高中化学 3.2 氮的循环 教案2 鲁科版必修1.doc

第2节 氮的循环【教学目标】1、了解氮循环的基本过程，认识氮循环过程中的重要物质；通过了解生物固氮和人工固氮方式，认识氮气在一定条件下能够与氧气氢气发生反应。2、掌握一氧化氮和二氧化氮的性质。了解自然界中形成硝酸的过程。3、认识氨气的溶解性、氮气与水的反应及氨的还原性。通过认识铵盐的性质，了解铵态氮肥的生产使用问题。4、通过了解人类活动对氮循环的影响，知道酸雨、光化学烟雾和富营养化等环境问题，了解如何减少氮氧化物的排放，树立环境保护的意识。 【教学重点】知识重点：1、氮的固定方式；2、n2、no2、no、nh3、nh4+、hno3的性质及应用；3人类活动对氮循环的影响。方法重点：应用氮循环中的各类物质间的反应关系和氧化还原反应，探讨物质的性质、以及含有相同元素的物质之间的相互转换。【教学难点】氮循环中的重要物质硝酸及其氧化性。【教学时间】3课时【教学过程】第一课时【联想质疑】闪电是大家非常熟悉的自然现象。你知道在雷电交加的时候，空气里的氮气和有关的含氮化合物发生了哪些化学反应？产生了哪些物质？这些化学反应和所产生的物质对人类的生产和生活有什么意义？【板书】一、氮在自然界中的循环【阅读】阅读课本内容：一、氮在自然界中的循环，分析氮在自然界中的循环示意图。从动植物体，自然界中的雷雨放电、人类的活动三方面分析氮在自然界中的循环。【设问】氮的循环涉及到地球上生物圈的各个方面，那么氮循环中的重要物质有哪些并发生怎样的变化呢？【板书】二、氮循环中的重要物质及其变化1、氮气与氮的固定【讲解】所以在通常状况下，由于氮分子结构稳定，氮气的化学性质不活泼，很难与其它物质发生反应。但在一定条件下，也可以与氧气、氢气等反应。【思考】“雷雨发庄稼”包含了什么化学原理？【引导分析】空气中氮气在高压电作用下与氧气发生化学反应生成no，no与氧气反应转化成no2，no2与雨水反应生成hno3，生成的hno3随雨浇入土壤，同土壤中的矿物质作用，形成被植物吸收的硝酸盐类，使土壤从空气中吸收养分，使庄稼受益。有关方程式如下：【板书】n2+o2 2no；2no+o22no2 ；3no2+h2o2hno3+no【讲解】氮循环中的物质有多种氧化物，如n2o、no、n2o3、no2、n2o4等(氧化物中氮元素的化合价为1、2、3、4、5)。其中no 、no2均为有毒毒气体，是大气污染物。no为无色不溶于水的气体，它与人体的血红蛋白结合的能力比co还强；另外，它在生物学方面有独特的作用。no分子作为一种传递神经信息的“信息分子”，在使血管扩张、免疫、增强记忆力等方面有及其重要的作用。1992年，no 分子被世界著名杂志science评为明星分子。no2为红棕色易溶于水的气体。在通风厨内打开盛no的集气瓶，会观察到无色气体迅速变为红棕色。【讨论】1、植物只能利用化合态的氮，有哪些方式可使空气中的氮气转化为化合态的氮？2、什么叫氮的固定？有哪些方式？【讲解】学生讨论后讲解。氮的固定是指使空气中的游离态的氮转化为含氮化合物的方法。氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式。自然固氮有：高能固氮和生物固氮等。人工固氮的方式有合成氨和仿生固氮。高温、高压催化剂nh4+、no3-是自然界中活化氮氮的主要形态。氮气是惰性的，只有通过自然固氮和人工固氮两种方式而活化。【板书】n2+ 3h2 2nh3【讲解】可逆反应是指在相同条件下能同时向正反两个方向进行的反应。【思考】有人说，“氢气和氧气化合生成水，水可分解为氢气和氧气，所以反应：h2+o2 =2h2o为可逆反应”。你认为这句话对吗？【阅读】化学与技术：氨的合成。【例题】雷雨天气，雷鸣电闪是日常生活中司空见惯的现象。假设某次雷电放出能量约为1.5107kj。在闪电过程中，空气中的氮气和氧气直接化合，已知1mol氧气和1mol氮气化合时要吸收180.74kj的能量，闪电时有1/1000的能量用于这一反应。回答：（1）此次闪电所产生的no的物质的量有多大？（2）此次雷雨闪电的生成物相当于给土壤施了多少尿素化肥？（3）雷雨中常会有微量的hno3为农作物所利用，用化学方程式解释hno3形成过程 。