环对生命的重要意义和氮污染造成的危害。
教学难点：
如何提高学生搜寻、筛选、加工信息的能力。
教学过程：
一、新闻导入，确定主题
【ppt】据联合国的统计资料，全球中国肥料信息网资料：
化肥在农业增产中的作用功不可没。有关数据显示，中国居民人均耕地使用面积为1.41亩，不足世界人均耕地使用面积的40%，中国有600多个县人均耕地面积低于国际粮农组织的标准。就这样一个耕地匮乏的国家，用占世界7%的耕地养活了占世界22%以上的人口，不能说不是一个奇迹。化学肥料在保证农产品产量解决人民温饱问题，优化产品质量提高人民健康水平，保证耕地质量实现农业可持续发展方面，起到了至关重要的作用。
【过渡】氮肥在促进庄稼增产方面起到了非常重要的作用，因为氮元素是蛋白质的重要成分，动植物都不可缺少。但有一个现象却困扰了我们人类的先驱，就是尽管空气是氮最丰富的来源，但是仍有多数生物不能直接从空气中吸收氮气，只有将氮转化为含氮化合物，才能被生物吸收。我们把游离态的氮转变为氮的化合物叫做氮的固定。今天我们一起跟随科学发展的脚步，探寻自然界中“氮循环”的奥秘。
二、虚拟考察，扣人心弦
1.雷雨作用
据说在新疆与青海两省区交界处有一狭长山谷，这里经常会发生诡异的电闪雷鸣，并伴有大量的牲畜死亡，被当地牧民称为“魔鬼谷”，奇怪的是这里牧草茂盛，四季常青。人们对“魔鬼谷”牧草茂盛，四季常青的原因困惑不解，请大家通过下面这个网页找到答案，然后向同学们汇报你们的小组结果。
这个网站有介绍雷电的作用，也能揭示魔鬼谷的奥秘。请结合以下问题快来学习吧：
（1）雷雨天植被吸收了什么肥料？
（2）这肥料是怎样产生的，它的生成需要哪些关键原料？
（3）结合课本写出上述与肥料生成有关的化学方程式：。
【过渡】靠大自然的雷雨天气来满足植物所需的氮肥是远远不够的，人们受到雷雨天的反应原理的启发，思考如果我们自己创造雷雨条件，就能制造充足的氮肥了，但事实证明雷雨条件制造过程的种种约束是很难进行大规模生产氮肥。直到20世纪初德国化学家哈伯合成氨的技术的诞生，人类对氮肥的制造水平才上了一个台阶。
2.人工固氮
（1）确定搜索关键词为“哈伯法合成氨”和“工业制硝酸”；
（2）确定搜索引擎为省略或者省略；
（3）记录搜询结果：
①网页（复制/粘贴到下面的横线上）
网站地址：
网站地址：
网站地址：
②图片：把查询到与上述问题有关的图片保存
③结合课本写出合成氨及氨转变成硝酸的系列反应方程式：。
（4）汇报小组的收获
（5）实践巩固
现在我们用微型实验来模拟氨制取硝酸的系列反应，请仔细观看视频中的现象，确认我们书写的化学反应方程式是否正确。
【视频】实验室氨制硝酸系列反应
引导学生观察反应后的圆底烧瓶中有红棕色气体，尾部紫色石蕊变红。
【合作探究】给你一试管二氧化氮，其他药品和仪器自选。
①请你设计实验，要求尽可能多地使二氧化氮被水吸收；
②你的设计方案对工业上生产硝酸有什么启示？（从原料的充分利用，减少污染物的排放等方面考虑。）
学生在教师的指导下完成实验，并写出实验报告：
【思考交流】从上述实验结果可知，只有2/3的二氧化氮转化为硝酸，而1/3的二氧化氮转化为一氧化氮。因此，硝酸工业常在吸收反应进行过程中补充一些空气，使生成的一氧化氮再氧化为二氧化氮，二氧化氮溶于水又生成硝酸和一氧化氮。经过这样多次的氧化和吸收，二氧化氮可以比较完全地被水吸收，能够尽可能多地转化为硝酸。
【过渡】尽管合成氨的技术让植物增产看见了希望，但随着人口增长过快，合成氨技术的效益，越来越不经济了，这是怎么回事？难道氮肥的合成没有更好的探索方向了吗？让我们进入下面这个网页寻找答案：
3.生物固氮
【引导】通过刚才的科普小文我们了解到豆类植物可以利用根瘤菌这种固氮菌来为自己提供源源不断的氮肥。现在根瘤菌的固氮原理已被人们破解，还发现了更多能固氮的细菌，如果我们利用生物领域里的细菌移植技术，这样除了大豆还有其他的植物也能享有自身提供的氮肥了，这可比人工固氮更高效更经济环保。让我们以“生物固氮”为词条进入百度百科，回答下列问题：
（1）什么是根瘤菌拌种？
（2）豆科植物为什么能作绿肥？
（3）整理出现阶段所知的植物固氮类型：（结合以下网页作答）
【引导】踏着科学探索的脚步，我们已经知道了“氮固定”的三种方式，它们也正是自然界中“氮循环”的重要环节，结合课本“氮循环”流程图，谈谈你眼中的氮循环是怎样的过程，它对自然界生态平衡有哪些意义，我们人的哪些活动参与了氮的循环？
（1）学生畅谈；
（2）进入网页http：//省略/item/751.aspx阅读文章“地球上的氮是怎样循环的”。
【过渡】通过刚才的文章我们看到，自然界中氮的循环是一个和谐完整的统一，它保证了我们整个生物界最重要的生命基础。但随着科技的不断提高，由于人类过度地运用氮肥导致河流富营养化，还有汽车尾气中氮氧化合物排放超标导致大气污染，这些问题到底是怎样产生的？氮污染对我们人类造成了哪些威胁呢？请大家快快进入网页阅读，然后和大家分享你的感想。
三、辩证思考，升华思想
1.进入网页http：//省略/article/showarticle.
