氮元素在元素周期表中的位置：第二周期第ⅤA族。
氮原子的結構：最外層5個電子，不容易失電子，可得到3個電子成為穩定結構。
氮原子的結構
預測氮元素的性質：氮原子一般通過形成共用電子對（即形成共價鍵），與其它原子相互結合構成物質。
氮元素的存在：
游離態的氮元素，以氮氣分子的形式存在于空氣中，約占空氣體積的78%。
化合態的氮元素存在動植物體內的蛋白質中，土壤、海洋里的硝酸鹽和銨鹽中，如硝酸鉀、硫酸銨等。
氮元素是構成蛋白質的必須元素，是自然界各種生物生命活動不可缺少的重要元素，農業生產中必須大量使用氮肥。
自然界中氮元素的循環
一、氮氣與氮的固定
氮氣是一種無色無味的氣體，不溶于水，是空氣的主要成分。
根據氮原子核外電子排布和氮氣分子的結構，推測氮氣的性質。氮氣分子的電子式和結構式：
氮分子內兩個氮原子各拿3個電子形成三鍵，斷開該化學鍵需要較多的能量，所以氮氣的化學性質很穩定，通常很難與其他物質發生化學反應。也不能被生物體直接吸收，在工業上用途保護氣。
在高溫、放電等條件下，氮氣得到了足夠的能量，N≡N斷裂，就能與一些金屬或非金屬發生化合反應，如鎂、氫氣、氧氣等物質。
分析上述反應中化合價的升降，氮氣與金屬反應時作氧化劑，表現出氧化性，與氧氣反應時作還原劑，表現出還原性。
上面的化學反應都能將空氣中游離態的氮元素轉化為含氮的化合物，這種過程叫氮的固定。
大氣中發生雷電時，釋放出巨大的能量，可將氮氣與氧氣化合成一氧化氮，是自然固氮的一種。
豆科植物的根瘤菌將氮氣直接轉化成氨（NH3），這是生物固氮，也是自然固氮的一種。
自然固氮要么難以直接利用，要么難以滿足工農業生產的需要。人類通過控制反應條件，將氮氣氧化或還原成氮的化合物，實現人工固氮。
最重要的人工固氮是工業合成氨，其原理是用氫氣將氮氣合成氨，但由于氮氣的化學性質很不活潑，這個反應要工業化是一個難題。1909年德國化學家哈伯在500-600℃、17.5Mpa-20.0Mpa和鋨作催化劑的條件下，反應后氨的含量可超過6%。之后，德國工程師博施將其轉化為工業生產，合成氨工業化生產得以實現。
合成氨工業化的重要意義：為農作物的生長提供了必須的氮元素，氮肥如尿素、硫酸銨、氯化銨等；為其它化學工業提供了重要的原料，如炸藥、農藥、染料等。
二、一氧化氮和二氧化氮
氮元素的化合價除了-3、0價外，還有 1、 2、 3、 4、 5價等，它們均存在對應的氧化物，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），其中比較重要的是一氧化氮、二氧化氮。
NO和NO2的物理性質：
|
氧化物 | 一氧化氮 | 二氧化氮 |
顏色 | 無色 | 紅棕色 |
狀態 | 氣體 | 氣體 |
氣味 | 刺激性氣味 | |
毒性 | 有毒 | 有毒 |
溶解性 | 不溶于水 | 易溶于水 |
NO和NO2的化學性質：
NO在通常情況下就很容易被氧氣氧化，生成NO2，氣體由無色變紅棕色，常用于NO的檢驗。
2NO＋O2 = 2NO2
NO2溶于于水會發生自身的氧化還原反應，生成硝酸和一氧化氮。
3NO2＋H2O = 2HNO3＋NO
思考：
實驗室中怎樣收集一氧化氮、二氧化氮氣體。
一氧化氮一般用排水法收集，不能用排空氣法收集；二氧化氮不能用排水法收集，一般用瓶口向上的排空氣法收集。
實驗：一氧化氮、二氧化氮、氧氣和水之間的反應
操作：在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5 mL水，用乳膠管和彈簧夾封住管口，振蕩注射器。打開彈簧夾，快速吸入10 mL空氣后夾上彈簧夾，觀察現象，振蕩注射器，再觀察現象。
現象：吸入一氧化氮和水后，無明顯現象；再吸入空氣后，無色氣體變為紅棕色；再振蕩，紅棕色氣體逐漸變為無色，氣體體積縮小。
結論：
NO不溶于水，也不與水反應，但能與氧氣反應生成紅棕色的NO2。
NO2能與水反應生成無色的NO，體積減小。
思考：
如果要將注射器中的NO充分轉化為硝酸，可以采取什么措施？上述實驗對工業上生產硝酸有什么啟示？
可以繼續通入過量的空氣將一氧化氮氧化，二氧化氮再溶于水，兩個反應不斷循環，理論上氮的氧化物可以全部轉化成硝酸。
4NO2＋O2＋2H2O = 4HNO3
4NO＋3O2＋2H2O = 4HNO3
在工業上生產硝酸的過程中，只要提供充足的氧氣，可以使NO或NO2完全吸收，全部轉化為硝酸。
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云水散人
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