高中化学 第3章 第2节 自然界中氮的循环氮气课件 鲁科版必修1.ppt

第2节氮的循环第1课时自然界中氮的循环氮气一氧化氮和二氧化氮 1 通过自然界中的氮循环 了解氮循环的基本过程 认识氮循环中的重要物质 2 了解氮气的性质 了解氮的固定的相关知识 3 了解氮的氧化物 一氧化氮和二氧化氮 的物理性质和化学性质 了解自然界中形成硝酸的过程 一 氮在自然界中的循环1 自然循环 2 人类活动对氮循环的影响 1 氮气 氮肥 硝酸等含氮化合物 2 燃烧反应产生的 参与氮的循环 硝酸盐 氮的氧化物 氨 氮的氧化物 二 氮气1 氮气的性质 工业上常用氮气和氢气反应合成氨 此反应是可逆反应 无 无 难 相近 78 n2 o22no 2 氮的固定 1 概念 使空气中 的氮转化为 的过程 2 主要分类 自然固氮 如高能固氮 生物固氮等 人工固氮 如 仿生固氮 等 游离态 含氮化合物 合成氨 三 一氧化氮和二氧化氮1 氮的主要氧化物 no no2 2 一氧化氮和二氧化氮的比较 no no2 2 4 无色 红棕色 无味 刺激性气味 3no2 h2o 2hno3 no 2no o2 2no2 思考辨析 1 判断正误 1 氮在自然界中的循环主要生成硝酸盐 无其他类别物质生成 分析 氮在自然界中的转化过程除了生成硝酸盐之外 还有铵盐 氨气生成 2 一氧化氮与氧气的反应属于氮的固定 分析 氮的固定是指游离态氮转化为化合态氮的过程 一氧化氮不是氮的游离态 3 氮气既有氧化性又有还原性 分析 氮气中氮元素的化合价处于中间价态 既能被氧化又能被还原 4 氮气与足量氧气在一定条件下反应可直接生成二氧化氮 分析 氮气与氧气在放电条件下反应只能直接生成一氧化氮 5 不需要利用化学反应就可以鉴别二氧化氮和一氧化氮 分析 二氧化氮是红棕色气体 一氧化氮是无色气体 可以从外观上鉴别 2 问题思考 1 试根据氮及其化合物间的相互转化分析俗语 雷雨发庄稼 的化学原理是什么 分析 会发生如下反应 n2 o22no 2no o2 2no2 3no2 h2o 2hno3 no 生成的硝酸随雨水降到地表 与地面的矿物质发生反应 形成被植物吸收的硝酸盐 促进植物的生长 2 一定条件下将1mol氮气与3mol氢气通入密闭容器使之完全反应 能生成2mol氨气吗 分析 不能 氮气与氢气反应是可逆反应 可逆反应的反应物不可能完全转化为生成物 知识链接 密度密度是单位体积的某种物质的质量 一般认为空气的平均相对分子质量为29 相对分子质量小于29的气体的密度比空气小 如氢气 氨气等 相对分子质量大于29的气体的密度比空气大 如二氧化氮 二氧化碳等 仿生固氮模仿生物将大气中的氮固定的功能 使氮气转化成氨 再进一步转化为硝酸盐等化合物 一 氮氧化物的转化及有关计算 1 no no2no具有还原性 能与氧气反应生成二氧化氮 反应方程式为2no o2 2no2 将盛有一氧化氮气体的试剂瓶的瓶塞打开 会发现瓶口变红棕色 2 no2 no二氧化氮易溶于水且能与水反应生成一氧化氮 1 反应的化学方程式为3no2 h2o 2hno3 no 2 反应现象 反应后气体体积减少为原来的三分之一 气体颜色由红棕色变为无色 3 反应特点 反应中二氧化氮既是氧化剂又是还原剂 每3mol二氧化氮参加反应转移2mol电子 二氧化氮不是酸性氧化物 4 有关计算 no2 no2与n2的混合气体 溶于水时 可根据反应3no2 h2o 2hno3 no 利用气体体积的变化差值进行计算 例 氮气和二氧化氮混合气体20ml通入水中 气体的体积缩小为16ml 则原混合气体中二氧化氮的体积v可通过以下关系求得 3no2 h2o 2hno3 no v3ml2mlv4mlv 