氮气在化学实验中的作用精选(九篇)

第1篇：氮气在化学实验中的作用范文

两份氮气引发的好奇

19世纪末的一天，在英国剑桥大学卡文迪许实验室里，年轻的物理学家瑞利正在测量氮气的密度。为了提高实验的精准度，他制取了两份氮气：一份是从空气中得到，另一份由分解氨而制得。很快，结果出来了，它显示空气中的氮的密度居然比分解而得的纯氮大0.0067。

两份都是氮气，按道理密度应一样，可怎么一个大、一个小呢？瑞利首先想到是自己的实验步骤出了差错，把实验重复了一遍又一遍，没想到结果还是和第一次一样。

“难道这两份氮气存在差异？”瑞利那根好奇的神经紧绷起来。

最初，瑞利猜测是由于大气中所得的氮气里面可能还含有少量的氧气，但是这个猜测很快被排除，因为氧气和氮气的密度相差不大，必须含有大量的氧，才有可能出现这种差异，而这是不可能的。

紧接着，瑞利又猜会不会是从氨分解而得的氮气中混进少量氢气，导致其密度小呢？于是他又改用一氧化氮、尿素等其他含氮物质进行试验。奇怪的是，用这些物质制取的氮气的密度也比从空气中制取的氮气的密度小那么一丁点儿。

为了弄清楚其中的缘由，瑞利花了两年的时间和精力，反复测定氮气的密度。渐渐地，他悟出了凡是从化合物里分解出来的氮气，密度总比从空气中分离出来的氮气要小那么一点儿。

这究竟是什么原因呢？瑞利深感困惑，将这一实验结果发表在英国的《自然》周刊上，寻求读者的解答。

一丝不苟的瑞利发现“隐士”

一个偶然的机会，瑞利遇到了苏格兰化学家拉姆塞。拉姆塞也对这两份重量不同的氮气很感兴趣，提出了和瑞利共同研究的建议。

不过，拉姆塞的想法更大胆，他认为两份氮气的密度之所以不同，很可能是从空气中得到的那份氮气里还含有一种未知成分。

拉姆塞的话让瑞利立即联想起著名的英国科学家卡文迪许很早以前指出过的空气中的氮并不是单一的，而是两种物质的混合物。不过，卡文迪许只是根据不完善的实验进行推测，根本没有对此深究，所以，瑞利决心与拉姆塞共同合作，携手揭开这个谜。

假如来自空气的氮比化学氮重是由于空气中还存在一种未知成分，那么，下一步就应通过吸收氮来分离这种成分。

要用什么方法才能把隐藏在空气中的氮气里的神秘物质找出来呢？瑞利冥思苦想，终于想到当年卡文迪许利用电火花使氮气与氧气化合并用碱吸收酸类化合物，从而验证了大气的主要成分和硝石中的氮是同一种东西。那么，有没有可能用同样的实验原理找出空气中的氮气里夹杂着另一种物质呢？

为此，瑞利用他比卡文迪许先进得多的仪器，重复了当年卡文迪许的实验。遗憾的是，这次试验只发现极其微小甚至不可视的气泡。

正如开始的那千分位上的误差一样，瑞利并没有放过那些微小的气泡，坚信这一定是一种新的气体，而且是一种含量极其微小且不容易发觉的气体。

怎么证明那极其微小的气泡就是新的气体？经过一番苦苦的思索，他们想到了用光谱来证明。他们将这种气体充入放电管中，结果发现了原来未曾见过的红色和绿色等各种光谱。经光谱学家的分析，剩余气体的谱线多达200余条，这说明的确有一种新气体存在。

那么，这种气体是什么，为什么如此隐秘？成果面前，瑞利并没有满足，而是一丝不苟地和拉姆塞进一步研究这种新气体的性质。

通过实验，瑞利和拉姆塞发现这种新的气体极其“懒惰”，跟谁都不肯沾边。就连化学性质十分活泼的氯气，对它也无可奈何。根据新气体的“性格”特点，他们把它命名为氩（希腊文的原意是“不活泼”的意思）。

第2篇：氮气在化学实验中的作用范文

一、“氨铵盐”的核心内容及其教学价值

从物质分类的角度看,溶于水,溶液呈碱性,是学生在中学阶段接触到的唯一一种碱性气体,由此推测氨气可以与酸反应,转化为铵态氮;从价态的角度看,N处于最低价(-3价),具有还原性,可以被氧化,转化为硝态氮,而且氮元素是学生在中学阶段接触到的变价最为丰富、最为复杂的元素。通过氨气性质的探讨,有助于学生建立从物质的所属类别和核心元素化合价这两个角度学习某一具体物质性质的思路和方法。

氨是非金属氢化物的重要代表(新课程中唯一一种系统研究的氢化物)。通过本节学习,有助于学生初步形成氢化物—单质—氧化物—含氧酸—含氧酸盐的非金属的知识体系。同时,上一单元中学生对于钠、铝、铁的学习为本节课的学习奠定了知识和方法基础。特别是本单元对于硫的化合物的学习,学生进一步理解了元素观的一些基本观点。通过本节课的教学有助于学生深刻理解:无论金属元素还是非金属元素,都存在着自身的系列变化,即由同种元素组成的不同物质间可以相互转化。而变化系列中都有两条线:一条是氧化还原线;另一条是非氧化还原线,即常说的离子反应线。最终将学生的认识转化为氮元素的单质及其化合物转化的二维关系图。转化关系图,既可以预测其他含氮物质的性质,也能寻找相应的反应路径。比如,寻找实验室制备氨气的途径,在选修1第四章寻找含氮()废水的净化路径等等。

二、学生学习“氨铵盐”的基础与困难分析

关于“氨”,学生现有的知识水平是:在初中对于铵态氮肥已有初步的认识,前面又学习了氮和硫的氧化物的知识,知道了由的转化路线,初步形成了研究非金属及其化合物的一般步骤和方法。但是学生对于从物质类别和化合价变化两个角度认识物质的性质还有很大欠缺,而这既是元素观的基本内涵,也是学生应该掌握的重要方法。通过本节课的学习,学生应该在这方面得到长足的发展。

通过前三个单元的学习,学生有了一定的实验技能和分析、观察能力,但在对比学习和实验设计方面缺乏训练。而且对刚升入高中不久的学生来说,大部分学生的抽象思维比较弱,不太会灵活运用所学知识,学习方法上往往更多地习惯死记硬背,不习惯对知识的理解记忆和独立思考,在动手探究能力方面则更为欠缺。因此,教师应该让学生通过观察、讨论、实验探究等方式理解和掌握氨和铵盐的性质,通过建构和应用“含氮物质间转化的二维关系图”发展对物质间转化的认识。

三、基于实验支持的“氨 铵盐”教学活动设计

1.整体教学结构

氮及其化合物是高中化学教学的重要内容,是学生在中学阶段所学习的元素化合物知识的重要组成部分。为了整体把握氮元素家族不同物质间的转化,将必修模块和选修模块做了重新布局和组合,力求学生对元素观的理解呈现螺旋上升的趋势。简单分解如下。

必修1:将第四章3、4两节内容重组,把含硫元素的物质和含氮元素的物质分别集中,突出“元素中心”,通过物质间的转化研究物质的性质、制法等。即将硫、二氧化硫、三氧化硫、硫酸、硫酸盐作为一个整体,将氨(铵盐)、一氧化氮、二氧化氮、硝酸、硝酸盐作为一个整体。对于含氮化合物的学习,借鉴鲁科版教材思路,与人教版教材整合,分三课时完成教学内容。即将氮气、一氧化氮、二氧化氮作为第一课时,氨气和铵盐作为第二课时,硝酸和硝酸盐作为第三课时。第一课时熟悉几种常见的含氮物质,了解自然界中由氮气转变为硝酸盐的过程;第二课时构建含氮物质间转化的二维关系图;第三课时直接运用转化关系预测并验证硝酸的性质。

选修1:以含氮污水的处理为素材,进一步从离子反应和氧化还原角度,深入探究含氮物质间的转化,由必修阶段对含同种元素物质间转化的研究,过渡到按照预定的方向和目标改造物质。