php?aid=4183阅读文章“比二氧化碳更严重的氮污染”；
2.学生谈体会（对氮污染危害的认识，对减少危害的建议，自己能做到的环保措施等）。
四、交流总结，学以致用
1.形成学习报告：学生用ppt或在笔记本上完成整堂课的学习报告。要求做到：主题明确，用词简练，图文并茂。报告主要包括以下内容：①氮循环的意义；②氮循环的过程（氮在自然界中的存在、氮固定的途径、氮固定所涉及的化学反应）；③氮污染的危害；④你上完本堂课的感想。
2.出一期关于“氮循环”主题的板报，让大家明白“氮循环”对人类的意义，同时呼吁大家关注氮正在造成的污染，我们应该采取的措施。
教学反思：
新课程要求学生在教学活动中不仅是教学对象，更是教育的主体，学生的任务不仅是获得科学文化知识，更重要的是在这一过程中，促进学生个体的自我发展。学生要把人类已有知识转化为自己的知识财富、智力才能和综合素质，必须有一个内化过程，即学生自己对学习材料的加工过程。
本节课从StS教育理念出发，选择贴近学生、贴近社会、贴近生活的教学内容，防止教师灌输，学生死记硬背的现象发生。从学科中心回归到学生的生活经验，从社会实际问题出发组织学习，增强学生学习兴趣，促进学生自我发展。
本节课采用“拾荒式”教学模式，以人类对“氮固定”的认识发展为问题线索，学生利用网络资源进行自主探究，解决一系列层层深入的问题。学生对网络信息搜集、整理并撰写学习报告的过程，也是学生将知识加工内化的过程。“拾荒式”教学模式不仅有利于培养学生解决实际问题，而且有利于学生学会对特定问题形成自己的看法的能力。
在借助网络开展“拾荒式”教学的过程中，学生以小组合作形式进行实验探究，这为教学的组织，教学条件的提供提出了一定的要求，也对教师进行新课程理念下的化学教学提出了新的挑战，唯有实践和创新，才能实现“以生为本”的教学理念，从而促进教师的专业发展。
参考文献
［1］姜建文.化学教学设计与案例研讨［m］.北京：化学工业出版社，2011
［2］乔敏，张毅强.元素化合物教学设计的行动研究—“氮气和氮的固定”的教学设计探索［J］.化学教育，2006，（1）：30-33
氮气在化学实验中的作用篇6
关键词：空白；实验；消解
abstract:thetotalnitrogeninwaterqualitytestoftenariseinthemeasuredvalueofthelittleanomalies,becausetotalnitrogensampleswithuncertainty,sothispaperfromtheblanktestingoftotalnitrogen,analyzingtheinfluenceoftotalnitrogenblankexperimenttodeterminetotalnitrogenthatfactorsintheprocessoftheinfluencefactors,andcarriesonthecomprehensivediscourseanalysis,cangiveusofexperimentstobringtheleadingfunction.
Keywords:blank;experiment;digestion
中图分类号：G642.423文献标识码：a文章编号：
1前言
目前，在水质监测中总氮的分析法遵循GB11894-89中的碱性过硫酸钾消解紫外分光广度法。在分析方法中是以样品的测试值减去空白值来计算样品的浓度，因此空白值的准确度，对保证样品分析的准确度起着重要作用。而在实验中经常出现空白值偏的现象，这样就增大了系统误差。
由于空白实验值受到多种因素的影响，本文将从试剂的影响、空白用水的影响以及器皿影响等因素进行全面的论述分析。得出影响空白的一些因素，提出改进措施。
2实验原理及步骤
2.1实验原理
在GB11894-89中测定水中总氮的主要原理是在120度-124度的碱性条件下，利用过硫酸钾在高温下产生的氧将水中的氨氮、亚硝酸盐氮及大部分有机氮化合物氧化成硝酸盐。然后用紫外分光光度法在波长220纳米和275纳米处，分别测出a220和a275，计算校正吸光度：a=a220-a275。
按a的值计算总氮的含量，其中总氮的检出限为0.050mg/1。
2.2实验仪器与试剂
紫外分光光度计，10mm石英比色管，压力蒸汽消毒器，25ml具塞比色管，无氨水，碱性过硫酸钾，1+9盐酸，硝酸钾标准储备液。
2.3空白实验步骤
空白实验基本步骤如下：用无刻度吸管吸取10ml样品置于比色管中；加5ml碱性过硫酸钾，塞紧瓶塞用纱布包好防止弹出；将比色管置于压力蒸汽消毒器中，在120℃―124℃下消解30分钟；冷却后取出比色管,加入1+9盐酸1ml，并用无氨水稀释至25ml刻度线；分别在波长为220nm和275nm处测定吸光度，并计算a值。
3空白影响因素的分析
3.1试剂的影响
