三-氮的循环知识点

1、氮的循环（空气中N2的体积分数约为-），N元素的非金属性比较强，为什么、氮在自然界中循环思考：氮在自然界中主要以游离态存在能在空气中以单质的形式稳定存在呢？分析：这与N2的结构有关，N2的电子式为 一"，存在氮氮三键，键能较大，破坏该键需要大量能量,故N2能稳定存在，若提供足量能量，N2可参与反应，如雷雨交加天气里，N2、O2在放电条件下可化合成 NO,这就是氮的固定。1、氮的固定使空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程叫氮的固定，简称固氮。正是通过氮的固定，开始了氮在自然界中的循环，氮的固定有自然固氮和人工固氮两种方式。2、自然固氮生物固氮：大豆、蚕豆等豆科植物的根部含有根瘤菌，能

2、把空气中的N2转变为硝酸盐，被植物吸收。故豆类植物不需要施用氮肥，这种固氮方式占整个自然固氮的90%。高能固氮：通过闪电等高能量途径把N2固定的方式为高能固氮。涉及到的反应主要有：赦电N2+ O2 2NO2NO + O2= 2NO?3NO2+ 出0= 2HNO 3+ NO可知，N2最终变成HN0 3,即正常的雨水略呈酸性。 HN0 3与土壤中的矿物作用，得到硝酸盐，被植物吸收， 这就是 雷雨发庄稼”的科学道理。3、人工固氮人们在工业生产中把 N2转化为氮的化合物的方法为人工固氮，又叫工业固氮。常见的方法有：(1)N2与 H2合成 NH3：苛谧咼压Ng+3 吐= 2 NH322催化剂该反应为工业

3、制hno3的基础反应。（2）仿生固氮：用某些金属有机化合物做催化剂，实现常温、常压固氮，这些金属有机物类似于根瘤菌，故 又叫仿生固氮，这是目前科学界较为关注的研究性课题。【例1】（双选题）下列反应起了氮的固定作用的是（）A .工业合成氨B . NO与O2反应生成NO2C. NH3经催化氧化生成NOD .由NH3制碳铵和硫铵E.盛夏时节，雷雨肥田，植物茂盛4、氮在自然界中的循环徽生物分解亘类植物中的根瘤菌£氨基釀蛋白嵐 微生物分解|人们在生产活动中也涉及到了氮的循环，其中主要是利用N2与H2合成工业中重要的生产原料 一一NH3,即人工固氮。涉及到两种很重要的物质：nh3、hno3。二、

4、氮循环中的重要物质及其变化1、氮气，常况下是一种无色无味的气体，难溶于水，通常无毒。氮气占空气体积总量的78.12%，是空气的主要成份。氮气的化学性质很不活泼，只在特殊条件下，才能以下反应。 与氧气反应：通常状况下氮气和氧气不反应，但在放电条件下，却可以直接化合生成NO。反应的化学方程式为： N2+O2闪电2N0 与氢气反应：在高温、高压、催化剂作用下，氮气和氢气可以反应制得氨气。反应的化学方程式为： N2 + 3H 2高温、冋压、催化剂.2NH 3此反应是工业合成氨的反应 与金属镁反应：金属镁可以在氮气中燃烧，生成氮化镁。反应的化学方程式为： 3Mg+N 2点燃Mg3N2（氮化镁）【例2】下

5、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，但氮气的化学性质很不活泼2、氮的氧化物（1）氮的氧化物简介：氮元素有 +1、+2、+3、+4、+5五种正价态，对应有六种氧化物氮的氧化物2O（笑气）NO （一氧 化氮）N2O3 （亚硝酸酐）NO2 （二氧 化氮）N2O4 （四氧化二氮）N2O5 （硝酸酸酐）氮兀素化合价氮氧化物都具有不同程度的毒性，它们也是是常见的大气污染物，以一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化物 是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。 汽车尾气中的氮氧化物与氮