高三总复习阶段:运用化学反应原理分析氮元素化合物间转化的条件,进一步体现化学的应用价值和社会价值。

通过本节内容的学习进一步巩固和深化了氧化还原反应、离子反应理论。更为重要的是,本节课通过从物质转化的角度,利用二维关系图预测性质,寻找反应路径,有助于学生从以物质为中心、记忆单个物质的性质转变为以元素为中心、从宏观上整体把握常见含氮物质间的转化,为学生学习元素化合物提供了工具和方法。本节课的整体教学结构如图1。

2.关键教学环节

观念和方法的形成不可能在一节课内完成,因此本教学设计将课前、课中、课后有机结合,使学生思维循序渐进,呈现螺旋上升的趋势。学生通过课前预习,将前一节课学习过的含氮物质初步画在二维关系图上(以物质类别为横坐标,以氮元素主要化合价为纵坐标)。课上通过实验完善二维关系图,并应用二维图寻找实验室制氨的途径。课后进一步应用二维关系图预测硝酸的性质。本教学设计中的主干知识采用实验建构,用图示加深理解,用化学方程式进行强化。以下三个关键教学环节的设计和实施体现了上述教学构想。

(1)预习交流,推测性质的教学活动设计

[活动2]组织小组讨论:请你依据二维关系图,预测氨的化学性质,并说明预测依据。从学生的讨论结果看,多数学生能从氨中氮元素的化合价预测出氨能被氧化,具有还原性。而对于氨与酸反应的预测更多的是借助于氨水显碱性的经验,而不是由氨的所属类别推测出的。通过活动发现,学生对于氢化物比较陌生,缺乏系统性认识。

(2)实验探究,建构转化关系的教学活动设计

[实验1]教师演示,氨气溶于水的喷泉实验(见图2)。

[问题]在喷泉实验中观察到什么现象?分析原因。实验中体现了氨的哪些性质?

[设计意图]氨的主干知识是水溶液呈碱性。此实验设计有两个功能:功能之一是丰富学生对于气体溶于水的实验方法设计。通过氯气、二氧化硫、二氧化氮的学习,学生已经知道了几种验证气体在水中溶解性的实验方法。本实验则更加直观,使学生印象深刻。功能之二是由喷泉的颜色引出氨水的碱性,自然过渡到氨的化学性质,建立起氨与氨水的联系。

[实验2]实验视频,“变色蝴蝶”实验(见图3)。

[问题]“变色蝴蝶”实验中观察到什么现象?如何解释这一现象?

[设计意图]通过纸蝴蝶由白变红,加热后又由红变白的现象分析,形成对可逆反应的深层认识。与实验1结合,突出了氨的水溶液呈碱性这一主干知识,形成对氨气与氨水之间实现相互转化的完整认识。

[实验3]学生分组实验,氨气与氯化氢的反应(见图4)。

在培养皿一侧滴入1滴浓盐酸,另一侧滴入1滴浓氨水(二者不要接触),立即盖上表面皿并不再打开,观察现象。再把整套装置颠倒过来,观察培养皿底部生成物的颜色和状态。

[问题]氨气以氮肥的身份进入人们的视野。通过学习你认为氨气和氨水适合做氮肥吗?为什么?有没有什么方法 可以解决这个问题?

[设计意图]植物是通过根部吸收氮肥,而氨气难于作用于植物根部,氨气转变为氨水之后,虽然能够被植物吸收,但是由于氨水不稳定,会造成肥分损失,也不适合作氮肥。气态的(氨气)不行,液态的(氨水)不好,学生的思维自然想到要转变为固态的铵盐。但是由氨气直接转变为铵盐,还是先转变为氨水,再转变为铵盐,学生的想法是模糊的,更多的学生更倾向于后者。此实验设计正可以解决上述疑问,同时从另一角度补充了学生对于氢化物的认识。根据物质的所属类别和化合价,按照实际需要和预设方向改造物质,并通过实验探究提供实证,既是学习元素化合物的方法和思路,更是学习元素化合物的意义。

[实验4]学生分组实验,与浓NaOH溶液的反应(见图5)。

[问题1]参照的产品使用注意事项,推测铵盐可能具有哪些性质?:请记住我站域名

[问题2]观察两瓶不同存放方式的碳酸氢铵,找出不正确存放的那一瓶。你是依据什么找出来的?

[问题3]打开盛有碳酸氢铵的广口瓶,闻气味,试写反应方程式。

[问题4]依据二维关系图推测铵盐与碱反应可能的生成物是什么?

[设计意图]通过实验探究逐步建构含氮物质之间的可能转化关系,形成对氨、氨水、铵盐之间转化的完整认识。同时有助于学生从辩证的角度理解物质间的转化。从氨、氨水到铵盐的转化通过与酸反应实现,反过来由铵盐到氨或氨水的转化就要通过与碱反应实现。这样就为研究物质的性质和物质间的转化提供了工具和方法上的支持。

(3)总结应用教学活动设计

[问题2]如何认识和使用二维关系图?

[问题3]请你利用二维关系图寻找适合于实验室制的反应路线。

[设计意图]二维关系图是学习元素化合物的工具和方法,应用二维关系图可解答性质预测及物质制备等比较复杂的物质转化问题。指导学生从宏观上,立足于元素的角度认识物质,把握物质间的转化,再具体到从类别和价态角度综合分析性质,寻找制备物质的可行途径,按照预定的方向和目标改造物质等。

第3篇：氮气在化学实验中的作用范文

一、举足轻重的实验教学

根据化学知识的学习内容和学习任务，化学实验教学既可以以新授课的形式出现，也可以在复习课或者练习课中出现，因此不作为独立的课型去研究.

根据化学知识在学习内容、学习方法和认知心理上的不同特征，化学的新授课可以从事实学习、规则学习和技能学习三个角度去研究.这形成了化学新授课课型中的三种“亚课型”，即：事实学习——主要是元素化合物知识的学习；规则学习——主要是化学概念和化学理论知识的学习；技能学习——化学计算、化学用语以及化学实验等知识与技能的学习.

新授课中的实验课也可以独立成为一种课型，但大量实验知识的学习，主要是渗透于各种课型中.另外，由于化学实验在学科素质教育中不可替代的作用，“实验—探究”已成为化学教学模式中具有时代感和生命力的一种教学模式，因此，“实验—探究”模式将单独研究.

例如，利用过氧化氢溶液制取氧气.

步骤1：在常温下，把带火星的木条伸入盛有过氧化氢溶液的试管中，观察木条是否复燃.现象：木条不能复燃.结论：常温下放出氧气少.

步骤2：向上述试管中加入少量二氧化锰，把带火星的木条伸入试管.观察发生的现象.现象：木条复燃.结论：在常温下过氧化氢溶液遇到二氧化锰时迅速产生氧气.

步骤3：反应停止后，重新加入过氧化氢溶液，把带火星的木条伸入试管.观察发生的现象.现象：木条复燃.结论：二氧化锰仍然起作用.

二、小小化学实验，激发学生的学习热情

探究性实验作为学生的一种积极主动的认识建构手段，正是利用学生在探究性实验过程中与已有的知识经验不断发生的认知冲突，从而激发学生对问题的探究兴趣.探究性实验既要与已有的知识经验有一定联系，同时又要具有一定的难度.

例如，有机化合物与无机化合物的区别.

实验：研究有机物的一些特点.

实验1.分别取少量的蔗糖、面粉、淀粉、塑料样品，在酒精灯上加热熔化.实验现象分别为：燃烧，颜色变焦；燃烧，颜色变焦；燃烧，颜色变焦；先熔化，发生形变，燃烧起来，颜色变焦.结论：组成成分中都含有碳元素；大多数有机物均易燃；大多数有机物的熔点低.

实验2.分别取少量上述样品放入试管，加入一定量的水.实验现象分别为：溶解；不溶解；不溶解；不溶解.结论：大多数有机物难溶于水.

实验3.将上述样品接入一个闭合电路中，观察灯泡.实验现象分别为：电珠不亮；电珠不亮；电珠不亮；电珠不亮.结论：大多数有机物不能导电.

在实验中，学生亲手实验，动手操作，并通过自己的感官真实体验课本的传统理论知识.通过实验操作，学生克服了诸如学习时易于产生兴趣，却难于保持注意力；易于理解，却难于记忆与运用知识的疑难问题.