试剂在水质检测分析中的地位极其重要。从取样到样品处理、测定都离不开试剂。如果在实验中用的试剂的质量和纯度达不到实验分析的要求，将会对实验的结果有很大的影响。在总氮空白实验中，一般情况下盐酸不会给实验中带入氮元素，所以本文将主要从碱性过硫酸钾试剂和实验用水本身入手进行分析。
3.1.1酸钾试剂对空白实验的影响
笔者在实验中发现，碱性过硫酸钾试剂的质量的好坏直接影响着实验结果。含化合物高且质量差的碱性过硫酸钾试剂不仅会引起空白值较大（吸光度>1，甚至可能导致无法比色。因此，必须选用符合国家标准的分析纯试剂，必要时还要进行试剂提纯，主要是去除溶液内的氨氮类物质。通过实验比较选择符合要求的厂家的过硫酸钾试剂。其次，碱性过硫酸钾试剂的储存时间也会影响空白值。因为碱性过硫酸钾试剂中含有大量的氢氧化钠容易吸收空气中的二氧化碳和过硫酸钾的相对不稳定性，以及外界环境（光、热、含氮元素气体等）会污染试剂，这样就影响了实验结果。
用化学纯和分析纯度的过硫酸钾进行试验，每组分别测定6个空白样。
通过表1中的数字比较可见，过硫酸钾试剂的好坏直接影响总氮测定结果的好坏。
3.1.2实验用水对空白值的影响
实验用水的纯度对空白值的影响较大。国家标准规定在总氮测定的全过程中要使用无氨水，其制备方法可采用酸化蒸馏。因为一般水体中含有一定量的硝酸盐和亚硝酸盐，所以一定要选用蒸馏水或去离子水作为实验用水。无论是选用无氨水还是去离子水或蒸馏水，都是为了控制水体中硝酸盐和亚硝酸盐的含量。
用纯净水和蒸馏水作为空白进行试验，每组分别测定6个空白值来进行比较。
从表2中可见，选用蒸馏水作为实验用水，所得的空白值要远小于选用普通纯净水的值。所以在总氮测定的实验中一定要选择符合要求的实验用水，否则会严重影响测定结果。
3.2器皿的影响
首先，实验分析所用的器皿，应具有满足实验分析所需的特殊性能。其次，再使用中产生的沾污影响也应给与足够的重视。尤其是比色管的洁净程度对实验结果有相当大的影响。因为洗涂剂中含有大量的氮元素，所以不可以用来清洗比色管，一般情况下用10%稀盐酸来浸泡清洗。另外，吸光度测量时英石比色皿的差异都有可能使总氮空白测定偏高，所以，一定要保证英石比色皿透光面的干净，无斑点。
取未用10%盐酸浸泡过的比色管进行试验,用蒸馏水作为实验用水取同批次的6个比色管进行试验。
通过比较表3的数值可以看出，比色管的洁净程度对总氮的测定值有着相当大的影响。
3.3消解过程
首先，在消解过程中,若压力蒸汽消毒器压力不足,会造成过硫酸钾分解不完全,从而导致空白吸光度偏。其次，压力蒸汽消毒器的温度必须严格控制在120℃―124℃之间,低于120℃氧化不完全，水样吸光值偏低,于124℃过硫酸钾分解速度加快,水样吸光值偏高。最后,消解时间控制的标准是使碱性过硫酸钾完全分解，标准方法规定的消解时间为0.5h、由于温度很难恒定保持一个值，通过平时的实验比较建议用40min比较合适。
3.4环境的影晌
环境对样品的污染，主要是由空气中的污染气体和沉降粒子而引起的。据报道，普通实验室中每立方米空气中含有数百微克的微粒。这些微粒中含有多种化学元素，可引起多种痕量化学元素的污染。在总氮的空白测定中，凡是能带入氮的水和试剂都不能再实验使用,不能与用氨水、硝酸以及其它氨盐之类试剂的分析项目安排在一个实验室内，因为它们容易挥发进入空气，可能重新溶解在试验中，使测定结果偏高。
4结论和建议
通过实验可见，影响总氮空白值的主要因素有：试剂纯度的影响、实验用水洁净度的影响、器皿被污染程度的影响以及环境因素和人为操作等。
首先在总氮测定过程中，总氮空白值作为一个要被所有样品扣除的基准值，总氮空白值的准确和大小直接影响着总氮测定结果的准确度、精密度和方法的检测下限值。其次，总氮测定的空白样品可以看作为总氮含量无限接近0的一个样品，所以影响总氮空白样品测定的因素同样是总氮测定过程中的影响因素。想要得到准确可靠的分析数据，有如下措施：
(1)定要保证实验用水和碱性过硫酸钾试剂的纯度,而且还需注意防尘措施和存放时间，最好现配现用。
(2）对所有需用的玻璃器皿和其他用具都应该根据所测项目及要求的准确度而选用适宜的洗涤方法，在使用前最好可以用稀盐酸浸泡以达到洗净仪器的目的。洗干净后用纯水淋洗三次，然后妥善保管以防新的污染。
(3)在实验过程中，要时刻注意个人操作，应严格规范操作，尤其是要注意消解的时间和压力等。
氮气在化学实验中的作用篇7
【关键词】SBR曝气量碳氮比同步硝化反硝化
目前，污水处理技术的成本效益正变的越来越受重视，其中减少曝气量对于污水处理厂是一种有效的节能途径[1]。传统的生物脱氮是通过硝化和反硝化两个过程实现的，在生物法处理工艺中，硝化和反硝化往往在两个不同的反应器或同一个反应器的不同阶段进行。近年来大量实验研究表明这两步可在同一反应器中同时发生，证明存在同步硝化反硝化现象（SimultaneousnitrificationandDenitrification，简称SnD），尤其是有氧条件下的反硝化现象存在于各种不同的生物处理系统中。
