2019-2020年高一化学自然界中的元素 氮的循环.doc

2019-2020年高一化学自然界中的元素 氮的循环一. 教学内容： 第3章 第2节 氮的循环二. 教学目的1. 能简要说明氮循环的基本过程，知道固氮的本质以及生物固氮和人工固氮这两种固氮形式。2. 了解氮循环过程中的重要物质以及人类活动对氮循环和环境的影响（知道酸雨、光化学烟雾和富营养化等环境问题）3. 能列举含氮元素的单质及其化合物了解氮气、氨气、铵盐及硝酸的主要物理性质和化学性质，知道NH的检验方法和氨气的实验室制法，能书写相关反应的化学方程式。三. 教学重点、难点 氮气、氨、铵盐和硝酸的性质四. 知识分析空气中的主要物质？植物生长需要的主要元素？（一）氮在自然界中的循环和存在形式1. 氮元素在自然界中的存在形式自然界中氮元素存在的形式一种是游离态，如N2，一种是化合态，如铵盐、硝酸盐、氨、蛋白质等。2. 氮在自然界中的循环（1）氮在自然界中的循环的基本过程自然界里，空气的氮气转化为植物可以直接吸收含氮化合物的两种主要形式，豆科植物的根瘤菌把N2转化为硝酸盐；闪电使少量N2与O2化合生成NO，随之变为硝酸随降水进入土壤和水体。植物的根从土壤中吸收铵盐、硝酸盐，经过复杂的生物转化，形成了各种氨基酸，氨基酸最后变成蛋白质。动物以植物为食而获得植物蛋白，并将其转化为动物蛋白，动物遗体中的蛋白质被微生物分子分解成铵离子、硝酸根和氨，又回到了土壤和水体中，被植物再次吸收利用。（2）氮循环的重要意义由于存在着氮元素的循环，其他生命元素的循环，以及水的循环，地球的生命才生生不息，生机勃勃。 （二）氮循环的重要物质及其变化1. 氮气（1）物理性质无色无味的难溶于水的气体；密度比空气小，在空气中约占总体积的78%，占其它质量的75%。（2）分子结构两个氮原子之间的强烈作用，要破坏这种牢固的结合，需要很高的能量。常温下，N2的化学性质很不活泼，但在高温、放电、点燃等条件下能与O2、Mg、H2等反应。（3）化学性质与O2反应：N2+O22NO 与H2反应：N2+3H22NH3 与Mg的反应：N2+3MgMg3N2 温馨提示：由于N2的化学性质不活泼，所以N2与其它物质的反应，需特别注意标明条件。N2和O2反应后，“最初产物”是NO，而不是NO2。一般情况下，N2不能燃烧，也不助燃，但Mg条却可以在N2中燃烧。（4）用途：a.保护气b.液氮作深度冷冻剂c.合成氨等思考：相同质量的镁条分别在O2、N2和空气中充分燃烧，所得固体产物的质量m1，m2，m3由大到小的顺序是 （解答：m1m3m2 ）重要补充：氮的固定概念：使空气中游离的氮转变为含氮化合物的方法。分类：自然固氮和人工固氮可逆反应概念：在相同条件下，能同时正反两个方向进行的反应，为可逆反应，化学方程式中用“”代替“”。特点：相同条件下，相反方向的两个化学反应；与化学反应有关的各种物质共存，如N2+3H2 2NH3反应体系中就存在N2、H2、NH3分子。2、氮的氧化物NO、NO2的重要性质（1）物理性质NO：无色无味难溶于水的气体 有毒NO2：红棕色有刺激性气味的气体 有毒（2）化学性质 2NO+O22NO2 6NO+4NH35N2+6H2O3NO2+H2O2HNO3 NO 6NO2+8NH37N2+12H2O （3）计算中用到的两个重要化学方程式4NO+3O2+2H2O4HNO3 ；4NO2+O2+2H2O4HNO3思考： NO有毒，为什么在1992年被世界著名学术期刊科学（Seience，美国）评为明星分子？NO2为什么能使多种织物退色，损坏多种织物和尼龙制品，对金属和非金属材料也有腐蚀作用？实验室如何收集NO、NO2？为什么？解答：NO作为一种神经系统的信使分子，在使血管扩张、免疫、增强记忆力等方面有着及其重要的作用。 NO2溶于水生成了硝酸，使织物退色、腐蚀材料。 收集NO用排水法，收集NO2用向上排空气法；前者易与氧气反应，后者易与水反应3、氮的氢化物NH3（1）分子结构立体结构（三角锥形）（2）物理性质无色、有刺激性气味的气体，标况下密度为0.771gL1，比空气轻，极易溶于水（1:700），且快速溶解，易液化得液氨，液氨气化时要吸收大量的热，使物质的温度急剧下降，所以液氨常用作制冷剂。