三、化学探究式实验教学对学生的影响

在化学探究式实验教学中，可在如下方面培养学生的学习能力.（1）如何观察实验现象，如何记录数据，做完实验后如何解释实验现象……（2）根据学生的实际情况，并配合教学内容，改进和开发家庭小实验，增强实验的趣味性、探究性.（3）对于家里没有的实验仪器，可以引导学生寻找一些替代品，如以青霉素瓶作广口瓶、以眼药水瓶作滴管、以冰激凌的塑料小勺作药匙、以饮料吸管作气体导管等，从家庭小实验起步开展化学实验.

例如，探究氮氧化物污染对健康的影响.

污染来源：大气中的二氧化氮主要是土壤中的微生物分解含氮化合物产生的.大气中的氮在高温下能氧化成一氧化氮，进而转化为二氧化氮.火山爆发和森林失火等都会产生氮氧化物.人为的污染是各种燃料燃烧以及硝酸、氮肥、炸药和染料等生产过程中所产生的含氮氧化物废气造成的，其中以燃料燃烧排出废气造成的污染最为严重.在一般情况下，污染物以二氧化氮为主时，对肺的损害比较明显；污染物以一氧化氮为主时，对中枢神经损害比较明显.

第4篇：氮气在化学实验中的作用范文

[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

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

l·L-1)()。

(A)0.045(B)0.036(C)0.026(D)0.018

答案：B。

7.1898年，曾有人发明了固氮的一种方法，该法以石灰石、焦炭、空气为原料。第一步反应是石灰石分解;第二步是使第一步反应产物和焦炭反应，在电炉中的高温下制得第三步反应起始物;第三步反应中另一反应物是空气，该反应也是在电炉中完成的，生成一种固体;第四步是使该固体和水蒸气反应制得氨气。又知该固体中有与N3-互为等电子体的离子。

(1)试写出四步反应的化学方程式;

(2)试简评该固氮方法。

答案：(1)CaCO3CaO+CO2;CaO+3CCaC2+CO;CaC2+N2CaCN2+C;CaCN2+3H2O(g)=CaCO3+2NH3。

(2)这种方法，需要消耗大量电能，原料众多，设备重，生产成本高。

8.有A、B、C、D四种气体，能发生下列变化

A+DE+H2O，E+O2D，

C+DB+F，B+O2C。

且已知其中：C为红棕色，D能使石灰水变浑浊，E常温下是固体，F是一种酸酐。

(1)写出四种气体的化学式：A_________、B_________、C_________、D_________。

(2)写出C+DB+F所表示的反应方程式_____________________________。

(3)写出D使石灰水变浑浊的反应方程式_______________________________。

答案：

(1)H2S、NO、NO2、SO2。

第5篇：氮气在化学实验中的作用范文

关键词：硝酸盐氮；总氮；紫外在线消解；气相分子吸收光谱仪

总氮含量作为衡量水质的重要指标之一[1]，主要以有机氮（蛋白质、氨基酸和有机胺）和无机氮（NO3-、NO2-和NH4+）的形式存在，精准测定其含量是水环境监测的基础，并有助于评价水体污染与防治状况[2]。硝酸盐氮遇到还原性物质可转化为致癌物质——亚硝酸盐，若水中硝酸盐氮含量过高，人体长期食用可使人体血液中变形血红蛋白增加，从而影响身体健康[3]。因此，随着科技的进步，仪器设备得到快速发展，总氮和硝酸盐氮的测定方法在向在线自动化、高灵敏度、绿色环保的方向发展，精准测定水中的总氮和硝酸盐氮是今后水质监测发展的关重要目标。紫外分光光度法是水中总氮和硝酸盐氮的传统测定方法，其所需仪器设备较为简单，但样品前处理烦琐，并容易受外界环境因素的影响，会导致测定时空白值偏高，测定结果偏低，且不能满足样品的大批量测试要求。气相分子吸收光谱法是近年来发展迅速的测定方法，其操作简单，样品不需前处理，并可在线消解自动进样，适合大批量样品，且抗干扰性强，现已实现消解测定一体化[4]。因此，该研究采用气相分子吸收光谱仪对水中硝酸盐氮和总氮浓度进行测定，建立紫外在线消解-气相分子吸收光谱法测定水中硝酸盐氮和总氮的方法[5]。

1材料和方法

1.1材料

（1）仪器。AJ-3700气相分子吸收光谱仪，配有AJ-200型消解器及AS-510/900型自动进样器，带自动稀释功能（上海安杰环保科技股份有限公司）。（2）主要试剂。硝酸盐氮标准物质GSB04-2837-2011（a）；总氮标准物质GSB04-2837-2011（b），购于国家有色金属及电子材料分析测试中心，标物浓度均为1000μg/mL；硝酸盐氮标准样品GSB07-3166-2014（批号：200839）；总氮标准样品GSB07-3168-2014（批号：203246），购于国家环境保护总局标准样品研究所；实验用水为新制备的电导率为≤0.7μS/cm的去离子水；总氮和硝酸盐氮载流液所用试剂为盐酸（优级纯）、三氯化钛和无水乙醇（分析纯）；总氮消解液所用试剂为过硫酸钾（优级纯）、氢氧化钠和四硼酸钠（分析纯）；专用清洗液所用试剂为3%双氧水和氢氧化钠（分析纯）；所用载气为空气。

1.2方法原理

（1）硝酸盐氮方法原理。样品中加入稀盐酸及三氯化钛溶液，于70℃±2℃使硝酸盐氮瞬间还原成NO气体，在214.4nm处测定气体吸光度值（2）总氮方法原理。样品经过紫外光催化消解后，转化为硝酸盐，以硝酸盐氮的形式采用气相分子吸收光谱法进行总氮的测定。

2实验操作部分

（1）硝酸盐氮和总氮载流液配置：450mL盐酸（3mol/L）+450mL三氯化钛+100mL无水乙醇，充分摇匀/超声，静置2h以上后使用，在低温密封遮光中可保存15d，其中，载流液中加入无水乙醇，其目的是作为催化剂使用。在酸性介质中，使硝酸盐氮与三氯化钛反应瞬间分解成NO气体，用空气作为载气将NO气体载入气相分子吸收光谱仪中测定其含量。（2）总氮消解液配置：2.50g氢氧化钠溶于聚乙烯塑料烧杯中，称取15.00g过硫酸钾溶于少量水中，称取5.00g四硼酸钠溶解于水中，混合上述溶液，定容至500mL容量瓶中，在低温密封遮光中可保存7d。（3）管路清洗液：3%双氧水500mL+40%氢氧化钠25mL，充分摇匀/超声即可使用，在低温密封遮光中可保存7d。（4）硝酸盐氮和总氮标准曲线的绘制：分别取硝酸盐氮标准物质和总氮标准物质（质量浓度均为1000μg/mL）2.00mL，用去离子水稀释至500mL，准确配制成4.00mg/L的硝酸盐氮标准溶液和总氮标准溶液，分别设置仪器程序将标准溶液自动稀释为0mg/L、0.20mg/L、0.40mg/L、1.00mg/L、2.00mg/L和4.00mg/L的硝酸盐氮和总氮标准系列，测定其吸光度，仪器自动拟合计算出吸光度-浓度的标准曲线。（5）样品的测定：测定条件与标准曲线的测定一致，测定水样前，应先测定空白样，进行空白校正。样品测定完成后，点击关机清洗，用配置的管路清洗液彻底清洗仪器，保证仪器内部的管路清洁。