对于SnD过程的解释主要有2个观点：微环境理论：由于氧扩散的限制，在微生物絮体或生物膜内外产生溶解氧浓度（Do）梯度，即微生物絮体或生物膜外表面的Do浓度高，以好氧硝化菌和氨化细菌为主，而其内部由于外部氧的大量消耗和氧传递受阻，则形成了缺氧区或厌氧区，反硝化菌和厌氧菌占主要优势；从而形成了有利用实现SnD过程的微环境；宏观环境理论：在连续曝气的反应器中，由于曝气不均匀存在一定的缺氧区域，因此，硝化和反硝化两个过程可以同步进行。
一、材料与方法
（一）实验装置
实验装置由有机玻璃柱制成，内径17cm，柱高60cm，有效容积12L。反应器进水和出水均由抽水泵控制，底部设有曝气砂盘，由空气压缩泵供氧，通过转子流量计控制曝气量。全程均采用微电脑时控开关自动控制。完整的工作周期为6h，包括进水5min，搅拌+曝气280mim，沉淀40min，出水5min，静置30min。实验装置如图1所示：①搅拌器，②曝气砂盘，③进水泵，④出水泵，⑤空气压缩泵，⑥转子流量计，⑦取样阀，⑧pH测定仪，⑨Do测定仪，⑩微电脑时控开关。
（二）实验方法及水质
实验采用人工配置的模拟生活污水，以葡萄糖为碳源，氯化铵为氮源；CoD=500mg/L，氨氮浓度为33.3、50、100mg/L，即C/n=15、10、5三种工况条件；控制反应器内的温度为21±1℃，用碳酸氢钠调节反应器内的pH值在6.8-7.3之间；采用瞬时进水的方式，每周期进水6L，排水6L；当反应器进水搅拌均匀后立即取样，每隔30min取样一次。污水各组分含量以30L为例：C6H12o6：15.4688g，nH4Cl：3.8214-11.4643g，KH2po4：0.6581g，maSo4：1.5g，FeSo4：0.3g，CaCl2：0.9g。
（三）分析项目及方法
对反应过程中水样的氨态氮（nH4+-n）、亚硝态氮（no2--n）、硝态氮（no3--n）和总氮（tn）的浓度进行测定；具体的分析方法是氨态氮：纳氏试剂光度法，亚硝态氮：n-（1-萘基）-乙二胺光度法，硝态氮：酚二磺酸光度法，总氮：过硫酸钾氧化光度法。
二、结果与讨论
通过控制进水CoD=500mg/L，氨氮的浓度分别为33.3、50、100mg/L，测定水样中的nH4+-n，no2--n，no3--n和tn浓度，得到如图2-5；
（一）不同曝气量、C/n及总氮去除率变化
由图2可知，在相同曝气量条件下，随着C/n值的增加，tn的去除率增加，当曝气量为16L/h时，SnD过程tn去除率随C/n值的增加变化较明显；在相同的C/n条件下（除C/n=5外），随着曝气量增大SnD过程tn去除率减小；当C/n=15，曝气量为16L/h时，tn的去除率最大为70.57%；在较高C/n的情况下，曝气量变化对SnD过程脱氮效率影响较明显。
（二）不同曝气量、C/n条件下各组分浓度变化
由图3、4、5可知，在相同的C/n条件下，随着曝气量的增大，出现“氨谷”（即nH4+-n反应彻底）时间提前，出水中no2--n浓度均很低；在图3中，随着曝气量的增大，出水中tn浓度没有明显变化，nH4+-n的浓度明显降低，no3--n浓度明显增加。在图4、5中随着曝气量的增加，出水中tn和no3--n的浓度略有增加，nH4+-n和no2--n的浓度均很低。
（三）结果讨论
生物污泥絮体具有一定的厚度，对溶解氧有传递阻力，当系统内曝气量较小时，溶解氧不能完全扩散到活性污泥絮体内部，在污泥絮体内部形成部分缺氧或厌氧环境，反硝化菌可以进行反硝化。实验采用的是SBR工艺全程搅拌+曝气模式，不存在宏观的缺氧区段；因此，能够实现SnD过程是由于活性污泥絮体存在溶解氧浓度梯度差。由于反硝化菌是异养菌，在适当曝气量的情况下，较高C/n能为反硝化过程提供充足的碳源，促进反硝化过程，从而提高SnD过程的脱氮效率。随着曝气量的增高，增强了溶解氧对活性污泥絮体的穿透力，使的活性污泥絮体内部溶解氧浓度升高，反硝化菌的活动受到抑制，反硝化过程减弱，从而SnD过程脱氮能力减弱；同时，较大曝气量有利于硝化菌的活动，使nH4+-n快速的转变成no3--n，硝化反应较为彻底，导致出水中硝态氮浓度较高。
三、结论
（1）在SBR工艺中存在SnD现象，能够实现SnD是由于活性污泥絮体存在溶解氧浓度梯度差；
（2）在低曝气量的条件下，较高C/n值有利于SnD过程脱氮的进行；曝气量比C/n值对SnD过程的影响更为明显；当C/n=15，曝气量为16L/h（Do=0.3～0.5mg/L）时，SnD过程中tn的去除率最大为70.57%。
参考文献：
[1]荣宏伟.序批式生物膜反应器的同步硝化反硝化研究[J].工业水处理，2008.
[2]荣宏伟.Do对SBBR工艺同步硝化反硝化的影响研究[J].环境科学与技术，2009.
[3]方茜.同步硝化反硝化脱氮模型及动力学分析[J].广州大学学报（自然科学版），2009.