关于喷泉实验：氨气能形成喷泉的本质原因是氨极易溶于水。用教材中的装置进行喷泉实验，引发水上喷的操作是挤压胶头滴管，使少量水进入烧瓶。该实验的原理是，少量水进入烧瓶时，氨迅速溶解，瓶内压强迅速降低，水在外界大气压作用下，压入烧瓶。如果把胶头滴管去掉，如何引发水上喷？氨溶解于水不是简单的溶解过程，有化学反应，生成碱性物质。（3）化学性质氨与水的反应 NH3+H2O NH3H2O说明：氨的溶解中更重要的是生成了NH3H2O，但溶质为NH3氨的水溶液显弱碱性，NH3H2O NH4+OH氨水易挥发，要密封保存，对许多金属有腐蚀作用，不能用金属容器盛装。氨水的密度小于水的密度，且质量分数越大，密度越小。氨水的成分：NH3、H2O、NH3H2O、NH4+、OH H+氨与HCl反应NH3+HClNH4Cl练习：写出NH3与硝酸、硫酸、磷酸的化学方程式解答：NH3+HNO3NH4NO3；2NH3+H2SO4(NH4)2SO4；3NH3+H3PO4(NH4)3PO4)氨与某些盐溶液的反应FeCl3+3NH3H2OFe(OH)3+3NH4Cl ；MgCl2+2NH3H2OMg(OH)2+2NH4Cl 氨的还原性a. 氨与O2的反应催化氧化：4NH3+5O24NO+6H2O ；与纯O2反应 ： 4NH3+3O22N2+6H2Ob. 与Cl2反应氨气不足（Cl2过量） 2NH3+3Cl2N2+6HCl 氨气足量 8 NH3+3Cl2N2+6NH4Cl c. 与CuO的反应 2NH3+3CuO3Cu+N2+3H2O（可用于制N2）小结：NH3是唯一能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，可用于氨气的检验氨水与液氨为不同物质，氨水为混合物，液氨为纯净物;NH3为非电解质，而NH3H2O为弱电解质。与浓氨水靠近，能产生白烟现象的物质：挥发性酸如浓HNO3、浓HCl 酸性气体HCl、HBr、HI、H2S等；Cl2。但浓H2SO4、浓H3PO4因难挥发而无此现象。NH3可在纯氧中燃烧，不是在空气中燃烧，故NH3不属于可燃烧气体。4. 铵盐的主要性质（1）概念：由铵根离子和酸根离子组成的盐（2）物理性质：都是无色晶体，都易溶于水（3）化学性质受热易分解a. 热不稳定酸的铵盐为NH3和酸的分解产物NH4HCO3NH3+CO2+H2O（对热不稳定酸：H2CO3、H2SO3、H2SiO3）b. 挥发性酸对应的铵盐的分解产物是NH3和相应的酸 NH4ClNH3+HCl（挥发性酸：HCl、HBr、H2S、HI）c. 高沸点酸的铵盐的分解产物为NH3和相应的酸 (NH4)3PO43NH3+H3PO4d. 氧化性酸的铵盐的分解产物随温度而异 2NH4NO32N2+O2+4H2O与碱反应 NH4Cl+NaOHNaCl+NH3+H2O（4）NH4+的检测： 在未知溶液中加入强碱并加热，用湿润的红色石蕊试纸检验，若试纸变蓝，则证明原溶液中含NH4+思考：铵盐都能受热分解，能不能用此种方法检验NH4+的存在？铵盐与浓碱溶液，铵盐与稀碱溶液反应并加热，铵盐与稀碱溶液反应不加热的离子方程式有何不同？解答：不能。生成氨气、生成氨气、生成一水合氨。5. 硝酸的重要性质（1）物理性质：纯HNO3是无色，易挥发（沸点83），有刺激性气味的液体。易溶于水密度比水大，常用的浓HNO3质量分数为69%，98%的硝酸称“发烟硝酸”）（2）化学性质酸的通性特性 a. 不稳定性： 4HNO34NO2+O2+2H2O并且越多越易分解b. 强氧化性：浓硝酸可以与不活泼金属如铜、银等以及碳、磷等非金属反应。说明：浓、稀HNO3均有强氧化性 氧化性：浓HNO3稀HNO3金属与硝酸反应不产生H2，而是与浓硝酸反应生成NO2，与稀HNO3生成NO4HNO3（浓）+CuCu(NO3)2+2NO2+2H2O8HNO3（稀）+3Cu3Cu(NO3)2+2NO+4H2O小知识：常温下浓HNO3可使铁、铝表面形成致密的氧化物膜而钝化，（浓H2SO4也有此性质）因此可用铁、铝容器盛放浓H2SO4、HNO3。