3结果与讨论

3.1标准曲线

按标准曲线配置方法分别测定总氮和硝酸盐氮标准系列，得出回归方程和相关系数，结果如表1所示。

3.2检出限

根据《水质硝酸盐氮的测定气相分子吸收光谱法》（HJ/T198—2005），硝酸盐氮方法的检出限为0.006mg/L，因此对浓度为0.012～0.030mg/L的样品进行n（n≥7）次平行测定；根据《水质总氮的测定气相分子吸收光谱法》（HJ/T199—2005），总氮方法的检出限为0.050mg/L，因此对浓度为0.100～0.250mg/L的样品进行n（n≥7）次平行测定[6]。此次实验配置的硝酸盐氮标准溶液浓度为0.030mg/L，总氮标准溶液浓度为0.200mg/L，分别进行n（n≥7）次平行测定，检出限计算结果如表2所示。由表2数据可知，硝酸盐氮的检出限为0.001mg/L，总氮的检出限为0.020mg/L，均满足标准要求。3.3精密度试验分别配制浓度为0.200mg/L、0.500mg/L、1.00mg/L的硝酸盐氮和总氮标准溶液，连续进样6次，计算其相对标准偏差，结果如表3所示。由表3可知，采用低（0.200mg/L）、中（0.500mg/L）、高（1.00mg/L）3种不同含量水平的样品平行测定6次，硝酸盐氮质量浓度分别为0.192mg/L、0.498mg/L、0.982mg/L；相对标准偏差分别为1.61%、0.30%、0.83%；总氮质量浓度分别为0.197mg/L、0.498mg/L、1.03mg/L；相对标准偏差分别为2.03%、1.41%、1.94%。说明该方法具有较好的精密度，能保证监测数据的可靠性，符合水环境监测规范的要求。3.4准确度试验硝酸盐氮标准样品（批号：200839）浓度区间为（2.94±0.11）mg/L，测定平均结果值为3.00mg/L，相对误差为2.00%；总氮标准样品（批号：203246）浓度区间为（2.02±0.15）mg/L，测定平均结果值为1.92mg/L，相对误差为-4.95%，硝酸盐氮标准样品和总氮标准样品的测定结果均符合标准样品标准值范围。结果如表4所示。3.5方法比对对标准样品和实际试样采用现在比较常用的紫外分光光度法[7]与本法进行对比试验，结果如表5所示。由表5可知，该方法与常用的紫外分光光度法比较，结果无明显差异。总氮采用传统的碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定时，分析一个样品至少要1h，还需对样品浓度进行预判，复测概率高；采用在线消解-气相分子吸收光谱法测定，分析一个样品只需5min，并能对高浓度样品进行在线稀释，所需时间短，具有较高的准确度和精密度。硝酸盐氮采用传统的紫外分光法测定时，前处理烦琐，易受外界环境因素影响，且不能满足样品的大批量测试要求；采用气相分子吸收光谱法测定，能快速对水样中的硝酸盐氮作出准确分析与评价[8]。由此可见，采用在线消解-气相分子吸收光谱法测定水中总氮和硝酸盐氮更方便、更快捷、更精准。

4结论

（1）采用AJ-3700气相分子吸收光谱仪对水中硝酸盐氮和总氮含量进行研究，该方法的硝酸盐氮检出限为0.001mg/L，总氮检出限为0.020mg/L；在0～4.00mg/L线性范围，硝酸盐氮和总氮曲线线性良好，相关系数均为0.9999；采用中、低、高3种不同水平的硝酸盐氮和总氮标准溶液平行测定6次，其精密度较好，符合水环境监测规范的要求；在准确度试验中，硝酸盐氮和总氮标准样品的测定结果均符合标准样品的标准值范围。由此可见，该方法满足硝酸盐氮和总氮浓度的检测要求。（2）该方法与传统紫外分光光度法对比测定，结果无明显差异，采用在线消解-气相分子吸收光谱法测定水中总氮和硝酸盐氮浓度时更方便、更快捷、更精准，并能快速对水样中的硝酸盐氮和总氮浓度作出准确分析与评价。（3）该方法无须预处理，可直接进样分析，尤其是配备在线消解模块，大大减少了操作时间和分析时间，为水质监测技术发展作出贡献。

参考文献：

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[6]国家环境保护总局.水质总氮的测定气相分子吸收光谱法:HJ/T199—2005[S].北京:中国环境科学出版社,2006.

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第6篇：氮气在化学实验中的作用范文

关键词 宁麦13；精确施氮；江苏兴化；安丰镇

中图分类号 S147 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）04-0022-02

兴化市位于江淮之间，江苏里下河腹部，地理位置为北纬32°44′～33°13′，东经119°43′～120°16′，属北亚热带湿润气候，全年日照时数为2 313 h，年太阳总辐射量为119.5 kJ/cm2，光合有效辐射量为56.1～58.5 kJ/cm2，年平均气温为15 ℃，无霜期为239 d，年降水量平均为1 000 mm。常年雨水丰沛，日光充足，气候温暖，四季分明，无霜期较长。地势低洼，平均地面真高2.4 m，境内湖泊众多，河流纵横，属水网圩区。兴化市是里下河地区重要的优质小麦生产基地，小麦在其种植业中居主导地位。兴化市所生产的红皮小麦是一种优质的中筋小麦，具有独特的加工品质，特别适合制作高品质的馒头和面条，是全国范围内具有代表性的优质中筋小麦[1]。兴化市测土配方施肥从2005年开始，在小麦测土配方施肥参数研究上，首先研究常规品种扬麦11、扬麦16号，从小麦无氮基础地力试验开始，测试小麦无氮基础地力产量，然后经过“3414”试验，研究了小麦最佳施氮量、最高施氮量，通过钾肥试验、磷肥试验，得出小麦磷钾肥系数以及小麦磷钾肥临界值[2-3]。目前，当地主体小麦品种是宁麦13、宁麦14，为了探索新品种无氮基础地力产量，实施小麦精确试验，为小麦测土配方施肥大面积推广应用以及制定肥料配方提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在兴化市安丰镇中圩村某农户责任田中进行，肥力均匀中等，土壤类型为小粉浆土，含有机质23.2 g/kg、全氮1.818 g/kg、缓效钾545 mg/kg、速效磷15.8 mg/kg、速效钾105 mg/kg，pH值6.3。前茬为机插水稻，单产9 750 kg/hm2，施纯氮390 kg/hm2。

1.2 试验材料

供试小麦品种：弱筋小麦宁麦13；供试氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为氧化钾。

1.3 试验设计

试验共设4个处理，分别为无氮区：即不施氮肥；精确施氮区：施纯N 210 kg/hm2；常规施肥区：施纯N 240 kg/hm2；配方施肥区：施纯N 210 kg/hm2，精确施氮区、配方施肥区氮肥运筹采取“前促、中控、后轻”的方法，基肥占70%、平衡肥10%、拔节孕穗肥占20%。磷肥一次基施，钾肥基追比7∶3，精确施氮区追肥时间为拔节期，配方施肥区追肥时间为四至五叶期。无氮区、精确施氮区、常规施肥区、配方施肥区的面积分别为33.3、66.7、66.7、66.7 m2，试验小区划分按规定要求，小区与小区之间挖沟隔离，单独上水，以防止试验过程中出现窜肥现象。

1.4 试验方法

实施地点确定后，于实施前在供试土壤板田上按“S”法采集土样（不少于10点），采集供试耕层土壤（0～20 cm），分析化验土壤基本理化性状。

2012年11月20日播种，2013年1月16日将促蘖肥、平衡肥合并施用，因播种迟，苗小，促蘖肥、平衡肥合并施用相当于腊肥；3月28日施拔节孕穗肥。春季3月10日化除，5月1日一喷三防。

1.5 调查方法

1.5.1 茎蘖普查。各处理分别于分蘖期、冬始期、越冬期、返青期、拔节期、孕穗期、成熟期田间普查测定茎蘖数。

1.5.2 产量及其形成。产量形成期及成熟期测定产量构成因素及实产。

1.5.3 土壤分析项目。播前有机质、无机氮、有效磷、有效钾、有效锌。

1.5.4 植株、籽粒分析项目。氮、磷、钾，及时分析测试植株和籽粒养分。

2 结果与分析

2.1 天气条件对小麦生长的影响

2012年由于试验地前茬均是水稻，晚粳收获较迟，加之2011年秋播期间气温下降早，连续阴雨推迟了播种，以及试验下达较迟等原因，此次试验点播期为11月20日，属迟播麦。由于气温较低出苗不快，出苗后气温变化不大，越冬后小麦生长较慢，小麦进入越冬后期虽然受到了几次低温的影响，但影响不大。小麦到了返青期才有分蘖，返青期间，倒春寒频繁导致小麦生长缓慢，到了3月光照充足植株生长加快，分蘖增多但大多数是无效分蘖。到了4月底5月初抽穗扬花阶段阴雨天也较少，但是前期生长量不足，特别是由于播种较迟冬前生长很差，影响了宁麦13的足穗、穗粒数、千粒重。灌浆结实期虽然天气状况良好，但是后期雨水较多，赤霉病虽然防治2次，但赤霉病仍较轻发生，其对产量影响不大。小麦的全生育期为200 d，由于没能做到适期早播，没有培育好冬前壮苗，产量潜力不能够充分地发挥。