【解析】（1）依题意可知，闪电放出的能量为1.5107kj，1mol o2与1mol n2化合生成2mol no并吸收180.74kj能量，因此，此次闪电生成的no物质的量：166mol。（2）由于2mol no能生成lmol co(nh2)2（氮原子守恒），则尿素的总物质的量为1661/2mol，尿素的总质量m4.98kg。此次雷雨闪电相当于给土壤施了4.98kg化肥。（3）空气中氮气在高压电作用下与氧气发生化学反应生成no，no与氧气反应转化成no2，no2与雨水反应生成hno3，生成的hno3随雨浇入土壤，同土壤中的矿物质作用，形成被植物吸收的硝酸盐类，使土壤从空气中吸收养分，使庄稼受益。答案（1）166mol（2）4.98kg（3）n2+o2 2no；2no+o22no2 ；3no2+h2o2hno3+no【随堂练习】1下列说法不正确的是a氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在。b氮元素是构成生命的基本元素c大气、陆地和水体中的氮元素在不停的进行着氮的循环。d仿生固氮是一种自然固氮2生物固氮是指a植物从土壤中吸收含氮养料b豆科植物的根瘤菌将氮气转变为氮的化合物作为养料吸收c将氮转变为硝酸及其它氮的化合物d反硝化细菌将硝酸转变为氮气放出3下列变化中不属于氮的固定的是a工业上合成氨 b一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮c豆科作物的根瘤菌使空气中的氮转化为氨 d由氨制备碳酸氢铵和硫酸铵4关于no的下列叙述不正确的是ano不溶于水，是一种大气污染物 bno是一种红棕色的有毒气体cno结合血红蛋白的能力比co还强 dno与氧气反应生成no2，体现其还原性5发射卫星的运载火箭，其推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷出。引燃后产生的高温气体主要是co2、h2o、n2、no,这些气体均为无色，但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红烟，产生红烟的原因是a高温下氮气遇空气生成no2 bco2与no反应生成co和co2cno与空气生成no2 dno和h2o反应生成h2和no2 6现有等体积混合而成的四组气体：no2+no、no2+o2、hcl+n2、no+n2，将其分别通入体积相同的试管并立即倒立在足量的水中，试管内水面上升的高度分别为h1、h2、h3和h4，其中高度关系是 a.h2h3h1h4 b.h3h2h1h4c.h1h2h3h4 d.h1h2h3h47一氧化氮是大气污染物之一。目前，有一种治理方法在400左右、有催化剂存在的情况下，用氨将一氧化氮还原为氮气和水。该反应的化学方程式为 ，氧化剂为 ，还原剂为 ，氧化产物与还原产物的质量比为 。8实验室合成氨装置如图所示，试回答：装置甲的作用是：_ _，_ _，从乙处导出的气体是_ _，检验产物的简单化学方法是_ _。9一种气态氮的氧化物112ml（标准状况），质量为0.38g，其组成里含氧63.16%，其化学式是 。10将一收集满15mlno2气体的试管倒立于水槽中，可观察到哪些现象？反应后剩余什么气体？其体积为多少？第二课时【思考】1、氨的喷泉实验说明了什么？产生喷泉的条件是什么？怎样才能保证喷泉实验的成功？2、草木灰是很好的钾肥，但为什么不能与铵态氮肥混合使用呢？【板书】2、氨与铵态氮肥（1）氨【观察思考】演示实验：氨的喷泉实验。【归纳】板书：氨的物理性质。氨是氮循环中的重要物质，是无色有刺激性气味的气体，比空气轻，在常温、常压下1体积水可溶解700体积的氨。氨溶于水可用下列过程表示：nh3+h2o nh3h2o nh4+oh-，所得溶液称氨水，呈弱碱性性。【思考】喷泉是一种常见的自然现象，其产生原因是存在内外压强差。1、喷泉实验成功的关键是什么？2、氨的喷泉实验说明了什么？【引导分析】喷泉实验成功的关键是：装置气密性好且干燥；气体要收集满氨的喷泉实验体现了氨具有下列性质：氨极易溶与水，溶液呈碱性。【讨论】氨气、液氨、氨水、一水合氨是不是一回事？它们之间有哪些区别？【板书】氨的化学性质：与水反应。nh3+h2o nh3h2o nh4+oh-，【观察思考】演示实验：用一玻璃棒蘸取浓氨水靠近另一根蘸有浓盐酸的玻璃棒，观察现象。