6ml 知识备选 二氧化氮做喷泉实验后的浓度二氧化氮气体在水中的溶解度较大 可做喷泉实验 标准状况下盛满二氧化氮气体的烧瓶中所得硝酸溶液的物质的量浓度为1 22 4mol l 1 与盛满氯化氢的烧瓶中所得的盐酸溶液的物质的量浓度相等 学而后思 1 实验室制取一氧化氮能用排空气法收集吗 提示 不能 一氧化氮能与空气中的氧气反应生成二氧化氮 应用排水法收集一氧化氮 2 如何除去一氧化氮气体中的二氧化氮杂质 提示 将混合气体通入盛水的集气瓶洗气 二 氮的氧化物与氧气的混合气体溶于水的计算氮的氧化物与氧气的混合气体溶于水时 发生反应的最终结果可用化学方程式表示为4no 3o2 2h2o 4hno34no2 o2 2h2o 4hno3 1 no2或no2与n2 非o2 的混合气体溶于水时 可根据反应 3no2 h2o 2hno3 no 利用气体体积的变化差值进行计算 2 no2和o2的混合气体溶于水时 此时的反应可表示为 4no2 o2 2h2o 4hno3 3 no和o2同时通入水中时 此时的反应可表示为 4no 3o2 2h2o 4hno3 知识备选 氮氧化物与氧气的混合气体溶于水后产物的判断利用原子个数比分析氮氧化物与氧气的混合气体溶于水的反应方程式 4no2 o2 2h2o 4hno3和4no 3o2 2h2o 4hno3中的 4no2 o2 和 4no 3o2 从组成上均相当于 n2o5 的组成 也就是n o的原子个数比符合2 5时 氮的氧化物和氧气均无剩余 这两种情况均可利用混合气体中n o的原子个数比来分析 学而后思 1 标准状况下 现将盛有no2和o2体积比为4 1的混合气体的烧瓶倒扣于水槽中充分反应后 烧瓶内无气体剩余 所得溶液中溶质的物质的量浓度是多少 提示 假设no2的物质的量为4mol 由原子守恒n hno3 4mol c hno3 0 036mol l 1 2 一支充满no2和o2混合气体的试管倒立于水槽中 试管内剩余1 8体积的气体 求no2与o2的体积比是多少 提示 此题分两种情况 若o2过量 则反应的no2和o2为7 8体积 设反应的氧气体积为x 则4x x 7 8 x 7 40 即no2占7 10体积 o2占3 10体积 no2与o2的体积比为7 3 若no2过量 因二氧化氮与水反应实际剩余一氧化氮 则剩余1 8体积的气体为no 过量的no2为体积 反应的no2和o2为5 8体积 设反应的氧气体积为x 则4x x 5 8 即o2占1 8 no2占7 8 no2与o2的体积比为7 1 类型一氮的氧化物 典例 将盛有氮气和二氧化氮混合气体的试管倒立于水中 经过足够长时间后 试管内气体的体积缩小为原来的一半 则原混合气体中氮气与二氧化氮的体积比是 a 1 1b 1 2c 1 3d 3 1 解题指南 解答本题时应注意以下2点 1 氮气不溶于水 2 二氧化氮溶于水 气体体积减少 可用差量法解题 解析 选c 设原混合气体体积为v no2的体积为x 根据反应 3no2 h2o 2hno3 no v3l2lxv 2x 3v 4n2体积为v 4 氮气与二氧化氮的体积比是1 3 误区警示 本题易错误认为混合气体缩小的体积即二氧化氮的体积 而忽略了二氧化氮与水反应后剩余气体体积为原二氧化氮体积的三分之一 名师点评 讲解本题时应注意以下2点 1 本题重在考查学生对二氧化氮与水反应的前后变化的分析 2 解答本题时可设混合气体的总体积为v 用差量法进行列式计算 变式训练 下列关于氮的氧化物的叙述正确的是 a 一氧化氮无毒b 二氧化氮溶于水可制得一氧化氮c no no2互为同素异形体 且no是汽车尾气的有害成分之一d 一氧化氮易溶于水 不能用排水法收集 解析 