氧化性酸和酸的氧化性：酸的氧化性是指H+的氧化性；氧化性酸是酸根离子中心原子获得电子的性质。思考：分别将盛有浓HCl，浓H2SO4，浓HNO3的烧杯置于空气中，其中质量增加的是 ，质量减少的是 ，原因分别是 。浓HNO3为什么常是黄色？ 浓HNO3如何保存？解答：浓H2SO4；浓HCl、浓HNO3；浓H2SO4有吸水性，吸收空气中的水蒸气；浓HCl、浓HNO3都有挥发性。浓硝酸易分解产生NO2，NO2溶于水显黄色；浓硝酸通常保存在棕色瓶中，置于冷暗处。【典型例题】例1. 下列过程属于人工固氮的是（ ） A. 分离液态空气制氮气B. 闪电时N2 转化为NO C. 合成氨 D. 豆科作物根瘤菌将N2 转化为NH3 答案： C 解析：该题目考查氮的固定知识，将空气中游离态的氮转化为化合物的方法，统称为氮的固定，分为自然固氮和人工固氮，B、D 属于自然固氮，C属于人工固氮。点评：本题属于基本概念应用题例2. 采用不同的分类方法，可将非金属氧化物分为不同的类别。例如，从某种意义讲P2O5、SO2、SO3、CO2、Cl2O7等归为一类，则下列氧化物中与它们同属一类的是（ ）A. COB. NOC. N2O5D. NO2 答案： C 解析：本题考查了基本概念。题目中所给氧化物都是酸酐，而所给选项中CO、NO、NO2 都是不成盐氧化物，只有N2O5 是硝酸的酸酐。点评：解答本题关键是从题干中准确分析、判断、归纳出几种物质的共同规律，分析选项时，明确非金属氧化物可能是酸性氧化物，也可能不是。结合平时积累的知识解决问题。例3. 有关氨的性质的叙述中正确的是（ ） A. 氨不能在空气中燃烧 B. 氨水呈碱性 C. 氨气和酸相遇能产生白色烟雾D. 在反应 NH3 + H+ NH4+ 中，氨失去电子被氧化 答案：AB 解析：氨只能在纯氧中燃烧，不能在空气中燃烧，A 正确；因为NH3H2ONH4+OH-，故氨水呈碱性，并视为一元弱碱，B 正确；氨气只有与挥发性酸相遇才能生成白烟，C错； 反应NH3 + H+ NH4+为非氧化还原反应，D错。综上分析，本题答案为A、B。点评：氨是一种重要的物质，学习中应全面掌握氨的重要性质。例4. 为了测定某铜银合金的成分，将30.0 g 合金溶于80 mL 13.5 molL-1的浓HNO3中，待合金完全溶解后，收集到气体6.72 L (标准状况)，并测得溶液中c(H+)1molL-1。假设反应后溶液的体积仍为80 mL，试计算： （1）被还原的HNO3 的物质的量； （2）合金中银的质量分数。 答案：（1） 0.3 mol （2）36% 解析：（1） HNO3 被还原生成NO 或NO2 气体 ， 因此产生的气体的物质的量即是被还原的HNO3 的物质的量。 n 6.72 L/ 22.4Lmol-10.3mol （2）反应后溶液中c(H+) 1molL-1， 说明硝酸过量。 参加反应的HNO3 为 (13.5molL-1 -1molL-1)0.08L1mol，设合金中Cu的物质的量为x， Ag的物质的量为y则得：解得： x0.3mol y0.1mol则合金中银的质量分数为：（0.1mol108g/mol）/30.0g 36%点评：本题是硝酸的性质、氧化还原反应、混合物的计算等多方面综合题，解决此类问题，既要准确掌握相关基础知识，还要准确分析化学过程，灵活选择解题方法。属要求较高的题目。【模拟试题】一、选择题 （每题有1或2个正确答案）1. 铜粉放入稀硫酸中，加热后无现象，当加入一点钠盐后，铜粉质量减少，新加入的盐可能是下列中的（ ） A. 氯化物 B. 硫酸盐 C. 硝酸盐 D. 磷酸盐2. 通常状况下能共存，且能用浓硫酸干燥的一组气体是（ ） A. H2、O2、N2 B. O2、NO、NO2 C. H2、N2、NH3 D. NH3、HCl、NO2 3. 下列关于硝酸的叙述正确的是（）A. 稀硝酸是弱酸，浓硝酸是强酸 B. 铜与浓硝酸和稀硝酸都能反应生成二氧化氮 C. 浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂 D. 