資源簡介

3.3 第1課時　自然界中的氮循環　氮氣和氮的氧化物
【學習目標】
1.了解氮循環的基本過程,認識氮循環中的重要物質。
2.了解氮的固定的相關知識。
3.了解氮的兩種氧化物。
4.了解自然界中形成硝酸的過程。
【自主預習】
1.氮元素在自然界中的存在形式
　　　態和　　　態。
2.自然界中氮的循環
3.氮氣的物理性質
顏色 狀態 氣味 密度 水溶性
　　　 氣態 　　　 　　　　ρ空氣 難溶
4.氮氣的化學性質
(1)N2與O2反應
打雷時發生的反應為　。
(2)N2與H2的反應
合成氨的化學方程式為　。
5.氮的固定
(1)定義:將空氣中　　　　的氮轉化為含氮化合物的過程。
(2)分類
氮的固定
6.氮的氧化物
(1)性質
物質 顏色 狀態 氣味 毒性 水溶性
NO 　　　 氣態 　　　 　　　 　　　　溶于水
NO2 　　　 氣態 　　　 　　　 　　　　溶于水
　(2)相互轉化
①NO→NO2:　 。
②NO2→NO:　 。
【參考答案】1.游離　化合
2.①硝酸鹽　②N、N和NH3　③氮的氧化物
3.無色　無味　<
4.(1)N2+O22NO
(2)N2+3H22NH3
5.(1)游離態　(2)①閃電　②人工　③合成氨
④仿生固氮
6.(1)無色　無味　有毒　難　紅棕色　刺激性
有毒　易
(2)①2NO+O22NO2　②3NO2+H2O2HNO3+NO
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)將空氣中的氮氣轉變成含氮化合物屬于氮的固定。 (　　)
(2)“雷雨發莊稼”是由于放電條件有利于游離態的氮轉化為化合態。 (　　)
(3)NO2是紅棕色氣體,易溶于水,屬于酸性氧化物。 (　　)
(4)氮的氧化物均有毒。 (　　)
(5)氮氣可在氧氣中燃燒,生成一氧化氮。 (　　)
(6)NO2可由N2和O2直接化合得到。 (　　)
(7)NO和NO2均既可以用排空氣法收集又可以用排水法收集。 (　　)
(8)把帶火星的木條伸入充滿NO2和O2混合氣體(NO2和O2的物質的量之比為4∶1)的集氣瓶中,木條復燃,說明NO2支持燃燒。 (　　)
【答案】(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　 (7)×　 (8)√
2.工業上由氨氣和二氧化碳在一定條件下合成尿素,是不是屬于氨的固定
【答案】不是;將氮氣轉化為氮的化合物的方法叫氮的固定。
3.氮循環中含氮物質有多種形式的轉化,有的對人類生產、生活有益,有的則產生負面作用,請舉例說明。
【答案】①對人類有益:人工固氮如合成氨,不僅為農作物的生長提供了必需的氮元素,而且為其他化工產品的生產提供了重要的原料。②對人類有害:工業廢氣、汽車尾氣中的氮氧化物會造成大氣污染等;工廠廢液、生活廢水中的氮元素對水體造成污染。
【合作探究】
任務1：自然界中的氮循環
情境導入　氮是生命的基礎,植物離不開氮。如果缺少了氮,莊稼便長得又瘦又小,葉子發黃,花也開不大,果實很小。同時,植物也離不開磷和鉀,缺少了它們,植物就不會成熟。
在這肥料“三兄弟”中,植物對氮的需求最多。據統計,全世界的莊稼,在一年之內,要從土壤里吸收四千多萬噸的氮,遠遠超過磷和鉀。但土壤中的氮含量很少,這怎么辦呢
人們利用氫氣在高溫高壓下與氮氣化合生成氨,然后就可以制成各種氮肥,彌補了土壤中氮的不足。不但植物離不開氮,動物和人同樣也離不開氮。氮是蛋白質的重要成分,蛋白質又是細胞的主要成分。所以,只要有生命的東西,都離不開氮。
問題生成
1.為什么地球上的動植物不能直接利用大氣中的氮元素
【答案】主要原因在于氮氣分子十分穩定,大多數生物體沒辦法直接利用。
2.氮在自然界中主要的存在形式有哪些
【答案】大部分以氮氣的形式存在,少部分以化合物的形式(如硝酸鹽、銨鹽、蛋白質等)存在。
3.自然界固定氮的主要途徑有哪兩種
【答案】一是閃電固氮,二是生物固氮。
4.人體里的蛋白質中的氮元素是從哪兒來的
【答案】人體里的蛋白質中的氮是從外界攝入的,特別是肉類、蛋類物質等。若溯本求源,則來自大氣中的N2。
【典型例題】
【例1】下列關于自然界中氮循環(如圖所示)的說法不正確的是(　　)。
A.氮元素均被氧化
B.工業合成氨屬于人工固氮
C.含氮無機物和含氮有機物可相互轉化
D.碳、氫、氧三種元素也參加了氮循環
【答案】A
