資源簡(jiǎn)介

7.1 氮的固定
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.能依據(jù)氮分子的微觀結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)其性質(zhì)。
2.了解氮?dú)獾男再|(zhì)和氮的固定,認(rèn)識(shí)氮?dú)庠谏a(chǎn)生活中的應(yīng)用。
3.了解一氧化氮、二氧化氮的主要性質(zhì),認(rèn)識(shí)它們之間轉(zhuǎn)化的價(jià)值。
【合作探究】
【學(xué)習(xí)情境】
在新疆和青海交界處有一狹長(zhǎng)山谷,每當(dāng)牧民和牲畜進(jìn)入后,風(fēng)和日麗的晴天頃刻間電閃雷鳴,狂風(fēng)大作,人畜往往遭雷擊倒下,奇怪的是這里的牧草茂盛、四季常青,被當(dāng)?shù)啬撩穹Q為“魔鬼谷”。你知道“魔鬼谷”牧草茂盛、四季常青的原因嗎
任務(wù)1　氮分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
【新知生成】
一、氮?dú)獾慕Y(jié)構(gòu)
1.電子式:　　　　,結(jié)構(gòu)式:　　　　。
2.破壞氮?dú)夥肿又械I需要　　　　的能量,所以氮?dú)夥肿印　　　?化學(xué)性質(zhì)　　　　　　　　　。
二、氮?dú)獾男再|(zhì)
1.物理性質(zhì)
通常狀況下,氮?dú)馐恰　　　∩　　　∥兜臍怏w,難溶于水,密度略　　　　空氣。
2.化學(xué)性質(zhì)
在　　　　或　　　　等特殊條件下,氮?dú)饽芘c一些金屬或非金屬單質(zhì)發(fā)生反應(yīng),生成含氮化合物。
【答案】一、 1.︰N N︰　N≡N　2.很大　很穩(wěn)定　很不活潑　二、 1.無(wú)　無(wú)　小于　2.高溫　放電
【核心突破】
典例1　氮元素在海洋中的循環(huán),是整個(gè)海洋生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。海洋中無(wú)機(jī)氮的循環(huán)過(guò)程可用下圖表示。下列說(shuō)法正確的是(　　)。
A.N2易溶于水
B.N2的結(jié)構(gòu)式為︰N≡N︰
C.④的離子方程式為3N+4O2N+2H++N2O+5H2O
D.反硝化作用可實(shí)現(xiàn)從化合態(tài)氮向游離態(tài)氮的轉(zhuǎn)化
【答案】D
【解析】N2難溶于水,A項(xiàng)錯(cuò)誤;N2的結(jié)構(gòu)式為N≡N,B項(xiàng)錯(cuò)誤;④的離子方程式為4N+5O22N+N2O+6H++5H2O,C項(xiàng)錯(cuò)誤。
【歸納總結(jié)】
N2分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,化學(xué)性質(zhì)不活潑,常見(jiàn)的反應(yīng)有:
1.3Mg+N2Mg3N2
2.3H2+N22NH3
3.N2+O22NO
訓(xùn)練1　實(shí)驗(yàn)室以空氣和鎂為原料制備Mg3N2的裝置如圖所示(夾持和加熱裝置略
下列說(shuō)法正確的是(　　)。
A.裝置A、B中可依次加入濃硫酸、NaOH溶液
B.若去掉裝置C,對(duì)產(chǎn)品純度無(wú)影響
C.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先加熱C,通入一段時(shí)間空氣后再加熱D
D.E中堿石灰的作用是吸收尾氣
【答案】C
【解析】要制備氮化鎂,需要除去空氣中的氧氣、CO2和水蒸氣,則裝置A、B中可依次加入NaOH溶液、濃硫酸,A項(xiàng)錯(cuò)誤;若去掉裝置C,鎂與氧氣反應(yīng)生成氧化鎂,對(duì)產(chǎn)品純度有影響,B項(xiàng)錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)先加熱C,通入一段時(shí)間空氣除去氧氣,然后再加熱D,C項(xiàng)正確;裝置E中堿石灰的作用是防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進(jìn)入裝置D與鎂粉反應(yīng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。