2.2 不同施氮处理对小麦产量的影响

从表1可以看出，小麦无氮基础地力产量为4 035 kg/hm2，精确施肥区小麦产量为6 540 kg/hm2，较无氮区增产2 505 kg/hm2，增产率62.08%，1 kg化肥可增产6.2 kg；常规施肥区产量为6 090 kg/hm2，较无氮区增产2 055 kg/hm2，增产率50.93%，1 kg化肥可增产4.72 kg；配方施肥区产量为6 600 kg/hm2，较无氮区增产2 565 kg/hm2，增产率63.57%，1 kg化肥可增产6.3 kg。

2.3 不同施氮处理对氮肥利用率的影响

从表2可以看出，无氮区100 kg籽粒产量吸氮量为2.19 kg，常规施氮区100 kg籽粒产量吸氮量为2.53 kg，精确施氮区100 kg籽粒产量吸氮量为2.52 kg，配方施肥区100 kg籽粒吸氮量为2.55 kg。常规施肥区、配方施肥区、精确施氮区100 kg籽粒吸氮量明显高于无氮区。试验结果表明，随着施氮量增加，小麦100 kg籽粒产量吸氮量也增加。

氮肥利用率方面，配方施肥区氮肥利用率达37.86%，常规施肥区氮肥利用率达27.44%，精确施氮区氮肥利用率36.43%，精确施氮区氮肥利用率高于常规施肥区，表明常规施肥方式是注重前期用肥，重点是增穗增加产量。而精确施氮不仅注重前促、中控、加大后期用肥比例，采用穗粒并重战略增加产量，而且注重了P、K肥的搭配施用，因此，穗粒结构协调性较好，氮肥利用率较高，产量水平表现也高。而配方施肥区，采取因土施肥，同精确施氮区一样，前促、中控、加大后期用肥比例，因而更进一步发挥了肥料效应[4-7]。

3 结论与讨论

在兴化市安丰镇进行小麦精确施氮试验研究，结果表明：精确施氮区、常规施肥区、配方施肥区均较无氮区产量均有所提高，以精确施氮区、配方施肥区的氮肥利用率高，分别为36.43%、37.86%。

4 参考文献

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[5] 孙同林，贲志凯，殷建华，等.如皋市高沙土地区不同氮肥用量对水稻的影响[J].上海农业科技，2011（4）：90-91，93.

第7篇：氮气在化学实验中的作用范文

【关键词】 吸氧排氮

Nitrogen output and bubbles formation during decompression after denitrogenation in rabbits

【Abstract】AIM: To analyse quantitatively the efficiency of nitrogen elimination at different denitrogenation time. METHODS: Twentyfour rabbits were randomly pided into control group， denitrogenation 30， 60 and 120 min groups. The rabbits were anesthetized and ventilated by mechanical ventilator. After 0， 30， 60 and 120 min of denitrogenation， the rabbits were exposed to 11000 m for 30 min. The nitrogen output was analysed by chromatography and the gas bubbles generated in the body of rabbits were monitored by Doppler ultrasound method. RESULTS: The nitrogen concentration and nitrogen output decreased sharply (approximately 93%) in the first 5 min of denitrogenation， then decreased gradually with the prolonged denitrogenation time. Accumulative number of bubbles decreased with the elapse of denitrogenation time. Accumulative number of bubbles was negatively correlated with denitrogenation time (P

【Keywords】 denitrogenation; nitrogen output; decompression; gas bubble formation; rabbits

【摘要】 目的： 定量分析不同吸氧排氮方案时家兔的吸氧排氮效率，为制定我国航天员出舱活动吸氧排氮方案提供理论依据. 方法： 24只家兔随机分为对照组、吸氧排氮30， 60和120 min组4组. 麻醉后行机械通气，分别吸氧排氮0， 30， 60和120 min，收集呼出气，定量分析不同吸氧排氮时间的氮排出量，并用超声多普勒检测低压舱上升至11 000米停留30 min的气泡产生情况. 结果： 在吸氧排氮的前5 min，呼出气氮体积分数和氮排出量降低幅度最大（约93%），之后随着吸氧排氮时间的延长逐渐缓慢降低；累积气泡数随着吸氧排氮时间的延长而减少，吸氧排氮60和120 min组家兔累积气泡数较对照组显著减少（P

【关键词】 吸氧排氮；氮排出量；减压；气泡形成；兔

0引言

当前航天减压病已经成为威胁航天员生命安全的潜在危险因子［1］，除提高飞行器座舱和航天服的压力外，低压暴露前预先在地面吸氧以增加排氮量是目前有效的预防措施［2］，并为各航天大国所采用. 但世界各国采用的吸氧排氮方法各异，吸氧排氮时间也不完全统一［3］.

我们通过定量分析不同吸氧排氮方案时家兔呼出气中氮体积分数及氮排出量变化，并观察低气压暴露时减压气泡的发生情况，旨在进一步阐明吸氧排氮规律，验证不同吸氧排氮方案预防减压病的效果，为制定我国航天员的出舱活动吸氧排氮方案提供理论依据.

1材料和方法

1.1材料健康家兔24只，雌雄不拘，体质量（2.1±0.2） kg，随机分为4组，每组6只：对照组（A组）、吸氧排氮30 min组（B组）、吸氧排氮60 min组（C组）和吸氧排氮120 min组（D组）.

1.2方法实验装置见Fig 1. 将家兔用30 g・L-1戊巴比妥钠（30 mg・kg-1）静脉麻醉，仰卧固定，行气管插管术，气管插管与动物呼吸机（上海第二军医大学）相连. 调节动物呼吸机，使其潮气量为30 mL，呼吸频率为30・min-1，吸入气氧浓度为100%. 动物呼吸机与舱外的氧气瓶相连的吸入气端有一缓冲袋，以保证在减压时家兔呼吸的氧气压力与舱压相等，用气体采集袋收集呼出气后利用DMP04氧氮分析仪（大连科纳科技有限公司）分析氮体积分数. 利用超声气泡检测器（上海交通大学潜水生理研究所）检测心前区气泡音，其探头置于家兔心前区，用夏普盒式录音机记录气泡音和回放判听. 将家兔、动物呼吸机、气体缓冲袋及多普勒超声检测器一并放入动物低压舱内. 完成预定吸氧排氮时间后关上舱盖，以300 m・s-1的速度迅速上升至11 000 m停留30 min，在高空停留阶段，不断向缓冲袋内送入氧气以保证动物氧气供应. 在上升前、上升及高空停留整个过程中，全程实时用耳机监听气泡并录音.

统计学处理：实验数据以x±s表示. 采用“SPSS 10.0 for windows”对4组间气泡产生量进行非参数秩和检验，累积气泡数与吸氧排氮时间的关系采用直线相关与回归分析.

图1实验装置示意图　(略)

2结果

2.1吸氧排氮后呼出气氮体积分数的改变4组家兔的呼出气氮体积分数在吸氧排氮前最高. 动物吸氧排氮后前5 min，呼出气氮体积分数迅速下降，降低了约93％；而后随着吸氧排氮时间的延长，呼出气氮体积分数总体呈降低的趋势，但降低的幅度逐渐减小（Tab 1）.

表1吸氧排氮不同时间呼出气氮体积分数的变化　(略)

2.2吸氧排氮时呼出气氮排出量的变化4组家兔的氮排出量在吸氧排氮前最大. 动物开始吸氧排氮后，氮排出量在吸氧排氮后前5 min迅速下降，降低了约93％；而后随着吸氧排氮时间的延长，氮排出量总体呈降低的趋势，但降低的幅度逐渐减小（Tab 2）.