氮气在化学实验中的作用篇8
关键词氮化硅；沉积；薄膜；原理；性质；机理；
中图分类号：o613.72文献标识码：a文章编号：
引言
由于有着良好的绝缘性,致密性,稳定性和对杂质离子的掩蔽能力,氮化硅薄膜作为一种高效器件表面的钝化层已被广泛应用在半导体工艺中。人们同时发现,在多晶硅太阳电池表面生长高质量氮化硅薄膜不仅可以十分显著地提高多晶硅太阳电池的转换效率,而且还可以降低生产成本。这是因为作为一种减反射膜,氮化硅不仅有着极好的光学性能和化学性能,还能对质量较差的硅片起到表面和体内钝化作用,提高电池的短路电流。因此,采用氮化硅薄膜作为晶体硅太阳电池的减反射膜已经成为光伏界的研究热点。
一、peCVD法生产氮化硅膜的原理
peCVD法生长氮化硅薄膜是利用非平衡等离子体的一个重要特性，即等离子体分子、原子、离子或激活基团与周围环境相同，而其中非平衡电子则由于电子质量很小，其平均温度可以比其他粒子大1一2个数量级，因此在通常条件下，要在高温才能实现的许多化学反应，由于非平衡电子具有很高的能量，在低温下就能实现。在太阳电池镀膜时，工艺腔中的nH{和Si氏分子在高频微波源的作用下热运动加剧，相互碰撞使其分子电离，这些离子反应生成Sinx。
总反应式:
二、氮化硅的作用与钝化机理
在硅片表面(扩散面)沉积一层深蓝色的S1nx膜，而这层Sinx膜的作用是:
1)减少电池表面光的反射;
2)进行表面及体钝化，减少电池的反向漏电流;
3)具有良好的抗氧化和绝缘性能同时具有良好的阻挡钠离子、阻挡金属和水蒸气扩散的能力。
氮化硅的钝化主要是氢钝化，peCVD沉积氮化硅薄膜钝化太阳电池的作用从原理看实际上是薄膜中富含的氢对衬底硅中杂质和缺陷的钝化。氢在硅中的存在形式主要取决于温度、掺杂类型与浓度、氢的浓度、缺陷状况等，在低温时，氢在硅中常以3种状态存在:①在缺陷位置上被悬挂束缚，形成多重性的Si-H键，这种状态的氢原子具有最低的势能;②在没有缺陷的位置上以稳定氢分子HZ的形式存在，在平衡条件下氢分子占据硅四面体的中心位置，此时它的电学与光学性质都不活泼，低温时也不易移动;③氢在硅中最重要的形态是原子氢。氢原子占据所谓的金属位，对未被束缚的氢来说，这是能量最低的方式。在室温时，一般情况下氢不能以单独的氢原子或氢离子存在，它总是以复合体的形式存在于硅中。少量的氢就能和硅中的缺陷和杂质作用，形成一些复合体，由于这些复合体大多是电中性，所以硅中的氢可以钝化杂质和缺陷的电活性。它不仅能钝化晶体的表面或界面，还可以和金属杂质结合，去除或改变杂质形成的较深能级。此外，氢还能和位错上的悬挂键结合，达到去除位错电活性的目的;氢也能和空位作用，形成一种VHn复合体;氢还能钝化由氧化而引人的点缺陷，改善器件性能。
三、实验
实验采用156*156的多晶p型硅片,生长设备采用RotH@RaU的Sina设备。实验前使用乙醇和丙酮超声清洗样品15min以去除油污,然后用1号液(H2o:H2o2:nH3·H2o=1:1:5)和2号液(H2o:H2o2:HCl=1:1:5)清洗,最后再使用5%稀氢氟酸(HF)漂洗5min以去除氧化层,去离子水洗净烘干后放入反应室。反应气体为以氮气稀释至10%的硅烷和高纯氨气,气体流量为硅烷560sccm,氨气2240sccm。实验参数为:工作气压0.27mbar,射频频率13156mHz,淀积时间10min。
样品生长完毕后进行了测试,使用SenteCHCH厂家的Se-400aDV测试薄膜的厚度,折射率和反射光谱;使用Sem和aFm观察薄膜截面和表面形貌;使用eDX和FtiR观察薄膜的成分和化学性质;使用Hall参数测试仪分析薄膜沉积前后载流子浓度的变化。
四、结果和讨论
4.1氮化硅薄膜的光学性质
本实验所生长的氮化硅薄膜表面颜色较均匀,82nm厚的样品(1#)用肉眼观察呈深蓝色,折射率为2.13。其光学厚度为n×d=82×2113=174166nm,由此可知吸收最强烈的光波长应为174166×4=698164nm。地面太阳光谱能量的峰值在波长500nm,而硅太阳电池的相对响应峰值在波长800~900nm,故要求减反射膜对500~900nm的光有最佳减反射效果。图1为1#样品的反射光谱,由图上可看出,此厚度的氮化硅薄膜对波长为500~900nm的光反射率相当低,最低值出现在700nm左右,减反射效果非常好。对于采用封装工艺的硅太阳电池组件来说,减反射膜的外界介质一般为硅橡胶,其折射率约为1.4,在这种情况下,理论上最匹配的减反射膜折射率为
但是随着折射率的升高,减反射膜的消光系数也将升高,但这些光不能增加电池电流,所以折射率太高了不好,但是折射率如果太低会导致反射率升高,所以较优的减反射膜折射率应该控制在2.2左右。由此可见,本实验所生长的82nm厚的氮化硅薄膜具有较好的光学性质。
4.2氮化硅薄膜的形貌与成分
图2是使用原子力显微镜(aFm)观察到的1#样品表面形貌图,由图可看出,在10万倍的分辨率下,薄膜表面仍无明显起伏,aFm的测试结果显示薄膜的粗糙度约为3nm。这说明在本实验中,使用peCVD淀积的氮化硅薄膜表面相当平整光滑。在500倍的光学显微镜和20,000倍的扫描电子显微镜下也显示了类似的结果。