6、氢化合物经紫外线照射发生反应形成的有毒烟雾，称为光化学烟雾。光化学烟雾具有特殊气味 ，刺激眼睛，伤害植物，并能使大气能见度降低。 氮氧化物与空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸，混入雨水中，会形成酸雨。【例3】下列环境问题与二氧化氮的排放有关的是（）A 酸雨B 光化学烟雾C.臭氧空洞D 温室效应（2）一氧化氮和二氧化氮除二氧化氮以外，其他氮氧化物均极不稳定，遇光、湿或热都会变成一氧化氮或二氧化氮，其中一氧化氮最终还 是会变为二氧化氮。因此，学习氮的氧化物应该重点关注一氧化氮和二氧化氮。 一氧化氮：是一种无色、无味的气体，难溶于水，有毒。在常温下与空气中氧气化合，生成二氧化氮，反应的 化学方程式为：

7、 2NO+O 2=2NO 2，一氧化氮结合血红蛋白的能力比一氧化碳还强，更容易造成人体缺 氧。【例4】下列关于一氧化氮的叙述正确的是（）A 一氧化氮是红棕色气体B 常温常压下，NO不能与空气中的氧气直接化合C .含等质量氧元素的NO与CO的物质的量相等D . NO易溶于水，不能用排水法收集 二氧化氮：是一种红棕色、有刺激性气味的气体，易溶于水，有毒。二氧化氮溶于水时，与水反应，生成硝酸和一氧化氮。反应的化学方程式3NO 2+H2O=2HNO 3+NO 二氧化氮在17C以下时，两个NO?分子会结合在一起，转化成 N2O4 （四氧化二氮），N2O4是一种无色气体，强 氧化剂，剧毒，且有腐蚀性，反应

8、的化学方程式为2NO2 *> N2O4【例5】二氧化氮与水反应的化学方程式为：3NO2+H2O=2HNO 3+NO，关于此反应的下列说法正确的是（）A .氮元素化合价没有发生变化B . NO 2只是氧化剂C. NO2只是还原剂D . NO 2既是氧化剂，又是还原剂（3）氮的氧化物溶于水的计算氮的氧化物溶于水的计算有以下几种情况： NO?溶于水时可依据：3NO2 + H2O =3HNO3+NO ,禾U用气体体积差值进行计算。NO2与NO、N2等的混合气体溶于水时，仍然依据：3NO2 + H2O 3HNO3+NO，利用气体体积差值进行计算。 NO2和。2的混合气体溶于水时，依据反应：3NO2

9、+H2O =2HNO 3 + NO 2NO+O2 =2NO2x 2 +可得总反应方程式：4NO2 + 02 +2H2O4HNO3由总反应：4NO2+ 02 +2H2O 4HNO3 可知，当体积比 V （NO：） : V （。2）= 4 : 1，恰好完全反应，无气体剩余。Y > 4 : 1 , NO2过量，剩余气体为 NO,体积为过量的 NO2的1 / 3。< 4：1 , 02过量，剩余气体为 。2。 N0和02同时通入水中时，其反应是：2NO+O22NO23NO2+H2O =2HN0 3 + NOx 3 +x 2可得总反应方程式：4NO+3O2+2H2O4HNO3由总反应：4NO+

10、3O2+2H 2O4HNO 3 可知，当体积比 V (NO ):V ( 02)厂=4:3恰好完全反应，无气体剩余。2 > 4:3 NO过量剩余NO。1 < 4:3 02过量，剩余气体为。2。三、人类活动对自然界氮循环的影响1、人工固氮数量增加：N2是惰性的，NH4+、NO3-为自然界中活化氮的主要形态 ，人工固氮使N2变为NH4+、NO3-，使氮的形态得以 活化。人工固氮主要表现在化学合成氮肥的数量迅速上升，豆科植物的栽种面积增大，人类的固氮活动使活化氮的数量大大增加，农产品产量得以提高。2、人类活动对环境的负作用：(2) 光化学烟雾：汽车打火过程中，会促使 经紫外线照射形成光化学