选b 一氧化氮是难溶于水 有毒的气体 可用排水法收集 a d项错误 二氧化氮与水反应可制得一氧化氮和硝酸 b项正确 no与no2都不是单质 故不可能是同素异形体 c项错误 变式备选 发射 天宫 一号的运载火箭 其推进剂引燃后发生剧烈反应 产生大量高温无色气体 co2 h2o n2 no 从火箭尾部喷出 但在发射现场看到火箭尾部喷出大量红棕色的气体 产生红棕色气体的原因是 a no遇空气生成no2b 高温下n2遇空气生成no2c co2与n2反应生成co和no2d no和h2o反应生成h2和no2 解析 选a 从产生的气体中可以看出能产生红棕色的情况就是no遇空气生成no2 类型二氮的氧化物与氧气的混合气体溶于水 典例 2013 榆林高一检测 用排水法收集12mlno于试管中 然后向倒立于水槽中的该试管内间歇地通入共12mlo2 下面的说法中正确的是 a 剩余nob 剩余no2c 试管中气体为红棕色d 试管内气体先变为红棕色 后红棕色消失 反复几次 最后剩余无色气体 解题指南 解答本题要注意以下2点 1 剩余气体只可能是no或o2不可能是no2 2 具体计算时可利用总反应式4no 3o2 2h2o 4hno3计算 解析 选d 向no中间歇通入o2发生的反应为2no o2 2no2 3no2 h2o 2hno3 no 合并两个反应得 4no 3o2 2h2o 4hno3 等体积的no和o2反应最后剩余o2 名师点评 讲解本题时应注意以下3点 1 强调有关no no2 o2混合气体与h2o反应后剩余气体问题 因no2与h2o反应 no与o2反应 所以剩余的气体只可能为no或o2中的一种 绝对不会剩余no2 2 强调no o2 h2o三者的反应 是反应2no o2 2no2和反应3no2 h2o 2hno3 no的循环过程 最终的计算可直接根据总反应方程式4no 3o2 2h2o 4hno3进行计算 3 强调解答氮氧化物与o2溶于水的计算题 注意氮氧化物与o2的量的关系 互动探究 1 若将通入o2的体积改为6ml 剩余气体是什么 体积是多少 提示 根据4no 3o2 2h2o 4hno3知6mlo2可消耗8mlno 剩余气体是no 体积是4ml 2 若将题中的12mlno换作54mlno2 剩余气体是什么 体积是多少 提示 根据总反应式4no2 o2 2h2o 4hno3可知12mlo2可消耗48mlno2 no2过量6ml 根据3no2 h2o 2hno3 no剩余气体为2mlno 变式训练 同温同压下 在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体 它们是 no和no2 no2和o2 nh3和n2 现将3支试管均倒置于水槽中 充分反应后 试管中剩余气体的体积分别为v1 v2 v3 则下列关系正确的是 a v1 v2 v3b v1 v3 v2c v2 v3 v1d v3 v1 v2 解析 选b no不与水反应 设原有no no2各3体积则由反应3no2 h2o 2hno3 no知3体积的no2与h2o反应后 变为1体积no 此时剩余no的总体积与原来气体的体积比为4 6 由反应4no2 o2 2h2o 4hno3可知等体积的no2和o2混合溶于水时 o2过量 若二者皆为4体积则剩余3体积o2 与原来总体积的比为3 8 n2不与水反应 nh3与h2o完全反应 气体剩余体积为原来一半 显然有v1 v3 v2 变式备选 某活动小组利用如图装置验证no的还原性及探究工业生产硝酸的原理 装置气密性已检查完毕 1 从导管a通入一定量的novl v 0 05 气体体积已换算为标准状况 停止通入no后关闭k1 