图3是使用扫描电子显微镜拍摄的1#样品的截面形貌图,上方一条黑线是82nm厚的氮化硅薄膜,薄膜下方是单晶硅衬底,上方是样品托盘。由图可见,膜的厚度比较均匀,和硅衬底结合较致密。图4是1#样品的能谱分析图。在测试时为了避免衬底中的硅对测试结果的影响,将薄膜轻轻刮在铜网上,用酒精浸润后烘干测试。如图所示,除了3个由铜网引入的Cu峰,可以看到明显的Si峰和n峰。能谱的分析结果显示,n原子和Si原子之比为11.2:12.7,近似为0.9:1。故本实验中淀积的氮化硅薄膜可写为Sin0.9,属于富Si薄膜,这是因为在淀积薄膜时SiH4与nH3之比较高的缘故。使用X射线衍射仪对此样品进行测试,结果表明在本实验中淀积的Sin薄膜是无定形态。
氮气在化学实验中的作用篇9
关键词氮氧化物；监测方法；治理方法
中图分类号tU834文献标识码a文章编号1674-6708（2011）37-0208-02
1概述
据统计，人们全天有超过80%的时间是在室内度过的，相比于室外空气，室内空气对人体身体健康的影响更为显著，因此室内环境中的空气污染及其危害越来越受到人们的重视。
厨房燃气燃烧后生成的污染气体主要有一氧化碳和氮氧化物，Co作为一种有毒气体对环境的污染以及人体的危害众所周知，人们对燃气用具燃烧时产生的Co已有足够的警惕，在我国现行标准中对燃气用具Co的排放量一直以来就有严格的控制要求。但另一种污染源氮氧化物（noX）却一直被忽视。氮氧化物（noX）是指no、n2o、n2o3、n2o4和n2o5等氮与氧的化合物总称。室内氮氧化物通过呼吸进入人体内，刺激呼吸道和肺部，对心、肝、肾等造成腐蚀损害，还会引起急性或慢性中毒，并有致癌作用，严重影响到人体健康。
2室内氮氧化物的主要来源及其危害
2.1noX的污染来源
室内空气中氮氧化物的污染主要来源于以下几种途径，分别是采暖和烹调时燃料的燃烧、室内吸烟释放的烟气、以及室外大气中的noX进入等。
据统计，煤炭是我国城市家用的主要燃料，约占燃料总量的50%~80%，其次是煤气和液化气，约占20%~50%[1]，燃料完全燃烧时将产生大量的noX将弥散于室内难以排出；吸烟产生的烟雾中有Co、醛类、烃类、亚硝胺、noX和颗粒物等污染物[2]，约有90%直接弥散在周围空气中，监测表明，室内空气中noX浓度随着吸烟人数、吸烟量的增加而升高；当室内noX浓度低于室外时，室外的污染物会经门、窗自然渗入或经机械通风系统进入，但浓度一般不会超过室外。
2.2氮氧化物的危害
氮氧化物（noX）的破坏力很强，是一种毒性很强的腐蚀剂，当空气中的noX被吸入到肺内，就会在肺泡内形成亚硝酸（Hno2）和硝酸（Hno3），由于这两种酸有较强的刺激作用，就会增加肺毛细血管的通透性，导致胸闷、咳嗽、气喘甚至肺气肿等症状。光化学烟雾产生的是no2和HC。当空气中有这两种物质存在，再遇到合适的气候条件时，如强烈阳光、无风、逆温等，就会产生光化学烟雾。光化学烟雾对人的影响主要是对眼睛和呼吸道产生刺激，使红眼病患者增加，促进哮喘病人发作，并引发其它疾病。
3室内氮氧化物的监测方法
3.1气相色谱法[3]
由于氮氧化物在氢火焰离子化检测器上没有响应，不能用常规的气相色谱法，因此需要采取转化气相色谱法检测大气中的氮氧化物。该方法中氮氧化物与气相的乙醇反应，生成乙醇的亚硝酸酯，用氢火焰离子化检测器（FiD）检测。如果样品气体中有高浓度的碳氢化合物共存时，则选用电子捕获检测器（eCD），因为该检测器对亚硝酸酯的响应灵敏度很高，而对高浓度的碳氢化合物响应较低。因此，应用该方法快速、定量分析氮氧化物含量的关键是选择合适的色谱柱和检测器。
3.2盐酸萘乙二胺比色法[4]
盐酸萘乙二胺比色法通过测量一氧化氮和二氧化氮的混合物，来表示一定时间内noX的平均值，不能反映样品气中noX实时的浓度变化。该方法是一种标准的化学分析方法，也是一种国家标准分析方法。
3.3化学发光法[3]
化学发光法是利用测量化学发光强度对物质进行分析测定，可在液相、气相或固相中进行，应用该方法测量氮氧化物快速、简洁，可以同时测量no、no2、noX，既可以进行离线分析，又可以进行在线测量。是目前国家环保局和美国环保署推荐的氮氧化物定量分析方法。
3.4电化学方法[3]
电化学法测量noX是用气敏性离子选择电极作为指示电极（或称传感器），是一种电位测量方法。该方法中元件的气敏性的优良直接影响测量结果准确性，由于传感器的响应时间会随着使用逐渐变小，达到平衡的时间也会越来越长，因此，传感器一般只能使用1年~2年，属消耗性元件。
4室内氮氧化物的处理方法
当前治理noX的方法主要有选择性催化还原法、选择性非催化还原法、催化分解法、液体吸收法、微生物法、吸附法等。由于溶液吸收法极难溶于水和碱溶液，因此净化效果差；吸附法虽然能回收氮氧化物，但由于其吸附容量小，吸附剂用量大，造成设备庞大、再生频繁，一些技术还存在障碍，所以应用不广泛。下面我们介绍一些常用的方法。
4.1催化还原法
催化还原法分为选择性催化还原法（SCR）和非选择性催化还原法两类。
4.1.1选择性催化还原法（SCR）[5]