11、烟雾。(3) 酸雨：化石燃料燃烧排出的废气中含 HNO 2，使雨水呈酸性。(1) 人工固氮的过多增加，会破坏全球生态环境，改变空气各成分的组成，使与氮循环有关的温室效应进一 步加剧。N2与O2生成NO,故汽车尾气中含氮氧化物 (NOx)及碳氢化合物,SO2、NOx，与空气中的水作用逐渐变成 H2SO3、H2SO4、HNO 3>N、P等营养元素的含量增多，水体富营养化，使藻类植物疯长，水(4) 水体污染：肥料的过多使用，使水中 质变坏，形成 赤潮"或 水华"现象。所以，既要进行必要的氮的固定，促进工农业的发展，但又不能盲目扩大生产，破 坏生态平衡。同时要积极发展植树造林

12、业，使全球氮的循环形成一个合理的局面。三、NH3、HNO 3的重要性质1、NH 3的性质(1)喷泉实验水如图，在干燥的烧瓶中充满 NH3，胶头滴管和烧杯中盛放的液体物质都为水，且烧 杯中的水滴加几滴酚酞。先用弹簧夹夹住橡胶管，胶头滴管中的水挤到烧瓶中，打开弹 簧夹，观察现象。氨气物理性质无色有刺激性气味的气体，极易溶于水(1体积水溶解700体积喷泉实验利用氨气极易溶于水的特点可以设计一个特别有趣的实验一一喷泉实验：A、实验装置：如图 2所示，在干燥的圆底烧瓶里充满氨气，用带有玻璃管和胶头 滴管(滴管里预先吸入水)的塞子塞紧瓶口。立即倒置烧瓶，使玻璃管插入盛水 的烧杯里(水里事先加入少量的酚酞试

13、液)，本实验的实验装置搭建完成。引发喷泉实验开始的操作：挤压滴管的胶头，使胶头滴管中预先吸入的水进入烧A石蕊溶液B、瓶。C、是,氨气)，且与水能反应。来说就实验现象：烧杯内液体以喷泉形式进入烧瓶，且进入烧瓶后液体由无色变为红色。简单 烧瓶内形成红色喷泉。D、实验的基本原理(出现上述实验现象的原因)：禾U用氨气极易溶于水，或者利用气体与液体快速反应, 使烧瓶内外在短时间内产生较大的压强差，压强差可以将烧杯中的液体压入烧瓶内，在玻璃管尖嘴处形 成喷泉。另外，氨溶于水可用下列过程表示： NH 3 + H 2ONH 3 H 2ONH 4 +OH。这个过程中生成了碱性物质NH3H2O，遇酚酞试液变红。E

14、、实验结论：喷泉实验产生的喷泉直观地证明氨气极易溶于水，且与水反应生成了使溶液显碱性的物质(NH3 出0)。F、 像氨气与水一样，可以完成喷泉实验的物质组合还有：HCI与水、SO2与水、NO 2与水；CO2与NaOH 溶液，SO2与NaOH溶液， CI2与NaOH溶液氨气和氯化氢气体反应可生成氯化铵，该化学方程式为：NH3+HCI=NH 4CI反应现象为：生成大量的白烟。(此处白烟是氯化铵固体小颗粒)用途：可以用来检验氨气的存在氨气和硝酸反应可生成硝酸铵，该化学方程式为：NH3+ HNO3=NH 4 NO3氨气和硫酸反应可生成硫酸铵，该化学方程式为：2NH3+ H2SO4= (NH4)2SO4

15、C、氨与氧气反应的化学方程式为：4NH3+5O2高温、催化剂4NO+6H2O工业生产中，利用此反应制得 NO,然后在NO基础上可制得硝酸。 也就是说，此反应是工业制硝酸的反应之一。 氨气的实验室制法A、在实验室，常用加热固体铵盐和碱的混合物的方法来制取氨气，例如把固体氯化 铵和氢氧化钙的混合物加热可制得氨气。该化学方程式为： 2NH 4CI+Ca(OH) 2 CaCl2+2NH 3T +2H2OB、 反应装置：如图3所示C、 净化装置：干燥碱性气体一一氨气， 必须使用碱性干燥剂一一碱石灰(CaO和NaOH 的混合物)；浓硫酸、CaCl2、P2O5等其他干燥剂均不能干燥氨气。D、收集方法：氨气极