表2吸氧排氮不同时间氮排出量的变化　(略0

2.3低气压暴露时气泡产生情况各组动物在高空停留期间均有气泡产生. 对照组6只家兔全部有气泡产生，而吸氧排氮组则有少部分动物无气泡产生，且检出的气泡等级随着吸氧排氮时间的延长而逐渐降低（Tab 3）. 随着吸氧排氮时间的延长，动物在高空停留30 min期间累积气泡数逐渐减少. 吸氧排氮60和120 min组，累积气泡数较对照组显著减少（P

表3不同吸氧排氮时间气泡产生量的变化　(略)

图2累积气泡数与吸氧排氮时间的相关关系　(略)

3讨论

在低压暴露前，预先在地面呼吸一段时间氧气以排出体内的氮气，可以预防减压病的发生，此过程称为“吸氧排氮” . 有人用肺计量法对13人20次吸氧排氮测定，得出累积排氮量（Q， mL）经验公式为：Q＝705-641e-0.0122t，t为时间（min），进一步证实了累积排氮量和时间呈指数关系［4］. Behnke等（1937）仔细地研究了吸氧排氮的过程，将体内氮气分成排出较快的水溶性部分和排出较慢的脂溶性部分. 本实验结果表明，吸氧排氮过程的特点为先快后慢，即在吸氧的前5 min，呼出气氮体积分数和氮排出量降低幅度最大，之后逐渐缓慢降低. 其原因可能主要是溶解在血液中及血管丰富的组织中的氮气较容易排出，吸氧排氮初期所排出较快的部分主要是这部分氮气；脂肪及其他血液供应较差或氮溶解量较多的组织，则需要较长的排氮时间，吸氧排氮过程中氮气排出较慢的部分主要是这部分氮气向血液中逐渐弥散的结果.

本实验中，在吸氧排氮较长时间后，由于呼出气氮体积分数和氮排出量已降至很低水平，两者降低的趋势已不很明显. 这部分氮气可能主要是脂肪及其他血液供应较差或氮溶解量较多的组织中氮气不断向血液中弥散所造成的，由于本实验在呼出气体的收集和测量过程中存在的误差，以及仪器测量精度的限制，已难以区分其差别.

当环境压力迅速降低时，机体组织由于气泡形成引发减压病［5］，尤其在肺内的小血管内，气泡会由于血压的降低而变大［6］. 目前，超声多普勒检测装置已经广泛地应用于减压病的研究领域［7］.

本实验发现，气泡产生量随着吸氧排氮时间的增加而减少，累积气泡数与吸氧排氮时间呈负相关关系. 分析其原因，可能是因为呼吸纯氧时，由于肺泡中的氮分压降低，溶解在静脉血中的氮气不断通过肺毛细血管弥散到肺泡中被呼出，从而使血液中的氮气分压逐渐降低，于是溶解在身体各种组织、体液中的氮气，又向血液中弥散，最后被弥散到肺泡中呼出体外［8］. Arieli 等［9］研究证实，吸氧排氮时组织中氮气分压降低及气核减少都可以使减压气泡减少. 本实验中，吸氧排氮60 min和120 min组家兔气泡产生量显著减少，表明这两种方案可有效地预防高空减压病的发生.

本研究进一步揭示了吸氧排氮时氮排出量的变化规律，再次证明了吸氧排氮对预防高空减压病的确定性作用，为进一步制定我国航天员出舱活动吸氧排氮方案提供了理论依据，对保障航天员的健康安全具有重要意义.

致谢： 本实验得到航天医学工程研究所彭远开、费锦学同志的大力协助.

参考文献

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第8篇：氮气在化学实验中的作用范文

1材料方法

1.1检测方法按照GB5750-2006[7]规定分别采用邻菲罗啉分光光度法、过硫酸铵分光光度法、纳氏试剂分光光度法、重氮偶合分光光度法检测铁、锰、氨氮、亚硝酸盐氮浓度。

1.2试验装置中试试验装置:以中试反应装置进行生物同步去除铁锰及高浓度氨氮试验研究.反应器由有机玻璃滤柱制成、内径185mm,其装置如图1所示.滤层厚度1.3m、石英砂粒径0.5~2.0mm;分级承托层高度30cm.滤柱运行滤速约3.5~4m/h、反冲强度18L/(s•m2)、反冲历时2.5~4min.试验采用人工配水,在自来水中投加硫酸锰、硫酸亚铁、硫酸铵模拟含铁锰氨氮水质铁、锰及氨氮各自发生氧化反应需氧量分别按以下方程式计算,若以铁、锰、氨氮含量分别为1mg/L计。

2结果与讨论

2.1生物滤柱去除铁锰高氨氮滤柱运行过程中,其进出水铁、锰、氨氮、亚硝酸盐浓度变化如图2所示.图2中,开展铁锰高浓度氨氮试验之前,滤柱首先采用下向流过滤方式稳定运行约30d.经曝气后进水溶解氧浓度约为7.5~8.5mg/L.进水铁、锰与氨氮浓度分别按图中最高值2.7,1.3,1.5mg/L计算,则需氧量为约7.6mg/L.由图2可见,进水溶氧满足各污染物氧化去除的溶氧需求时,铁、锰、氨氮均得到高效去除且出水亚硝酸盐浓度检测为痕量水平.进水锰浓度逐渐提高至1.3mg/L水平时,出水锰浓度仍检测为痕量(图2b),滤柱表现出了高效的除锰性能,表明滤柱已培养成熟且具有稳定的铁锰低氨去除性能.然而运行至30d,图2a中提高氨氮浓度至2.0~2.5mg/L,此时进水铁、锰与氨氮浓度分别按1.5,0.5,2.0mg/L计算,则理论需氧量约为9.5mg/L,高于进水曝气溶解氧浓度.运行发现,由于进水溶解氧浓度的限制,出水溶氧浓度处于0.05mg/L以下水平,导致氨氮硝化效果恶化,尽管其出水浓度处于标准限值0.5mg/L左右,但滤柱出水中亚硝酸盐氮积累却高达1.0mg/L;图2b中锰氧化细菌同样受到抑制,进水锰仅得到微量去除;而图2c中铁去除效果似乎未受影响,依然保持高效去除,出水总铁浓度始终处于痕量水平.分析认为,由于铁、锰、氨氮各自发生氧化反应所对应氧化还原电位值不同,其中铁＜200mV、200mV＜氨氮＜400mV、锰＞400mV[89],故而三者之间发生氧化反应快慢(耗氧快慢)顺序为:铁＞氨氮＞锰,这就导致在可利用溶氧有限前提下,铁仍可优先高效去除,而氨氮则硝化不完全并伴随着亚硝酸盐的积累,而锰氧化细菌由于对溶氧竞争最弱故而仅有微量去除.需要注意的是,三者发生氧化反应的快慢仅仅是相对而言,实际其氧化反应是同时进行的.为解决溶氧不足的问题,于40d左右时反应器采用底部曝气、汽水逆向过滤,曝气量0.3~0.6L/min.但仅数小时后便发现滤层无法滤水,考虑原因可能是由于滤料粒径较小,曝气气泡扩散于滤料空隙间增大了水流阻力,另随着反应器运行滤层顶部所截留铁氧化物进一步增大了阻力,从而导致无法滤水.鉴于此,将过滤方式再次改为上向流、汽水同向.与此同时,由客观原因导致进水中无添加铁溶液.由图2a、2b可以看出,人工曝气后,氨氮硝化效果迅速恢复,出水氨氮及亚硝酸盐均处于痕量水平,出水锰浓度亦于0.1mg/L以下.图2c中,一方面,尽管进水中无铁溶液加入,但由于水流对进水管壁所附着铁氧化物的冲刷作用,因而进水中可检测出微量总铁;另一方面,随后的2个过滤周期内发现,初始运行滤后水中铁含量反而高于进水铁含量,并且在周期内呈下降趋势.直至50d左右时,滤柱进出水铁含量于相当水平.分析认为,反冲洗时滤料之间相互摩擦作用使已包裹于滤料表面的铁氧化物松散或脱落于滤料空隙间,在排出滤层外一部分氧化物同时,仍有一部分残留于滤层内.因此过滤周期内,随着这部分氧化物逐渐被排出滤层,出水铁浓度呈现出下降趋势,直至反冲洗滤料相互摩擦作用对其表面披覆的氧化物剪切作用不再强烈.由此可见,上向流曝气过滤方式可以很好的解决高浓度氨氮硝化及锰氧化溶氧不足的问题,但却将摩擦脱落的铁氧化物带出滤层造成铁浓度超标.与下向流过滤除锰效果相比,上向流曝气过滤时出水锰浓度于0.1mg/L左右时便不再下降,除锰效果同样受到过滤运行方式的影响.因而,恢复铁溶液进水后,对上向流曝气过滤运行方式去除铁锰需进行深入研究,以明晰这种运行方式能否实现铁锰及高浓度氨氮的同步去除.