【引导分析】与酸反应：氨与酸反应生成相应的铵盐。用一玻璃棒蘸取浓氨水靠近另一根蘸有浓盐酸的玻璃棒，可观察到冒白烟，反应化学方程式为nh3+hcl = nh4cl，利用此方法可检验氨气的存在。nh3与盐酸、硫酸、硝酸反应的实质均可用离子方程式表示为nh3+h= nh4【思考】根据氨中氮元素的化合价为-3，推断氨具有什么性？【引导分析】氨中氮元素的化合价为-3，所以氨具有还原性。氨的催化氧化反应：，这是工业上制备硝酸的基础。【板书】氨的用途。【阅读】氨的用途由学生阅读后总结，指出氨是氮肥工业和硝酸工业的重要原料。【板书】（2）铵盐的性质【讲述】氨是氮肥工业和硝酸工业的重要原料。化学氮肥主要包括氨态氮肥、硝态氮肥和有机态氮肥尿素co(nh2)2【观察思考】演示实验：铵盐的性质1、加热氯化铵固体的实验。2、加热碳酸氢铵固体的实验。3、氯化铵固体与氢氧化钠溶液反应的实验。【归纳】铵盐都是晶体，都易溶于水。铵盐的主要化学性质有：受热容易分解。如： nh4cl nh3+hcl；nh4hco3 nh3+co2+h2o通入石灰水中，变浑浊。铵盐与碱共热都能生成氨气，如：nhoh nh3h2o 利用该性质可检验nh的存在。因此铵态氮肥不能与碱性物质如草木灰等混合使用。【思考】利用铵盐与碱共热都能生成氨气，实验室中如何制取氨气？【板书】氨气的实验室制法：（发生装置与氧气的相同）【边讲边板书】实验室中可以用熟石灰和氯化铵固体共热制nh3。反应的化学方程式：2nh4cl+ca(oh)2 2nh3+cacl2+2h2o用向下排空气法收集nh3，用湿润的红色石蕊试纸靠近集气瓶口，观察到试纸变蓝色，证明氨气已收集满，用碱石灰来干燥nh3。【思考】干燥氨气为什么不用浓硫酸？【阅读】资料在线：尿素和复合化肥。【例题】一种盐x和naoh溶液反应，生成一种有刺激性气味的气体y，将y经一系列氧化，再溶于水可得一种酸z，再将y和z反应又可生成x，则盐x是( )。a. nh4no3 b. nh4cl c. (nh4)2so4 d. (nh4)3po4naoho2o2h2onh3【解析】由以下转化关系：nh4no3 nh3 no no2 hno3 nh4no3(x) (y) (z) (x)可知x是nh4no3【答案】a【随堂练习】1.有关氨的性质叙述中正确的是a. 氨具有还原性 b. 氨极易溶于水，氨水显碱性c. 氨气和酸相遇都能产生白烟 d.在反应nh3+h+nh4+中，氨失去电子被氧化2.氨水中存在的粒子有nh3nh3h2oh2ooh-nh4+h+a. 只有 b. 只有c. 有 d. 有3.关于铵盐性质的叙述：铵盐都易溶于水铵盐都是白色固体 铵盐受热易分解铵盐都能与碱反应，且加热后一般有氨气放出铵盐都能与酸反应。其中，你认为哪个不应是铵盐所共有的a. b. c. d. 4.体积不相同的三个烧瓶中分别盛满了nh3、hcl和no2，将它们倒扣在水槽中充分溶解后，塞住瓶口取出，烧瓶内三溶液物质的量浓度之比为a. 1：1：1b. 2：2：3c. 3：3：2d. 无法判断5.将可能混有下列物质的硫酸铵样品13.2g， 在加热条件下与过量氢氧化钠溶液反应，可收集到气体4.3l（标准状况），则该样品内不可能含有的物质是 a.碳酸氢铵和硝酸铵 b.碳酸铵和硝酸铵 c.氯化铵和碳酸氢铵 d.氯化铵和碳酸铵6.喷泉是一种常见的自然现象，其产生原因是存在内外压强差。在下图装置中，烧瓶中充满干燥气体a，将滴管中的液体b挤入烧瓶内，轻轻振荡烧瓶，然后打开弹簧夹f，烧杯中的液体b呈喷泉状喷出，最终几乎充满烧瓶。则a和b分别是 a(干燥气体)b(液体)ano2 h2o bcl2 4mol/lnaoh溶液cno h2o dhcl 1mol/lnaoh溶液 7.限用一种试剂，经过一次实验(可加热)就能鉴别：na2co3、（nh4）2so4、nh4cl、kno3四种无色溶液。供选择的试剂有：agno3溶液，naoh溶液、ba(oh)2溶液、盐酸该试剂是 。所发生反应的离子方程式、实验现象和被鉴别的物质分别记录如下：序号实验现象反应的离子方程式被鉴别的物质(1)(2)(3)8.某同学设计并探究氨在催化剂作用下，被空气中氧气氧化的实验，他设计了如图装置。实验方法：在锥形瓶中加入浓氨水，然后将铂丝加热到红热状态，再插入锥形瓶中，观察现象。