16、易溶于水，密度又比空气小，所以收集氨气要使用向下排 空气法，NH 3；或将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口,有白烟产生，也可以证明生成气体是NH3E、检验方法：用湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝色，则证明生成气体是F、 收集时，一般在管口塞一团棉花球，作用是减少NH3与空气的对流，确保收集到纯净的NH3G、实验室制取氨气的其他方法：在实验室有时也用加热浓氨水的方法得到氨气。化学方程式为NH3 H2O NH3 +H2O另外，把浓氨水滴入固体氢氧化钠中，也可以制得氨气。化学方程式为NH 3 H2O NH 3 T +H2O现象：烧杯中的液体喷入烧瓶中，形成红色的喷泉。(2)NH 3的性质和用途 N

17、H3极易溶于水(1 : 700)，且生成的NH3 H2O呈碱性。NH3 H2O= NH4+ + OH-故氨能与酸反应：NH3+ HCI = NH4CI2NH3+ H2SO4= (NH4)2SO4(NH3 不能用浓 H2SO4 干燥)。 NH3的催化氧化：高温4NH 3+ 5O2 ；川 4NO + 6H2O该反应是NH3制HNO3的反应之一，由NO为原料，可以按如下途径制取硝酸：2NO + O2= 2NO23NO2+ H2O = 2HNO3+ NO由于NO2 部分生成NO,故采用通入 O2的方法让NO转化为NO2,再生成HNO3,故可得NO?与。2完全 溶于水的反应为：4NO2+ O2+ 2H2

18、O= 4HNO3NO与O2完全溶于水转化为 HNO3的总反应为：4NO + 3O2+ 2H2O= 4HNO3 氮肥：NH3 与 H2SO4、HNO3、H2CO3、HCI 等生成的(NH4)2SO4、NH4NO3、NH4HCO3和 NH4CI 都为铵态氮肥。NH3 生成的HNO3与其它物质反应生成的硝酸盐为硝态氮肥，工业也用NH3合成尿素(CO(NH 2)2),CO(NH 2)2为有机态氮肥。(3) 铵盐(NH4+)的性质性质：铵盐的不稳定性：AANH4HCO3 NH3T+ H2O + COzfNH4CI NH3T+ HCl f推断题中经常用到上述反应，NH4HCO3、NH4CI分解后固体物质完

19、全消失，尤其是NH4CI分解生成的 NH3和HCI又可以化合成NH4CI，典型现象是加热时固体消失，但又在试管口得到固体，现象类似于加热碘固体， 但加热NH4CI为化学变化，加热碘为物理变化。性质：铵盐与碱反应+ - NH4 + OH NH3f+ H2O常温下：NH4+ OH-55 NH3 H2O可知，铵态氮肥不能与碱性物质混合，如碳铵不能与草木灰(主要成分为K2CO3，水解显碱性)同时使用，否则易降低肥效。实验室也可利用上述性质制NH3,加热固体NH4CI与Ca(OH)2的混合物即可产生氨气，反应为：A2NH 4CI + Ca(OH) 2 CaCI2 + 2NH 3 f+ 2H2O2、HNO

20、3的性质及其应用实验探究：通过实验分析 HNO 3的性质(注意，应用手在瓶口轻轻扇动 )。HNO3小液滴，可以看到白雾现象 )。HNO3、稀HNO3,用蘸有NaOH溶液的棉花封HNO3的试管中有红棕色气体生成，盛稀HNO3的实验1:取一瓶浓硝酸，打开瓶口，观察现象，并闻气味 现象：瓶口有白雾出现，并闻到有刺激性气味。结论：浓HNO3易挥发(挥发的HNO3结合空气中的水形成 实验2 :两支试管中分别放入一小块铜片，然后分别加入浓 住试管口。现象：两支试管中 Cu片都逐渐溶解，溶液为绿色，盛浓试管中有无色气体生成，在管口逐渐变成红棕色。结论：Cu 与浓 HNO3生成 Cu(NO3)2、NO2，与稀