【解析】合成氨反應中,氮元素的化合價降低,被還原,A項錯誤;硝酸鹽轉化為蛋白質后經動物消化,蛋白質轉化為氨氣和銨鹽,實現了含氮無機物和含氮有機物的相互轉化,并且碳、氫、氧三種元素也參加了氮循環,C、D兩項正確。
任務2：氮氣和氮的氧化物
情境導入　
1.俗話說“一場雷雨一場肥”,這句諺語中包含著什么樣的科學道理
2.中國汽車銷量增長幅度很大,同時也帶來了空氣污染。汽車尾氣轉化裝置里,氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的過程如圖所示。
問題生成
1.為什么說“雷雨發莊稼” 寫出該過程涉及的化學方程式。
【答案】空氣中的氮氣與氧氣在雷電的作用下會生成一氧化氮,NO經過一系列的變化最終轉化為硝酸和硝酸鹽,而隨雨水一塊降落至地面。這樣雨水中會含有一定量的氮元素,對植物來說這就是氮肥,因此俗話說“一場雷雨一場肥”或“雷雨發莊稼”等。該過程涉及的化學方程式:①N2+O22NO;②2NO+O22NO2;③3NO2+H2O2HNO3+NO。
2.N2在一定的條件下能與O2、H2或Mg發生反應,反應條件說明N2具有什么樣的性質 從氧化還原反應角度分析,N2與上述物質反應分別表現了什么性質
【答案】N2與O2需要在放電時才能微弱地發生反應,與H2需要在高溫、高壓、催化劑條件下才能反應,說明N2的性質很穩定。N2與O2反應時表現還原性,與H2或Mg反應時表現氧化性。
3.汽車尾氣的主要污染物包括哪些 有哪些危害
【答案】汽油不完全燃燒生成CO;高溫條件下氮氣與氧氣反應生成NO,部分NO與氧氣反應生成NO2,故汽車尾氣的主要污染物為CO、NO2、NO等。汽車尾氣被人體吸收會造成傷害,排入大氣會引起光化學煙霧、硝酸型酸雨等。
4.據圖分析,寫出汽車尾氣轉化裝置里發生的反應。在反應中氮的氧化物分別表現什么性質
【答案】由圖中進出的物質可知,發生的反應為2NO+O22NO2、2NO2+4CO4CO2+N2,第一個反應中NO表現還原性,第二個反應中NO2表現氧化性。
【核心歸納】
1.氮氣的性質及工業制法
(1)氮氣的密度與空氣的接近,只能用排水法收集。
(2)在高溫、高壓、放電等條件下,N2能與H2、O2、Mg等發生化學反應。
①氮氣與氫氣反應:N2+3H22NH3,該反應是工業合成氨的原理。
②氮氣與氧氣反應:N2+O22NO。
③氮氣與鎂反應:3Mg+N2Mg3N2。
(3)工業制法:空氣中含有大量的氮氣,空氣是工業制氮氣的主要原料,生產方法主要是分離液態空氣,并制得液態氮。
2.NO、NO2的性質比較
物質 NO NO2
色、態、味、毒性 無色、無味、有毒氣體 紅棕色、有刺激性氣味、有毒氣體
水溶性 不溶于水 易溶于水
與氧氣反應 2NO+O22NO2 不反應
與水反應 不反應 3NO2+H2O 2HNO3+NO(自身氧化還原)
與氧氣、水同時作用 4NO+3O2+2H2O4HNO3 4NO2+O2+2H2O4HNO3
氧化性 有氧化性,但通常情況下表現出還原性 強氧化性,在溶液中生成硝酸,能氧化S2-、I-、Fe2+等離子
對環境的影響 有毒,大氣污染物之一 有毒,大氣污染物之一
【典型例題】
【例2】下列有關反應3NO2+H2O2HNO3+NO的說法正確的是(　　)。
A.氧化劑與還原劑的質量之比為1∶2
B.氧化產物與還原產物的物質的量之比為1∶2
C.NO2是氧化劑,H2O是還原劑
D.在反應中若有6 mol NO2參與反應,則有3 mol電子發生轉移
【答案】A
【解析】該反應中NO2既是氧化劑又是還原劑,HNO3為氧化產物,NO為還原產物。HNO3與NO的物質的量之比為2∶1,還原劑(NO2)與氧化劑(NO2)的物質的量之比為2∶1。若有6 mol NO2參與反應,則轉移4 mol電子。
【例3】在標準狀況下,將O2和NO2按體積之比1∶4充滿干燥燒瓶,把燒瓶倒置于水中,瓶內液體逐漸上升,假設燒瓶內溶液不擴散,最終燒瓶內溶液里溶質的物質的量濃度為(　　)。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A. mol·L-1 B. mol·L-1
C. mol·L-1 D. mol·L-1
【答案】C
【解析】設燒瓶的體積為V L,由4NO2+O2+2H2O4HNO3知NO2的體積為V L。又O2和NO2的體積比為1∶4,所以最終液體充滿整個燒瓶,溶液的體積為V L,NO2的物質的量為V L÷22.4 L·mol-1=V mol,所以硝酸的物質的量濃度為V mol÷V L= mol·L-1。
方法技巧：氮的氧化物以及與氧氣混合后溶于水的情況分析
