高中化学 第三章 自然界中的元素 第2节 氮的循环学案（2）鲁科版必修1.doc

第2节 氮的循环知识巧学升华 一、氮在自然界中的循环 1氮元素的存在：游离态和化合态。 2氮的循环 二、氮循环中的重要物质及其变化 1氮气与氮的固定 (1)N2的分子结构：N2是双原子分子，2个N原子之间共用3个电子对，使每个N原子都达到了稳定结构。2个N原子之间结合十分牢固，要破坏它，需要很多的能量。 (2)N2的化学性质 通常情况下，N2化学性质不活泼。在一定条件下，N2能跟O2或H2反应。 N2和O2的反应： N2和H2的反应 “”表示反应同时向正反应方向和逆反应方向进行。这样的反应被称为可逆反应。 N2与Mg的反应 3Mg+N2Mg3N2 (3)植物对氮的吸收和氮的固定 通常植物只吸收和 氮的固定：使空气中游离态的氮转化为可利用的含氮化合物的过程叫做氮的固定。简称固氮。游离态氮化合态氮，是氮的固定。如：N2NH3，N2NO等。 固氮 2氮的氧化物 （1）NO的两面性 NO是大气污染物：是造成光学烟雾的主要气体之一；NO还能与血红蛋白结合，使血红蛋白失去运O2能力。 NO是人体内的信使分子：NO在人体血管系统内具有传送信号的功能，NO能让体内某部位的信号传送到另一部位，人体离不开少量的NO。 （2）NO的合成反应 N2+O22NO 大多数化合反应是放热反应，但该反应却是吸热反应。 （3）NO的氧化反应 常温下，NO很容易被空气中的O2氧化为NO2 2NO+O22NO2 （无色） （红棕色） （4）NO2的性质 物理性质：NO2是红棕色易溶于水的有毒气体，有刺激性气味。 NO2溶于水的反应 该反应也是歧化反应，NO2既是氧化剂，又是还原剂。 NO2的自身聚合反应 2 （红棕色）（无色） （5）NOx+O2+H2O的反应 2NO+O22NO2 3NO2+H2O2HNO3+NO +2，消去NO得： 4NO2+O2+2H2O4HNO3 +2，消去NO2得 4NO+3O2+2H2O4HNO3 （6）N2O4的氧化作用 我国研制的火箭中，使用偏二甲肼（C2H8N2）作燃料，四氧化二氮作氧化剂，反应为 3氨与铵态氮肥 （1）氨的物理性质 NH3是无色、有刺激性气味的气体，密度比空气小，易液化，且极易溶于水。 （2）氨的化学性质 NH3与水反应 要点提示 注意此处空半格NH3是中学阶段所学的唯一碱性气体。氨水中有NH3、H2O、NH3H2O、OH等粒子,还有水电离出的H+。 NH3与酸反应 NH3+HClNH4Cl 浓盐酸易挥发，浓氨水也易挥发，二者相遇有白烟生成。 NH3的催化氧化 反应常使用铂(Pt)作催化剂。 这是工业上合成HNO3的一个重要反应。 知识拓展 注意此处空半格N-3H3中，N元素处在最低价，具有还原性。NH3可在纯净的O2和Cl2中燃烧：4NH3+3O22N2+6H2O2NH3+3Cl2N2+6HCl 8NH3+3Cl2N2+6NH4Cl (3)氮肥 氮肥的类别 铵态氮肥：主要成分是。硝态氮肥：主要成分是。有机氮肥：尿素CO(NH2)2。 铵态氮肥的储存：密封包装、置于阴凉通风处。 铵态氮肥的使用：埋在土下，不能与碱性物质(如石灰、草木灰)混合施用。 （4）铵盐的性质实验实验现象结论及化学方程式取少量NH4Cl固体放在试管中加热 白色固体逐渐减少，最后完全消失 在试管中上部出现白色固体 NH4Cl不稳定，受热分解 NH4ClNH3+HCl NH3和HCl遇冷又结合为NH4Cl，NH3+HClNH4Cl取少量NH4HCO3固体放在试管中加热，将生成的气体通入新制的石灰水中 白色固体逐渐减少，最后完全消失，放出无色有刺激性气味的气体 澄清石灰水变浑浊 NH4HCO3不稳定，受热分解 NH4HCO3NH3+H2O+CO2 Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O向NH4Cl固体中滴加10%的NaOH溶液，并将湿润的红色石蕊试纸靠近试管口放出无色、有刺激性气味的气体，使湿润的红色石蕊试纸变蓝色铵盐遇碱放出NH3NH4Cl+NaOHNH3+H2O+NaCl （5）尿素和复合肥 尿素CO(NH2)2 尿素是一种白色晶体，易溶于水，是目前含N量最高的化肥，不能被作物直接吸收，但肥效持久。 CO(NH2)2+2H2O2+ 尿素的合成反应为 复合肥：复合肥是指含有N、P、K中两种以上营养元素的化肥。如(NH4)2HPO4、NH4H2PO4等。 4硝酸及其应用 硝酸的主要用途：HNO3可用于制造炸药、染料、塑料、硝酸盐等。 硝酸的性质： （1）物理性质 纯净的硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体，熔、沸点低，密度比水大。 （2）化学性质 不稳定性：见光受热易分解 4HNO34NO2+O2+2H2O 光线越强、温度越高，HNO3越易分解。HNO3越浓，越易分解。 要点提示 注意此处空半格浓HNO3常呈黄色，是由于溶有NO2的缘故。 强氧化性： a与金属反应 能氧化Au、Pt、Ti以外的大多数金属。 要点提示 注意此处空半格硝酸与金属反应不生成H2，而是生成氮的氧化物。浓硝酸与金属反应被还原为NO2，稀硝酸与金属反应被还原为NO。氧化性：浓硝酸稀硝酸。 b与金属反应 加热条件下，浓HNO3还能将C、P、S等非金属氧化到最高价态。 S+6HNO3（浓）H2SO4+6NO2+2H2O 2P+10HNO3（浓）2H3PO4+10NO2+2H2O 钝化： 常温下，Fe、Al在浓HNO3中钝化表面形成致密氧化物保护膜，阻止了反应的进一步进行。 钝化是化学变化。可用铁制、铝制容器盛装浓HNO3。 如果加热，则氧化层被破坏，Fe、Al与HNO3反应剧烈。 要点提示 Fe、Al在稀HNO3中不钝化： Fe(不足)+4HNO3(稀) Fe(NO3)3+NO+2H2O 棕黄色 3Fe(过量)+8HNO3(稀)3Fe(NO3)2+2NO+4H2O 浅绿色 Al+4HNO3(稀)Al(NO3)3+NO+2H2O 三、人类活动对自然界氮循环和环境的影响 1活化氮 (1)N2是惰性的，可被植物吸收的和是活化氮的主要形态。 (2)人类的固氮活动使活化氮数量猛增，有利有弊。有利的是提高了农产品的产量；不利的是增大了温室效应，造成水体污染和酸雨。 光化学烟雾 汽车尾气中的氮氧化物与碳氢化合物经紫外线照射，发生反应形成的一种有毒的浅蓝色的烟雾，称为光化学烟雾。 酸雨：氮氧化物跟空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸，也是酸雨的成分。 水体富营养化：水体中N、P含量的增加，会导致藻类的“疯长”，迅速覆盖水面，使水生动物死亡。 水体中氮的主要来源：工业废水、生活污水、农田灌溉和淋洗、水产饵料、肥料等。 2氮对环境的影响和控制 （1）减少人类活动对自然界中氮循环的影响：一方面应控制进入大气、陆地和海洋的有害物质的数量，另一方面应增强生态系统对有害物质的吸收能力。因此，应保护森林，植树造林，促进全球氮的良性循环。 （2）减少氮氧化物对环境的影响：减少产生氮氧化物的活动，吸收和转化人类活动中产生的氮氧化物，减少氮氧化物向大气中的排放。问题思路探究 问题 图为什么能形成喷泉？如何使图中所示装置也顺利产生喷泉现象？ 