2.2曝气作用对除铁锰性能影响

反应器恢复铁溶液进水后,上向流曝气过滤方式运行除铁锰氨氮情况如图3所示.图3c中,曝气量0.3~0.6mL/min、恢复铁溶液进水运行的最初8d内,其滤柱出水铁浓度接近标准限值0.3mg/L,与之前下向流过滤除铁效果相比,上向流曝气过滤除铁效果也受到影响,显然,这种过滤方式无论是除铁还是除锰效果,其性能均不如下向流.为此,接下来实验分两步进行:首先,上向流过滤运行时再次提高曝气量考察对除铁锰效果的影响;其次,在曝气与无曝气前提下,进行对比试验研究以明确仅上向流运行是否同样会影响铁锰的去除效果.运行至第8d左右,曝气量增加至0.6~0.8mL/min,图3b中可见滤柱除锰效果进一步恶化,其出水锰浓度高于临界值0.1mg/L;图3c中出水铁浓度亦高于0.3mg/L,显然,曝气量增大恶化了滤柱除铁除锰效果.之前的研究结果表明,随着氨氮硝化反应的进行其对锰氧化细菌活性的抑制作用便会消失,因此在硝化效果稳定前提下我们忽略氮素的影响作用,并于20d时降低进水氨氮浓度至1.0~1.5mg/L水平同时停止曝气,运行发现,图3b中即使再次提高进水锰浓度于1.0mg/L左右时,滤柱出水锰浓度立即检测为痕量水平;图3c中滤柱出水铁浓度同样为痕量水平,滤柱表现出与此前曝气运行时完全不同的去除性能.另外,随着接下来的再次恢复曝气(30d时恢复曝气为0.3~0.6mL/min)作用,滤柱除铁除锰效果恶化,出水铁锰浓度均高于标准限值.由此,进一步证明曝气作用恶化了铁锰去除效果.同时也应该注意到,一方面,在滤料表面铁极易与溶氧发生接触氧化反应以完成铁的氧化[10];另一方面,锰与氨氮的去除均以生物氧化完成为主,而此过程中在锰去除受到曝气影响的情况下,而出水氨氮及亚硝酸盐氮浓度却并未受此影响,其浓度始终保持微量水平,并且图3b中运行17d左右时,滤柱出水锰浓度并未随着进水锰浓度的大幅提高而显著提高,表明曝气对其影响作用有限,滤柱仍具有很好的去除性能.图4中,分别于上向流无曝气、上向流恢复曝气(0.3~0.6mL/min)、0.45μm滤膜过滤上向流曝气出水,检测铁锰浓度.可以看出,前2种情形说明曝气导致了铁锰浓度的超标,而出水经滤膜过滤后铁锰浓度检测为痕量水平,表明曝气滤后水中铁锰氧化物的存在是造成铁锰超标的主要原因.因而,曝气作用并不会阻碍铁锰离子的氧化过程,而是削弱了滤层的过滤截留能力,从而在曝气扰动作用下使铁锰氧化物更容易冲带出滤层造成铁锰超标,并且如图3中那样,曝气量越大出水所含铁锰氧化物愈多.

2.3反冲洗后除铁除锰性能恢复试验结果表明,底部曝气使滤层过滤截留能力大为降低.一方面,由于以上铁锰浓度均为反应器运行稳定后检测;另一方面,滤层经反冲洗后内部变得更为清洁,截留铁锰氧化物能力将会进一步受到影响.因此有必要了解滤柱反冲洗后初期运行过滤水中铁锰浓度变化情况,以进一步明确其对铁锰的去除性能.滤柱反冲洗后初滤水中铁锰浓度变化情况如图5所示,其运行工况分别为曝气量0.3~0.6mL/min、0.6~0.8mL/min、无曝气.于反冲后不同时间点取样检测出水铁锰浓度发现,曝气量工况下出水铁锰浓度均处于较高浓度,并且较高曝气量(0.6~0.8mL/min)下铁锰浓度均要高于较低曝气量工况(0.3~0.6mL/min),曝气作用对除铁除锰效果影响较大,曝气量越大,滤层截留能力越弱.另外,由2种曝气量下出水铁锰所呈现的下降趋势分析可知,反冲洗作用在排除滤层内部大部分铁锰氧化物的同时,仍残留的或滤料表面已松散的铁锰氧化物会在过滤过程中通过曝气带动作用逐渐被排除滤层,这就导致初滤水所含铁锰浓度较高并随着时间的延长而逐渐降低.由图5看出,运行10h后,低曝气量下(0.3~0.6mL/min)出水铁锰浓度才满足限值要求,而较高曝气量(0.6~0.8mL/min)工况却不能限值要求.

3建议

对于含铁锰伴生高浓度氨氮饮用水的生物净化,可采用如下几种方案:(1)采用上向流曝气生物滤池净化,滤池后另设立滤池进一步截留过滤铁锰氧化物.但目前所应用于工程实践的除铁除锰生物滤池均为重力流普快滤池,对于上向流曝气过滤方式仍缺乏实际工程经验;(2)设计两级重力流生物滤池,第一级滤池主要以除铁、大部分氨氮、小部分锰为主,其出水经曝气后进入第二级滤池进行深度去除氨氮、所积累的亚硝酸盐与锰;(3)继续深入开展试验研究,探究是否可通过改变滤料粒径级配、曝气方式等实现铁锰高氨氮的同步生物净化.

4结语

第9篇：氮气在化学实验中的作用范文

关键词：奥氏体不锈钢 氮气 焊接

1 概述

多年来在工程施工中奥氏体不锈钢的焊接一直采用的是管膛内充氩保护焊接，质量稳定可靠。石油化工行业标准SH 3501-2002《石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》的7.3.7条规定：奥氏体不锈钢管道焊接，单面焊焊缝宜用手工钨极氩弧焊焊接焊缝底层，管内应充氩气或氮气保护。SH/T 3523-2009《石油化工铬镍不锈钢、铁镍合金和镍合金焊接规程》的7.3.4也规定：采用实芯焊丝或不填丝的钨极气体保护焊焊接底层焊道时，焊缝背面应采取充氩或充氮保护措施。保护措施可采用整体或局部充氩（氮）方法。充氩气（氮气）开始时宜采用较大的流量，确保管内保护气浓度满足要求后方可施焊，焊接时背面保护用的氩气（氮气）流量应适当降低，避免出现凹坑。

标准规定了还可以采取充氮保护，从经济成本上讲，氩气较氮气便宜。2011年，我公司对奥氏体不锈钢管膛内氩气保护焊接工艺改为充氮保护工艺进行了系列的实验，最终通过了焊接工艺评定。通过项目的实际操作和运行证明，奥氏体不锈钢管膛内的充氮保护焊接不仅能够保证焊接质量而且经济可靠，是行之有效的施工工法。

2 工法的特点及适用范围

2.1 奥氏体不锈钢管道采用普通钨极氩弧焊进行打底焊接，管膛内部焊接保护采用氮气保护。

2.2 焊接工艺评定的结果证明，不锈钢管膛内氮气保护焊接对奥氏体不锈钢力学性能、晶间腐蚀等性能没有影响。

2.3 氮气比重比氩气、空气（氧气）要轻，在管膛内保护时，控制管膛内把空气（氧气）置换成氮气并达到一定浓度以满足焊接要求是关键。

2.4 不锈钢管膛内氮气保护焊接和氩气相同，工艺基本没有区别，焊工能够正常操作，操作简单，劳动强度低。

2.5 氮气只作为不锈钢管膛内保护焊接使用，但不可以作为钨极氩弧焊焊枪喷嘴保护气使用。

2.6 施工过程中无需配备更多的施工机具，节约成本，机动灵活。

2.7 本工法适用于各种规格奥氏体不锈钢、双相不锈钢管道的焊缝组对、打底焊接，奥氏体不锈钢设备的组焊打底焊接可参考使用。

3 工艺原理

3.1 奥氏体不锈钢管道的焊接一般要求单面焊双面成型，通常采用GTAW+SMAW、GTAW+GMAW、GTAW+SAW等焊接工艺，由于奥氏体不锈钢高温下Cr原子会急剧氧化，造成背面成型不良，降低使用性能，故焊接时管膛内需惰性气体保护。