任務(wù)2　氮的固定
【新知生成】
一、概念
將空氣中　　　　轉(zhuǎn)化成　　　　　　　　叫作氮的固定,簡(jiǎn)稱固氮。
二、分類
氮的固定主要有　　　　和　　　　兩種方式。
三、途徑
1.生物固氮:N2NH3(或　　　　態(tài)氮肥)
2.高能固氮:N2　　　　……→硝酸鹽
3.人工固氮:N2
【答案】游離態(tài)的氮　氮化合物　自然固氮　人工固氮　銨　NO　NH3
【核心突破】
典例2　下列反應(yīng)屬于氮的固定的是(　　)。
①N2和H2在一定條件下合成NH3
②NO2和H2O反應(yīng)生成HNO3和NO
③Mg在N2中燃燒生成Mg3N2
④NO被空氣氧化為NO2
A.①② B.②③
C.①③ D.①④
【答案】C
【解析】氮的固定是將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物,①③符合題意。
【歸納總結(jié)】
固氮,游離態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)榛蠎B(tài)氮的過(guò)程包括:
訓(xùn)練2　中國(guó)科學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn),在常溫常壓和可見(jiàn)光下,基于LDH(一種固體催化劑)合成NH3的原理如圖所示。下列說(shuō)法不正確的是(　　)。
A.該過(guò)程將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成為化學(xué)能
B.消耗18 g水時(shí),將生成11.2 L O2
C.該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶3
D.該過(guò)程屬于氮的固定
【答案】B
【解析】由圖可知,該過(guò)程是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能,A項(xiàng)正確;該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2N2+6H2O4NH3+3O2,每消耗18 g水,將生成0.5 mol O2,但是沒(méi)有指明是標(biāo)準(zhǔn)狀況,因此O2的體積不一定是11.2 L,B項(xiàng)錯(cuò)誤;反應(yīng)中N元素的化合價(jià)由0變?yōu)?3,化合價(jià)降低,O元素的化合價(jià)由-2變?yōu)?,化合價(jià)升高,所以水為還原劑,氮?dú)鉃檠趸瘎?氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶3,C項(xiàng)正確;基于LDH合成NH3的過(guò)程是將氮?dú)廪D(zhuǎn)化為NH3的過(guò)程,屬于氮的固定,D項(xiàng)正確。
任務(wù)3　氮氧化物的性質(zhì)
【新知生成】
1.物理性質(zhì)
常溫下,NO為　　　　色、　　　　味的氣體,微溶于水;NO2為　　　　色、有　　　　氣味的氣體。兩者均　　　　毒。
2.化學(xué)性質(zhì)
①NO與O2反應(yīng):　 ;
② NO2與H2O反應(yīng):　 。
【答案】無(wú)　無(wú)　紅棕　刺激性　有　2NO+O22NO2　3NO2+H2O2HNO3+NO
【核心突破】
典例3　如圖所示,試管中盛裝的氣體呈紅棕色,當(dāng)?shù)箍墼谑⒂兴乃壑袝r(shí),試管內(nèi)水面上升,但不能充滿試管,當(dāng)向試管內(nèi)鼓入氧氣后,可以觀察到試管中水面繼續(xù)上升,經(jīng)過(guò)多次重復(fù)后,試管被水充滿,對(duì)原試管中盛裝的氣體說(shuō)法正確的是(　　)。
A.可能是N2與NO2的混合氣體
B.可能是NO氣體
C.可能是NO與NO2的混合氣體
D.只可能是NO2一種氣體
【答案】C
【解析】試管中盛裝的氣體呈紅棕色,那么一定有二氧化氮存在。根據(jù)題述現(xiàn)象可知,原試管中盛裝的氣體的成分可能為①NO2、②NO2和O2(少量)、③NO2和NO等。
【歸納總結(jié)】
1.氮的氧化物有N2O(笑氣)、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等,均為大氣污染物。
2.NaOH、Na2CO3等堿性溶液可吸收NO2和NO:
①2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O
②NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O
3.NH3、CO等還原性物質(zhì)也可去除NO2、NO污染。
訓(xùn)練3　Murad等三位科學(xué)家最早提出NO分子在人體內(nèi)有獨(dú)特功能,近年來(lái)此領(lǐng)域研究有很大進(jìn)展,因此這三位科學(xué)家榮獲了諾貝爾醫(yī)學(xué)及生理學(xué)獎(jiǎng)。最新研究表明:NO吸收治療法可快速改善SARS重癥患者的缺氧狀況,緩解病情。病毒學(xué)研究同時(shí)證實(shí):NO對(duì)SARS病毒有直接抑制作用。下列關(guān)于NO的敘述中正確的是(　　)。
A.NO是無(wú)色氣體,可用排空氣法收集
B.常溫下,氮?dú)馀c氧氣混合就可迅速產(chǎn)生NO
C.常溫下,NO很容易與空氣中的O2化合生成NO2
D.一定條件下,N2與O2反應(yīng)可以直接合成NO2
【答案】C
【解析】NO與O2反應(yīng),不能用排空氣法收集,A項(xiàng)錯(cuò)誤;N2、O2需要放電或高溫條件下才能生成NO,B項(xiàng)錯(cuò)誤;NO與O2常溫下就可以生成NO2,C項(xiàng)正確;N2與O2反應(yīng)先生成NO,NO再與O2反應(yīng)才能生成NO2,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
【課堂小結(jié)】
【隨堂檢測(cè)】
1.氮?dú)獾挠猛竞軓V泛,下列不屬于氮?dú)庥猛镜氖?　　)。
A.合成氨制作氮肥
B.充入燈泡作保護(hù)氣
C.液氮可作制冷劑
D.醫(yī)療上可作為危重病人的急救氣
【答案】D
【解析】氮?dú)馀c氫氣合成氨能用于制作氮肥,氮?dú)獬淙霟襞菘勺鞅Ｗo(hù)氣,液氮蒸發(fā)吸熱用作制冷劑,均屬于氮?dú)獾挠猛?氮?dú)獠痪哂袔椭粑男再|(zhì),醫(yī)療上不可作為危重病人的急救氣。
2.氮的固定是指(　　)。
A.植物從土壤中吸收氮肥
B.大豆的根瘤菌將含氮的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)
C.將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)變?yōu)榈幕衔?br/>D.硝酸和氨氣反應(yīng)生成氮肥
【答案】C
3.把少量NO2氣體通入過(guò)量小蘇打溶液中,再使逸出的氣體通過(guò)裝有足量的過(guò)氧化鈉固體的干燥管,最后收集到的氣體是(　　)。
A.氧氣 B.二氧化氮
C.二氧化氮和氧氣 D.二氧化氮和一氧化氮
【答案】C
【解析】少量NO2氣體通入過(guò)量小蘇打溶液中,發(fā)生反應(yīng):3NO2+H2O2HNO3+NO、HNO3+NaHCO3NaNO3+CO2↑+H2O,逸出的氣體是NO、CO2,二者物質(zhì)的量之比為1∶2,同時(shí)還有少量水蒸氣逸出,再使逸出的氣體通過(guò)裝有足量的過(guò)氧化鈉固體的干燥管,CO2與過(guò)氧化鈉反應(yīng)生成的O2再與NO反應(yīng)生成NO2,O2有剩余,同時(shí)逸出的少量水蒸氣與過(guò)氧化鈉反應(yīng)生成O2,所以最后收集到的氣體是NO2和O2。
4.自然界中氮的循環(huán)如圖所示。回答下列問(wèn)題:
　(1)過(guò)程①利用豆科植物的根瘤中的　　　　將空氣中的氮?dú)夤潭ㄏ聛?lái)。
(2)過(guò)程②中最重要的是合成氨工業(yè),其反應(yīng)的化學(xué)方程式為　 。
(3)過(guò)程③涉及多步反應(yīng),其中屬于固氮反應(yīng)的化學(xué)方程式為　 。
(4)生產(chǎn)氮素化肥的過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生氮的氧化物污染。已知:N2O3是一種酸性氧化物,請(qǐng)寫(xiě)出N2O3與NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式:　 。
【答案】(1)固氮菌　(2)N2+3H22NH3　
(3)N2+O22NO　(4)N2O3+2OH-2N+H2O
2

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