（1）该同学探究氨的催化氧化，他选择浓氨水是因为： 。若想快速看到实验现象，应向浓氨水中加入 或进行 操作。（2）你推测他将看到的现象是 ，有关方程式为： 。 第三课时【思考】1、硝酸、盐酸、硫酸是工业三大强酸，硝酸与其它酸相比有哪些重要的特性？2、人类活动对自然界氮的循环和环境产生了哪些影响？【板书】3、硝酸及其应用【展示】展示硝酸试剂瓶，观察。【归纳】物理性质：纯净的硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。98以上的硝酸在空气中发雾。【板书】化学性质：【讲解】硝酸除了具有酸的通性以外，还有以下特性：【思考】久置的浓硝酸常呈黄色，为什么？【板书】不稳定性。【边讲边板书】硝酸受热或见光易分解，化学方程式为：4hno3 4no2+o2+2h2o，因此硝酸应保存在棕色色瓶里，放在阴凉处；浓硝酸分解出的no2部分溶于硝酸而呈黄色。【思考】为什么可用铝制容器来盛浓硝酸？【板书】强氧化性。【讲解】硝酸能与除金、铂、钛以外的大多数金属反应，产物与硝酸的浓度有关。通常，浓硝酸与金属反应生成的气体主要是no2，稀硝酸与金属反应生成的气体主要是no。铜与浓硝酸、稀硝酸的反应：【板书】cu+4nho3(浓)=cu(no3)2+2no2+2h2o3cu+8hno3(稀)=3cu(no3)2+2no+4h2o【讲解】在常温下，铁、铝等金属能与稀hno3反应，但在浓hno3中发生钝化现象，故可用铝制容器来盛浓硝酸。另外，浓硝酸在加热条件下，还能与碳、硫、磷等非金属反应。【板书】碳与浓硝酸的反应：c +4hno3 4no2+co2+2h2o【讲解】另外，硝酸也能氧化某些还原性的化合物。【思考】什么叫光化学烟雾？什么是赤潮？全球人工固氮所产生活化氮数量的增加，对生态环境带来哪些问题？【板书】三、人类活动对自然界氮循环和环境的影响【阅读】课本7778页，人类活动对自然界氮循环和环境的影响【展示】展示下列有关图片并讲解。1、温室效应2、酸雨的危害3、光化学烟雾4、水体富营养化：赤潮【交流研讨】1、如何减少人类活动对自然界中氮循环的影响？2、如何减少氮氧化物对环境的影响？【小节】硝酸的性质硝酸的性质氨的性质铵盐的性质氮气的性质氮的固定酸雨光化学烟雾富营养化接触含氮元素的物质自然现象：闪电氮在自然界中的循环引出氮循环中的重要物质人类活动对自然界氮循环和环境的影响氨与氨态氮肥氮气与氮的固定硝酸及其应用【例题】38.4mg铜跟适量的浓硝酸反应，铜全部作用后，共收集到22.4ml(标准状况)气体，反应消耗的hno3的物质的量可能是( )a.1.010-3mol b.1.610-3mol c.2.210-3mol d.2.410-3mol【解析】据题意，浓硝酸是适量的，而不是过量的，尽管开始产生的是no2气体，随着反应的进行，硝酸浓度逐渐降低，气体将由no2变为no，22.4ml(标准状况)气体应是no2与no的混合物.解法一：设产生no2的cu的物质的量为x，产生no的cu的物质的量为y。 cu+4nho3(浓)=cu(no3)2+2no2+2h2o1 4 2x 4x 2x3cu+8hno3(稀)=3cu(no3)2+2no+4h2o3 8 2y y y据题意，则有x+y= 2x+y= 联立、解得：x=0.4510-3 mol y=0.1510-3 mol故 n(hno3)=40.4510-3 mol +0.1510-3 mol =2.210-3mol解法二：铜与硝酸的反应中，硝酸起两个作用：酸性和氧化性。据此由氮原子守恒，也即反应消耗的硝酸中的氮元素在生成物中存在于cu(no3)2、no、no2中，所以硝酸的物质的量等于气体的物质的量与硝酸铜物质的量的两倍之和.n(hno3) = n(被还原的hno3) +n(酸性的hno3) =n(气体)+2n(cu(no3)2)=+2=2.210-3mol.【答案】c【随堂练习】1、造成光化学烟雾的有害气体主要是a. 二氧化碳、碳氢化合物 b. 一氧化氮和二氧化氮 c. 二氧化硫 d. 氟氯烃2治理太湖污染是我国目前重要的环保工程，措施之一是在太湖流域推广无磷洗衣粉，这是继无氟冰箱，无铅汽油推广以来又一重要“绿色化工产品”，下列关于磷污染说法正确的是a. 磷是营养元素，促进鱼类大量繁殖 b. 磷是有毒物质，杀死水中的