稀硝酸与活泼金属反应放出氢气，而浓硝酸则使金属钝化4. NH4HCO3 在试管中加热，使放出的气体依次通过盛有足量过氧化钠的干燥管，足量浓H2SO4 的洗气瓶，最后得到的气体是（ ） A. NH3 B. O2 C. H2O D. CO25. 在一定条件下，将等体积的NO 和 O2 的混和气体置于试管中，并将试管倒立于水槽的水中，充分反应后剩余气体的体积约为原总体积的（ ） A. 1/4 B. 3/4 C. 1/8 D. 3/86. 下列反应中硝酸既表现氧化性又表现酸性的是（ ） A. H2SO3 与稀HNO3 反应 B. 铁和热的浓HNO3 C. Ag 和稀硝酸共热 D. Fe(OH)3 和稀HNO3 7. 在Fe、Cu的混合物中，加入一定量的稀HNO3 并微热。充分反应后剩余金属ag。再向其中加入一定量的稀盐酸并加热，充分振荡后还剩金属bg ，则（ ）A. a 可能等于b B. a 一定等于b C. a 可能小于b D. a 一定大于b 8. 在一定条件下，将m体积NO和n体积O2 同时通入倒立于水中且盛满水的容器内，充分反应后，容器内残留m/2 体积的气体，该气体与空气接触后变为红棕色，则m与n的比值为（ ） A. 3:2 B. 2:3 C. 8:3 D. 3:89. 用铜锌合金制成的假金元宝欺骗行人的事件屡有发生。下列不易区分真伪的方法是（ ） A. 测定密度 B. 放入硝酸中 C. 放入盐酸中 D. 观察外观10. 某金属单质跟一定浓度的硝酸反应，假定只有单一的还原产物。当参加反应的金属与被还原的HNO3 的物质的量之比为2：1 时，还原产物是（） A. NO2 B. NO C. N2O D. N2 二、填空题 11. 有一瓶无色混和气体，是由HCl、O2、NH3、NO、CO2、N2中的某些气体组成。把混和气体通过浓硫酸后，气体体积明显减小； 剩余气体通过碱石灰后，气体体积又明显减小； 最后，剩余气体接触空气时，立即变为红棕色。由此可见，原混和气体中，一定含有_，一定不含_(提示: NH3 可与H2SO4 反应而被吸收，而干燥时与CO2 不反应)。12. 在硝酸生成过程中所排放出来的废气中含有NO 和NO2 ， 它们污染环境。现在氨通过催化还原法将它们转化为无毒气体_直接排入空气中。写出有关的反应方程式：_。假设NO和NO2 物质的量之比恰好为1:1，则两者的混合物相当于一种酸酐。写出由烧碱溶液吸收这种酸酐的化学方程式_。13. 根据你学习的有关氨的知识，完成下面的问题。（1）合成氨对化学工业具有重要意义。写出氨的两种重要用途_；_。（2）实验室制备氨气，下列方法中最适宜选用的是_。 固态氯化氨加热分解 固体氢氧化钠中滴加浓氨水 氯化氨溶液与氢氧化钠溶液共热 固态氯化氨与氢氧化钙混和加热三、计算题14. 将32.64 g 铜与140 mL 一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生的NO和 NO2 混和气体在标准状况下的体积为11.2 L，请回答： （1）NO 的体积为_L ，NO2 的体积为_L； （2）待产生的气体全部释放后，向溶液中加入VmL amol/L的NaOH 溶液，恰好使溶液中的Cu2+ 全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为_mol/l； （3）欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH 溶液中全部转化为NaNO3， 至少需要30的双氧水_g。参考答案一、选择题1. C 2. A 3. C 4. B 5. C 6. BC 7. D 8. C 9. D 10. C 二、填空题 11. NH3 CO2 NO ； O2 HCl12. N2 ； 6NO2 +8NH3 7N2 +12H2O 6NO + 4NH3 5N2 +6H2O ； NO +NO2 + 2NaOH 2NaNO2 +H2O 13. （1）制化肥 制硝酸（液氨作制冷剂） （2）三、计算题：14. （1）5.8 5.4 （2）(a V10-3 +0.5)/0.14 （3）57.8