3.2 使用惰性气体保护，是因为惰性气体化学性质很不活泼，与其他元素之间几乎不会发生化学反应。氮气虽然不是惰性气体，而纯氮气是不能与普通金属产生反应的，被称为“惰性”，就是氮气的这种特性在加热过程中，起到了保护金属表面，不会产生氧化，从而起到惰性气体保护的作用。

3.3 由于氮气比重比空气（氧气）要轻，所以，从不锈钢管膛内把空气（氧气）排空置换成氮气并达到管膛内焊接浓度要求，是该工法的试验重点。

3.4 通过试验证明，焊接时不锈钢管膛内充氮气位置是非常重要的。规格小于Φ300mm不锈钢管道由于管径小，管膛内充氮气位置对内部保护没有多大影响。当规格大于Φ300mm管道管膛内充氮气保护焊接时，水平焊口应从管子底部充氮，并在水平位置管的10点、2点位置设排气口，尽快把空气排出去。出气孔不能放到12点位置，因为空气（氧气）比氮气比重大，很难在高位置把空气排出去。

3.5 采用海绵封堵，海绵是软体材料且具有一定的厚度，放置在管内非常稳定可靠，同时海绵具有一定的透气性，隔离段气室内没有死角，非常有利于氮气的置换。气带直接穿过海绵，进气端使用三通（或用废海绵的边角料将气带端部包扎），让氮气气均匀的从海绵四周喷出。气带端口应放置在焊口的下部，提高气体置换速度和质量。小于Φ300mm管子用一根气带从一端充气即可；大于Φ300mm管子采用两根气带向管内充气，待管内气体置换好后可关掉一根气带，只用一根气带维持管内氮气流量，保证焊接需要并节省氮气。

3.6 研究分析，碳元素是影响不锈钢晶间腐蚀的主要因素，理论上讲，氮气在焊接过程中，不生成碳化物。由于氮化物在晶界上析出，提高晶界高温强度，从而增加钢的蠕变强度。在奥氏体钢中，可以取代一部分镍。氮不与不锈钢中其他元素化合，有沉淀硬化作用；对钢抗腐蚀性能的影响不显著，但钢表面渗氮后，不仅增加其硬度和耐磨性能，也显著改善其抗蚀性。

3.7 我们先后进行了16组焊接工艺评定实验，包括含碳量稍高的TP304、TP304H、TP347H、TP316等不锈钢材料，晶间腐蚀均为合格。说明不锈钢管膛内氮气保护对不锈钢钢焊接中的晶间腐蚀没有明显影响。

4 施工操作要点

4.1 施工准备

4.1.1 焊接材料的选择应根据焊件的化学成分、力学性能、使用条件和施焊条件综合考虑。同种铬镍奥氏体不锈钢的焊接宜选用与母材合金含量相近的焊接材料；异种铬镍奥氏体不锈钢的焊接，宜按照合金含量较低的母材选择焊接材料。

4.1.2 不锈钢管膛内用保护焊接氮气纯度选用应不低于99.5%，含水量小于50mg/L。

4.1.3 焊工必须按照国家质量监督检验检疫总局颁布《TSG Z6002-2010特种设备焊接操作人员考核细则》进行考试，并取得FeⅣ类钨极氩弧焊焊工合格资质证，（例如：GTAW-FeⅣ-6G- ×/××-FefS-02/10/12），方可承担相应的焊接施工任务。

4.1.4 各种管径、厚度的组对形式应符合表1的要求。

4.2 焊接准备

4.2.1 焊接设备处于完好状态。

4.2.2 焊工手工工具宜应用不锈钢制成，打磨焊缝宜用不锈钢专用砂轮片。

4.2.3 坡口两侧各100mm范围内应涂上白垩粉后其他防飞溅涂料。

4.2.4 焊接保护用氮气纯度应满足要求，氮气纯度应不低于99.5%。

4.3 管子切割、组对

4.3.1 管子切割及坡口加工宜采用机械方法，坡口加工后应进行外观检查，坡口表面不得有裂纹、分层等缺陷。

4.3.2 管子及管件组对前，应用手工或机械方法清理其内外表面，在坡口边缘20mm范围内不得有油漆、毛刺、铸造垢皮及其他对焊接有害的物质。

4.3.3 管壁相同时，其内壁应平齐，内壁错边量不得大于0.5mm。

4.3.4 管子及管件组对后的定位焊可采用根部定位焊缝和过桥定位焊缝两种方式。定位焊焊接工艺与正式焊接工艺相同。

4.3.5 点固焊长度不超过10mm～20mm，且厚度不超过管材壁厚的2/3并不得超过10mm。

4.4 氮气置换

4.4.1 管道内充氮气，采用δ=100mm的海绵封堵在管口两侧，距离为200mm～400mm，如图1所示。

4.4.2 海绵用薄木板加固，两块海绵之间用铁丝连接，焊接完毕连同气带一起用铁丝从管内拉出来。

4.4.3 大于Φ300mm不锈钢管道采用二至三根气带均匀分布于海绵表面向管内充气，提高置换速度。待管内氮气置换好后只留一根气带维持管内氮气压力保证焊接用气。

4.5 管膛内氮气浓度的检验

4.5.1 焊丝放在坡口内处在氮气保护下，用氩弧焊电弧将焊丝端部加热至变红后迅速熄灭电弧并将焊丝伸到管内，待焊丝端部温度降到室温后抽出观察焊丝端部的颜色来判断管内氮气的浓度。

4.5.2 焊丝端部为银白色，说明管膛内氮气浓度达到焊接要求；焊丝端部为金黄色，说明管内氮气浓度不太够，但也可以满足焊接需要。焊丝端部为蓝、灰、白等颜色，说明管内氮气浓度不够，需要继续置换。

4.6 焊接

4.6.1 管内充氮气时，开始时流量可适当加大，确保管膛内氮气浓度达到保护焊接要求后方可施焊。焊接过程中如感觉铁水发飘，氮气流量应适当降低，以避免焊缝背面因氮气吹托，在成型时出现凹陷。

4.6.2 焊接过程中需控制热输入量，采用小线能量，小电流焊接，冷却速度要快，使其在敏化温度区停留时间短，有利于防止不锈钢产生晶间腐蚀；小线能量即热输入小，焊接应力就小，有利于防止应力腐蚀和热裂纹；焊接时根据管径大小、壁厚选择相应的焊接工艺参数，焊接电流值比低碳钢焊接时低20%左右。采用小线能量、短弧焊、小摆动的操作方法。层间温度控制在150℃以下。

4.6.3 钨极氩弧焊焊接时，焊丝前端应始终置于保护气体中。

4.6.4 氩弧焊焊接时收尾处打磨成斜坡状，焊至斜坡时，暂停给丝，先用电弧把斜坡处预热并熔化成熔孔时，迅速加焊丝，使焊缝封闭，收弧时要填满弧坑，气体延时保护，避免焊缝在高温下被大气污染。

4.6.5 焊件表面严禁电弧擦伤，并严禁在焊件表面引弧、收弧。焊接时应确保引弧和收弧处的质量，收弧时应将弧坑填满，并用砂轮将收弧处修磨平整。

4.6.6 焊枪喷嘴采用过渡段筛网，效果更好。通过分析和试验，采用带过渡段筛网的氩弧焊喷嘴，对不锈钢的焊接更加有力，特别是对焊后颜色有要求的环境，推荐采用带过渡段筛网的氩弧焊喷嘴。

4.6.7 采用熔化极气体保护焊接打底时，背面保护工艺可参照此工法。