(1)NO2或NO2與N2(非O2)的混合氣體溶于水時,可根據反應3NO2+H2O2HNO3+NO,利用氣體體積的變化差值進行計算。
(2)NO2和O2的混合氣體溶于水時,根據反應4NO2+O2+2H2O4HNO3:
當V(NO2)∶V(O2)=4∶1時,恰好反應,無剩余氣體;
當V(NO2)∶V(O2)<4∶1時,剩余氧氣;
當V(NO2)∶V(O2)>4∶1時,NO2過量,剩余氣體為NO,且體積為過量NO2體積的1/3。
(3)NO和O2同時通入水中,此時的反應為4NO+3O2+2H2O4HNO3:
當V(NO) ∶V(O2) =4∶3時,恰好反應,無剩余氣體;
當V(NO)∶V(O2)<4∶3時,剩余氧氣;
當V(NO)∶V(O2)>4∶3時,剩余NO。
(4)規律延伸:
將方程式4NO2+O2+2H2O4HNO3與4NO+3O2+2H2O4HNO3相加可以得到方程式NO2+NO +O2+H2O2HNO3,由此可知NO、NO2、O2等體積混合時恰好能被水完全吸收,但混合氣體能被水完全吸收時三者不一定是等體積,其實只需要將混合氣體的O2分為兩部分,一部分恰好與NO反應,另一部分恰好與NO2反應即可。
【隨堂檢測】
1.大家在吃薯條等膨化食品時,會發現袋子里的東西并不多卻鼓鼓囊囊的,袋子里填充的是食品級的氮氣而非空氣。主要作用有三個:①延長食品的保質期;②可以抵御外界潮氣的侵入;③保護食品不被壓碎。
下列關于N2性質的敘述中錯誤的是(　　)。
A.氫氣在氮氣中能燃燒
B.氮氣既具有氧化性,又具有還原性
C.將空氣中的氮氣轉變成含氮化合物屬于氮的固定
D.氮氣與氧氣在一定條件下反應生成一氧化氮
【答案】A
【解析】N2不是助燃氣體,N2與H2化合需在高溫、高壓、催化劑的條件下進行。
2.將一支盛滿NO2氣體的試管倒置在水槽中,最終試管內液面的變化是(　　)。
【答案】A
【解析】由反應3NO2+H2O2HNO3+NO可知,反應后V(NO)是反應前V(NO2)的,則液面上升到試管的處。
3.下列對NO、NO2的描述,正確的是(　　)。
A.NO是紅棕色氣體,易溶于水,是酸性氧化物
B.NO2可用排水法收集,且可由N2和O2化合而得到
C.NO、NO2在一定條件下可相互轉化,且二者都是大氣污染物
D.NO密度比空氣大,可用排空氣法收集
【答案】C
【解析】NO是無色難溶于水的氣體,不與堿反應,不是酸性氧化物,A項錯誤;NO2能與水發生反應3NO2+H2O2HNO3+NO,N2和O2反應生成NO,B項錯誤;NO和O2發生反應2NO+O22NO2,NO2與H2O反應生成NO,NO、NO2都是大氣污染物,C項正確;NO易與O2反應,不能用排空氣法收集,D項錯誤。
4.近年來,科學家發現NO結合血紅蛋白的能力比CO還強,更容易造成人體缺氧;同時NO作為一種傳遞神經信息的“信使分子”,在擴張血管、提高免疫力、增強記憶力等方面有著重要的作用。因而成為當前生命科學的研究熱點,NO亦被稱為“明星分子”。請回答下列問題:
(1)NO對環境的危害主要是　　　　(填標號)。
A.破壞臭氧層
B.高溫下能使一些金屬被氧化
C.形成酸雨
D.與人體血紅蛋白結合
(2)在含Cu+的酶的活化中心,亞硝酸根離子(N)可轉化為NO,寫出Cu+和N在酸性水溶液中反應的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)常溫下,在一個體積固定的容器里,把NO氣體壓縮到100個大氣壓。將容器中氣體加熱到50 ℃,發現氣體的壓強迅速下降,至略小于下降前壓強的時就不再變化,已知其中一種產物為N2O,寫出上述變化的化學方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)AC
(2)Cu++N+2H+Cu2++NO↑+H2O　
(3)3NON2O+NO2
【解析】(1)NO對環境的危害主要是破壞臭氧層和被空氣中氧氣氧化為NO2,再與水反應產生硝酸而形成酸雨,故選AC。(2)N轉化為NO是還原反應,所以Cu+被氧化為Cu2+,Cu+和N在酸性水溶液中反應的離子方程式為Cu++N+2H+Cu2++NO↑+H2O。(3)若NO轉化為N2O和O2,則氣體的壓強下降至原來的,不符合題意;若NO轉化為N2O和NO2,少量NO2轉化為N2O4,則氣體的壓強下降至略小于原來的,符合題意,所以上述變化的化學方程式為3NON2O+NO2。
2

展開更多......

收起↑