该法用nH3做还原剂，帮助noX在290℃~400℃的催化剂层中分解为n2和H2o。工业实践表明，noX的转化率为60%~90%。但随着该系统的运行时间的增加，催化剂的活性逐渐丧失，烟气中残留的氨或氨泄漏也将增加，造成污染。
4.1.2选择性非催化还原法（SnCR）[6-7]
选择性非催化还原（SnCR）是当前noX治理中广泛采用且具有前途的技术之一。SnCR通过注入nH3或尿素等还原剂在没有催化剂的情况下发生还原反应，将noX转化为n22222222，温度的控制在该方法中起着至关重要的作用。钟秦等通过实验研究发现，在800℃~1200℃下喷射尿素还原剂或几种铵盐还原剂能脱除noX，其中尿素还原剂脱noX的能力最强，碳酸氢铵还原剂次之。使用尿素安全可靠，又无nH3泄漏污染作业环境的问题[8]。在工业实践中逐渐用尿素代替作还原剂。SnCR法的除硝效率较低，而费用仅为SCR的1/5左右。
4.2微生物法
目前国内外关于微生物法处理氮氧化物的研究，主要是针对no废气的处理。可分为反硝化处理和硝化处理。反硝化是利用厌氧性微生物在厌氧条件下分解no的一种处理方法；硝化则是利用硝化细菌在有氧条件下，将氨氮氧化成硝酸盐氮，然后再通过反硝化过程将硝酸盐氮转化成n2的处理过程。他们的相同点是均通过对温度、湿度、pH等环境因素的控制，使微生物处于最佳生长状态，以提高对noX的净化率。该方法只是近10年来发展起来的，随着研究的不断深入，将会得到更全面的发展。
5结论
氮氧化物直接影响着人体的身心健康和生活质量。因此，我们应该重视室内环境的污染问题，积极地了解有关室内环境污染方面的知识，由于氮氧化物的治理还不成熟，因此，从源头上减少氮氧化物的排放，并采取一切可行的防治措施，来保证人们的健康至关重要。
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氮气在化学实验中的作用篇10
摘要：从理论和实验两方面系统地总结了两级序批式活性污泥法生物除磷脱氮工艺的优点。
关键词：两级序批式活性污泥法工艺；除磷脱氮；自动控制；pH值；氧化还原电位；溶解氧
1两级序批式活性污泥法生物除磷脱氮工艺理论上的优点
氮、磷的脱除不外乎有等四类生物反应过程。
大量研究表明，单级活性污泥除磷脱氮系统（如a2/o和SBR等系统）中氮和磷的去除为一对矛盾的关系，除磷效果好时脱氮效果不好，而脱氮效果好时除磷效果却不好。这是因为释磷、吸磷、硝化和反硝化这四类生化反应过程对微生物的组成、基质类型及环境条件的要求各不一样，使得单级活性污泥除磷脱氮系统不可避免地存在着固有的矛盾和不足。而两级序批式活性污泥法生物除磷脱氮工艺能避免这些矛盾和不足，其主要优点在于：
①解决了聚磷菌与硝化菌和反硝化菌混合生长的矛盾
在单级除磷脱氮系统中，除磷的主要微生物——聚磷菌和在脱氮过程中起重要作用的硝化菌是混合生长的。硝化菌通常属于自养专性好氧菌，其特点是繁殖速度缓慢，世代时间长，为获得良好的硝化效果，必须保证系统有较长的泥龄。而聚磷菌世代时间却较短，且磷的去除是通过排除剩余活性污泥实现的，若泥龄较长不仅导致生物处理系统产泥量减少，而且在硝化过程中，由于较长的好氧时间使污泥的活性降低，从而影响聚磷菌对磷的吸收率，造成活性污泥含磷量降低。所以为了保证良好的除磷效果，系统必须短泥龄运行，这就是一对矛盾。
在两级序批式活性污泥法生物除磷脱氮工艺中聚磷菌主要生长在除磷级，硝化菌和反硝化菌主要生长在脱氮级，这样巧妙地把聚磷菌与硝化菌和反硝化菌这两大功能微生物分别控制在两个反应器内生长，从而解决了功能微生物混合生长的矛盾。
②避免了释磷与反硝化过程中对碳源的竞争性矛盾。
生物除磷脱氮中的释磷与反硝化过程都需要消耗大量碳源。一般来说，城市污水中所含易降解有机物的含量有限，所以在单级除磷脱氮系统中的释磷与反硝化之间，必然存在着因碳源不足而引发的竞争性矛盾。
在两级序批式活性污泥法生物除磷脱氮工艺中释磷和反硝化分别控制在两个反应器内进行。除磷级的释磷过程所需碳源由原水供给，而脱氮级的反硝化过程所需碳源由外加乙醇或补充原水供给。
③解决了厌氧区的硝酸盐问题。
厌氧区硝酸盐含量的控制问题，是单级除磷脱氮系统需要解决的一个难题。在这种系统的厌氧段不可避免地存在有硝酸盐成分，特别是当污水中碳氮比（CoD/n）较低时，这一问题更为突出。根据生物除磷原理，污水中溶解性BoD含量及发酵产酸菌（主要是气单胞菌）的发酵产酸作用是决定其他聚磷菌能否正常发挥其功能的重要因素。如果厌氧区存在硝酸盐成分，一方面会被在除磷过程中担负发酵产酸作用的气单胞菌利用作为电子受体进行反硝化，抑制其对溶解性有机物的发酵产酸作用；另一方面，反硝化菌会与聚磷菌竞争污水中有限的溶解性有机物（特别是VFas）并优先于聚磷菌以这些有机物为电子供体进行反硝化。结果使聚磷菌无法得到足够VFas，从而抑制了聚磷菌的释磷及厌氧产物pHB(聚-羟基丁酸盐)的合成能力，使得聚磷菌在后续的好氧条件下缺乏过量摄磷和自身增殖所需要的碳源和能量，使系统除磷效果下降，甚至遭到破坏。有资料认为，为保证厌氧区的高效释磷，一般应将no3-n浓度控制在0.2mg/L以下。