21、 HNO3生成 Cu(NO3)2、NO。实验3:在盛浓HNO3的试管中加入 Fe片、AI片，观察现象，然后加热，再观察现象。 现象：常温下 Fe、AI在浓HNO3中不反应，加热时 Fe、AI溶解并有红棕色气体生成。 结论：Fe、AI常温下在浓HNO3中钝化，加热时反应生成 NO?。实验4:在盛浓HNO3的试管中加入碳粉，加热。现象：碳粉溶解，生成红棕色气体。结论：加热时C与浓HNO3反应。根据上述实验，可总结出 HNO 3的性质：发烟硝酸”。工业浓HNO3往往呈(1) 纯净的浓hno3为无色，易挥发，有刺激性气味的液体，故浓硝酸又叫 黄色，是因为HNO3分解放出的 NO2溶于HNO3呈现的颜色

22、。受执或见光4HNO34NO2 f+ O2 f+ 2H2O故浓HNO3保存于棕色试剂瓶，防止 HNO3见光分解。HNO3能与绝大多数金属反应：浓HNO3都生成NO2，稀HNO3生成NO。Cu + 4HNO 3(浓)=Cu(NO 3)2+ 2NO2 f+ 2H2O3Cu + 8HNO 3(稀)=3Cu(NO3)2+ 2NO + 4出0AFe+ 6HNO 3(浓)Fe(NO3)3+ 3NO2 f+ 3H2OFe、AI常温下在浓硝酸中会钝化。该部分会出现复杂题目，浓 HNO3随反应进行到一定程充，变为稀HNO3后，生成NO气体，故得到NO?、NO的混合气体。（3）HNO 3能与非金属单质反应AC+

23、4HNO 3（浓）4NO2f+ CO2 f+ 2H2OAS+ 6HNO2（浓）H2SO4 + 6NO2 f+ 2H2OAP+ 5HNO3（浓）H3PO4 + 5NO2 T+ H2O总结：由以上可知，HNO3为强氧化性酸，能与大多数还原剂反应。含氮物质色、态、味密度溶解性毒性N2 （氮气）无色、无味的气体与空气相当难溶于水无毒NO （一氧化氮）无色、无味的气体与空气相当难溶于水有毒NO2 （二氧化氮）红棕色、有刺激性气 味的气体比空气大可溶于水，且能与 水反应有毒NH3 （氨气）无色、有刺激性气味 的气体比空气小可溶于水，且能与 水反应有毒铵盐（如氯化铵、 硝酸铵等）都疋白色日日体均易溶于水HN

24、O 3 （硝酸）纯净的硝酸是无色透 明、易扌车发、有刺激 性气味的液体比水大易溶于水本身无毒，但易分解成有毒的NO 2【例题分析】例1、工业上硝酸的制备和自然界中硝酸的生成既有相同的地方，又有区别。路线是工业生产硝酸的 主要途径，路线I、n、川是雷电高能固氮过程中硝酸的生成途径。 N 2 _ NH3 * N 0 1* N 0 ： HHO3< IlIIII（1）写出各变化的化学方程式 。（2）硝酸生产过程中排放出来的一氧化氮是大气污染物之一。目前有一种治理方法，是在400 C左右且有催化剂存在的情况下，用氨把一氧化氮还原成无色无毒气体（填名称）直接排入空气中，有关反应的化学方程式为。HNO