思路:形成压强差是产生喷泉的关键，压强由负压差（如图和图）和正压差（火山爆发和城市广场中的人工喷泉）。 探究:图形成喷泉的原理：当挤压滴管的胶头，胶头滴管中的水进入烧瓶，大量的氨（约占挤入水体积的700倍）迅速溶解，使烧瓶内压强迅速减小形成负压，在外界大气压作用下，烧杯内的水迅速进入烧瓶形成喷泉。要使图装置也能形成喷泉，关键是一开始如何使烧瓶内形成负压，即找到形成喷泉的“诱因”。装置比较，本装置没有滴管，不可能有水“挤”入烧瓶内形成负压，就考虑让烧瓶中的氨气溶于烧杯的水中，所以考虑打开止水夹，用热毛巾捂烧瓶片刻，烧瓶中的氨受热压到烧杯中而迅速溶解，烧瓶内形成负压而形成喷泉。典题热题新题 例1将10 mL充满NO2和O2的混合气体的试管，倒置在水槽中，反应停止后试管内剩余2 mL无色气体，求原混合气中NO2和O2各多少毫升。 解析：剩余2 mL气体可能是NO或O2，分两种情况讨论： （1）剩余的是NO： 可以看作先发生反应：4NO2+O2+2H2O4HNO3。剩余的NO2又与水反应，最终有2 mL NO产生。由反应3NO2+H2O2HNO3+NO得剩余的NO2体积为2 mL3=6 mL。则原有O2体积为（10 mL6 mL）=0.8 mLNO2体积为10 mL0.8 mL=9.2 mL。 （2）剩余的是O2 则有10 mL2 mL=8 mL是NO2和O2的混合气体，根据反应：4NO2+O2+2H2O4HNO3。NO2的体积为8mL=6.4 mLO2体积为10mL6.4 mL=3.6 mL。 答案：（1）若剩余的是NO，则NO2和O2体积分别为9.2 mL和0.8 mL； （2）若剩余的是O2，则NO2和O2体积分别为6.4 mL和3.6 mL。 深化升华 注意此处空半格因为反应后剩余气体，所以，分析剩余气体的成分，一般来说，两种反应物，首先判断过量，然后根据完全吸收的反应关系计算： 二氧化氮完全被水吸收：4NO2+O2+2H2O4HNO3 一氧化氮完全被水吸收：4NO+3O2+2H2O4HNO3 容易出现的错误是：剩余2 mL气体可能是NO或O2，只计算一种情况，剩余NO2时忽略和水反应生成NO。 例2都能用右图所示装置进行喷泉实验的一组气体是（） AHCl和CO2BNH3和CH4 CSO2和CODNO2和N2 解析：只要能使烧瓶内外产生一定的压强差，气体与液体的组合就能形成喷泉。A选项中，HCl极易溶于水，CO2能完全溶于NaOH溶液中：2NaOHCO2Na2CO3H2O，或 NaOHCO2NaHCO3。B选项中，NH3极易溶于水，但CH4不易溶于水，也不与NaOH反应。C选项中，SO2能完全溶解在NaOH溶液中：2NaOHSO2Na2SO3H2O，或 NaOHSO2NaHSO3，但CO能与NaOH反应。D选项中，NO2能溶于NaOH溶液：2NO22NaOHNaNO3NaNO2H2O，如果N2含量大，也不能形成喷泉。 答案：A 深化升华 注意此处空半格只要充入的液体能使瓶内气体溶解与之发生反应，且使瓶内气体处于低压状态，就可以形成喷泉。 易溶于水的气体与水的组合； 酸性气体与碱液的组合； 碱性气体与酸液的组合； 有机气体与有机溶剂的组合。 例3往浅绿色的Fe（NO3）2溶液中逐滴加入稀盐酸时，溶液的颜色变化应该是（） A颜色变浅B逐渐变红色 C没有改变D变棕黄色 解析：Fe2和在溶液中可以大量共存，但加入盐酸后，在酸性条件下表现出强氧化性（即可认为H与结合成了HNO3），把Fe2氧化成Fe3，溶液由浅绿色变成棕黄色。 答案：D 深化升华 注意此处空半格解题时要注意题目中的隐含条件，很多离子在特定的条件下才会具备某种性质。如本题中有强氧化性是指在酸性条件下。