在两级序批式活性污泥法生物除磷脱氮工艺中，除磷级在前，而此时进水中氮以氨氮形式存在，除磷级主要是泥龄短的聚磷菌，泥龄长的硝化菌很难存活，这样聚磷菌就能够充分发挥其厌氧释磷和好氧吸磷功能，从而解决了单级除磷脱氮系统厌氧区硝酸盐问题。
④解决了有机物浓度与硝化作用的矛盾。
污水中可生物降解含碳有机物与氮之比（BoD5/tKn）是影响生物硝化速率的主要因素。硝化菌是自养专性好氧菌，在好氧条件下，其增长速率与异养菌相比较要低得多。在硝化阶段，若含碳有机物的浓度过高，会使生长速率较高的异养菌迅速繁衍，从而使生长缓慢的硝化菌得不到优势生长，结果降低了硝化速率。另外，有机物对硝化菌的毒害和抑制作用，使得本来生产率就很低的硝化菌处于不利的生存环境。所以在硝化阶段，含碳有机物的浓度不能过高。一般资料认为，BoD5应控制在20mg/L以下，且BoD负荷应控制在0.06~0.1kgBoD5/kgmLSS·d的水平。
在两级序批式活性污泥法生物除磷脱氮工艺中，在前的除磷级的运行过程是先厌氧释磷后好氧吸磷，而此时进水中大量有机物正好做为释磷所需的碳源，等除磷级出水进入到脱氮级时系统中有机物浓度就很低了，这恰好是硝化菌所需的良好环境。
⑤降低了除磷和脱氮过程中的能量消耗。
在单级除磷脱氮系统中，当进水的CoD/n值较高时，为使含碳有机物氧化分解至较低的浓度而保证硝化作用的进行，必须保证处理系统有较长的曝气时间和泥龄，这不仅对除磷不利，且运行费用也相对较高，不经济。
在两级序批式活性污泥法生物除磷脱氮工艺中，不存在硝化阶段CoD/n值较高问题，故该工艺可以降低能耗。
以上分析了单级除磷脱氮系统的一系列矛盾关系，阐明了两级序批式活性污泥法生物除磷脱氮工艺优点。基于此提出了两级序批式活性污泥法生物除磷脱氮工艺，并进行了实验研究。
2实验装置及流程简介
2.1实验装置及控制
反应器大小为直径200mm，高600mm，有效容积12L有机玻璃柱。实验装置是由两套大小完全相同的反应器组成，分别用做除磷序批式活性污泥法级（简称除磷级）、脱氮序批式活性污泥法级（简称脱氮级）。以上每套装置见示意图1。除磷级和脱氮级串联使用，即原污水除磷级脱氮级，详见实验流程示意图2。另外还有单泥除磷脱氮序批式活性污泥法级，它单独运行，作为上述两级序批式活性污泥法生物除磷脱氮工艺对比工艺。
装置均采用鼓风曝气，用转子流量计控制曝气量。系统采用电热丝加热，并利用温控仪系统进行恒温控制。oRp、pH和Do均在线控制，根据oRp、pH和Do的变化控制各反应器的反应时间和采样。根据SBR工艺特点，每一种实验条件必须运行若干周期以上才进行采样测试。
2．2实验流程
①两级序批式活性污泥法生物除磷脱氮工艺流程是由除磷级和脱氮级组成，它们串联使用，除磷级在前，脱氮级在后，除磷级的除磷的出水将进入和脱氮级进行脱氮处理，其流程见示意图2。除磷级和脱氮级周期运行时间均为8小时。
②单泥除磷脱氮序批式反应器单独运行，用作“两级序批式活性污泥法生物除磷脱氮工艺”对比工艺，周期运行时间均为16小时。
2．3原水配制
3在实验过程中，两级序批式活性污泥法生物除磷脱氮工艺体现出下列优势
①工艺对磷和氮的脱除是可行的和可靠的。
实验表明，两级序批式活性污泥法除磷脱氮工艺系统对磷和氮的去除是可行的，也是可靠的。该系统具有很高的处理效率：CoD去除率为90.9～96.2%，出水CoD均小于25mg/L；除磷率为97～99.2%，出水总磷浓度为0.1mg/L左右；脱氮率为98.5～99.9%，出水总氮浓度为0.4mg/L左右。
除磷脱氮效果好的根本原因在于把聚磷菌与硝化菌和反硝化菌这两大功能微生物分别控制在两个反应器内优势生长，各自发挥最佳功能所至。
同时进行的单泥除磷脱氮反应器处理结果为：除磷效果好，达90%以上；而经8h曝气，总氮去除率仅为62%左右，出水中仍然有30mg/L左右的氨氮没有被硝化。
②两级序批式活性污泥法生物除磷脱氮工艺除磷脱氮的历时短。
该工艺每周期除磷历时和脱氮历时均为8小时，这均比一般的同时除磷脱氮SBR系统要快［10］。
同时进行的单泥除磷脱氮序批式反应器除磷和脱氮历时为16小时。
③两级序批式活性污泥法生物除磷脱氮工艺系统运行稳定，抗冲击能力强。
除磷级和脱级氮各自级功能微生物分别在各自反应器中优势生长，互不干扰，系统稳定，能避免冲击负荷，尤其是有机物对硝化菌的冲击。
④两级序批式活性污泥法生物除磷脱氮系统的除磷级和脱氮级均可通过oRp、pH和Do的阶段性变化规律，实现自动控制。
通过检测oRp、pH和Do的阶段性变化规律，利用现代自动控制技术，可以分别对除磷级和脱氮级反应进行实时控制。尤其是脱氮级，该级又应以pH为优先控制信号，以Do和oRp作为辅助控制信号。
⑤两级序批式活性污泥法除磷脱氮工艺的除磷级对磷的去除不必达到一级排放标准，从而可缩短除磷历时。
除磷级出水磷浓度不必达到一级排放标准，而只须达到小于1.5mg/L即可。这样，一方面可以大大减少除磷级的反应时间；另一方面除磷级的出水进入脱氮级后，磷素将会被稀释作用和生物同化作用等过程而降低其浓度，从而达到排放标准。
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