25、3的反应原理方程式，同 NH3与NO反应的方程式。解析：本题主要考查雷电高能固氮和人工固氮的不同点及相同点，熟练掌握工业制 时能意识到工业生产中应尽量减少对空气的污染，从化合价变化的角度分析出答案:（1）工业生产HNO3的途径:N2+ 3H高温高压X22NH3；4NH 3+ 5。2 ；1 4NO + 6H2O ;2NO + O2= 2NO2;3NO2+ 出0= 2HNO3+ NO雷电咼能固氮：N? + O22N0,其余方程式相同。4J0*C(2) 氮气,4NH3+ 6NOW5N2+ 6H2O例2、A、B、C、D、E、F、G、H、I、J等10种物质与生命运动相关或与环境、能源等问题有关。它们之

26、间在一定条件下存在如图所示的关系。180200 *C加压请回答：(1) C的名称及反应、共同的化学、生物学意义是什么？(2) 与反应有关的环境公害是什么？分析其中D所起的作用。(3) 与物质H有关的环境公害是什么？美国目前是世界上造成这种环境公害最严重的国家，你认为美国政府 未能解决导致这种公害的两大主要问题是什么？(4) 写出反应的离子方程式，并指出该化学反应的意义。(5) 1997年美国三位科学家因发现物质D具有多种生理学功能而荣获诺贝尔生理学和医学奖。请问：物质D是系统中传递信号的分子，在体内可松弛 ，有助于调节 。治疗心绞痛的药物硝化甘油之所以具有 的生理作用，是由于硝化甘油在人体体液

27、中的酶作用下缓慢氧化自发释放出D分子，同时生成CO2和H20。写出该氧化还原反应的方程式。解析：本题考查了 N2及含氮化合物的相互转化，与物理、生物进行了适当的综合。关键要掌握含N物质的转化规律。答案：(1 )根瘤菌；均发生 固氮”反应，即将空气中游离态氮转化为化合态氮，并最终为土壤、植物所吸收，促进植 物的生长，实现着自然界周而复始的氮循环”保持着生态平衡，使生命得以延续；(2) 臭氧层被破坏；催化作用；(3) 溫室效应”发电厂、机动车辆；mam'皿7+站，使尿素转化为铵态氮，易被作物吸收；(5) 心血管；血管平滑肌；血压；扩张血管；CC<NH2)2+2HQ-微生物 T 2NH

28、/+CO尹【达标练习】1、下列反应起了氮的固定作用的是（）A、N2和H2在一定条件下合成氮B、NO?和 出0反应生成HN0 3和NOC、Mg在空气中燃烧生成 Mg3N2D、NO被空气氧化成 NO?2、 下列各组气体，在通常情况下能共存，并都能用浓H2SO4干燥，也能用碱石灰干燥的是（）A、NH 3、出、N2B、N2、出、O?C、HCl、CI2、CO2D、O2、SO?、H2S3、 用一充满氨气的烧瓶作喷泉实验，当水充满整个烧瓶后，烧瓶内的氨水的物质的量浓度是（按标准状况下 计算）（）A、0.045mol/LB、1 mol/LC、0.029 mol/L D、不能确定4、 在实验室里可按如下图所示的

29、装置来干燥，收集气体R,多余的气体可用水来吸收。则R是（）D、NH35、将下列固体在隔绝空气的密闭容器中用酒精灯加热，加热过程中发生了化学反应，但冷却后又聚集为原来物质的是（）A、碘片B、氯化铵C、碘化铵D、碳酸钠6、 将mgNH3通过氨氧化法完全制成硝酸，且将硝酸全部溶解在反应中生成的水里制成浓HNO3,其质量百分比浓度为（）A、77.8%B、50%C、63.5% D、98%7、 在下列反应中，HNO3既表现出氧化性，又表现出酸性的是（）A、H2S+ 2HNO3= SJ+ 2NO2T+ 2H2OB、CuO+ 2HNO3= Cu（NO3）2+ H2OAC、4HNO34NO2f+ O2 T+ 2H2OD、3Cu+ 8HNO3= 3Cu（NO3）2 + 2NOT + 4出0&木炭屑与浓HN