k3 打开k2 从导管b缓缓通入o2 可观察到的现象是 写出对应现象的化学反应方程式 当通入氧气的体积为vl时 则广口瓶 中剩余的气体体积为 2 继续通入o2 并打开k3 当广口瓶 中刚好充满液体时 所得溶液的物质的量浓度为 mol l 1 解析 no遇到o2 生成红棕色的no2 no2遇水又生成无色的no 化学方程式相加可得4no 3o2 2h2o 4hno3剩余气体体积为v 3l生成n hno3 n no v 22 4l mol 1 c hno3 v 11 2mol l 1 答案 1 气体先变为红棕色 然后逐渐变淡2no o2 2no23no2 h2o 2hno3 nov 3l 2 v 11 2 1 下列关于n2性质的叙述中 错误的是 a 任何物质在n2中均不能燃烧b 氮气既具有氧化性又具有还原性c 将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定d 氮是活泼的非金属元素 但是氮气的化学性质很不活泼 解析 选a mg可以在氮气中燃烧 a不正确 氮气中氮元素的化合价位于中间价态 所以既具有氧化性又具有还原性 b正确 氮气转变成含氮化合物的过程是将游离态转化成化合态的过程 属于氮的固定 c正确 因氮气是双原子分子 且两个氮原子是以三个共用电子对结合在一起的 所以氮气的化学性质不活泼 d正确 2 双选 下列有关氮的氧化物的说法正确的是 a 氮的氧化物都有毒b 实验室制取二氧化氮能用排空气法收集 也能用排水法收集c 一氧化氮有还原性d 二氧化氮能与水反应生成硝酸 二氧化氮是酸性氧化物 解析 选a c 二氧化氮密度比空气大 能用排空气法收集 二氧化氮与水反应 不能用排水法收集 二氧化氮不是酸性氧化物 3 2013 周口高一检测 no2与水的反应可表示为 3no2 h2o 2hno3 no 关于此反应的下列说法中正确的是 a 氮元素的化合价没有发生变化b no2只是氧化剂c no2只是还原剂d no2既是氧化剂 又是还原剂 解析 选d 由于在3no2 h2o 2hno3 no的反应中 no2中n元素的化合价有一部分从 4价升至 5价 而有一部分从 4价降到 2价 故no2既是氧化剂又是还原剂 4 起氮的固定作用的化学反应是 a n2与h2在一定条件下反应生成nh3b no遇o2转化为no2c no2与水反应生成hno3d nh3溶于水形成nh3 h2o 解析 选a 氮的固定指游离态氮转化为化合态氮的过程 5 氮是地球上含量丰富的一种元素 氮及其化合物在工农业生产 生活中有着重要作用 请回答下列问题 1 氮气主要用于合成氨 由此制造化肥 硝酸和炸药等 写出工业合成氨反应的化学方程式 2 下列有关氮元素的说法正确的是 a 氮气因为其化学性质不活泼 可以用作保护气 比如充填食品包装 充电灯泡 保存贵重书画等b 医学上常用液氮作冷冻剂 在冷冻麻醉条件下做手术 是利用氮气化学性质的不活泼性c 氮 磷 钾是植物生长必需的营养元素d 工业上用no2与水反应制取硝酸时 水作还原剂 3 豆科植物种植时不需施加氮肥的原因是 4 在一定条件下氨气亦可用来将氮氧化物转化为无污染的物质 写出氨气和二氧化氮在一定条件下反应的化学方程式 解析 1 工业合成氨即工业固氮 其化学方程式为n2 3h22nh3 2 选a c b项 液氮汽化时需要吸收大量的能量 使周围环境温度降低 与其化学性质不活泼无关 d项 no2与水反应时 水既不是氧化剂又不是还原剂 3 豆科植物根瘤上的一些细菌能够在常温常压的低能量条件下 把空气中氮气转化为含氮化合物 作为肥料供作物生长使用 4 根据质量守恒定律结合题目信息可知 氨气和二氧化氮反应后生成的无污染的物质为