氮的循环教案

氮的循环教案

-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

第2节氮的循环

1氮在自然界中的循环

1.自然界中氮元素循环示意图

大气中的

有机氮硝酸盐

TzKl

2.主要形式

（1）游离态一化合态

①是豆科植物根部的根瘤菌，把氮气转变为硝酸盐等含氮化合物；

②放电条件下，与氧气结合为氮氧化合物，并随降水进入水体中；

③合成氨工厂、汽车发动机都可以将一部分氮气转化成化合态。

（2）化合态一游离态：硝酸盐在某些细菌作用下转化成氮气。

（3）化合态一化合态：化石燃料燃烧、森林和农作物枝叶燃烧所产生的氮氧化

合物通过大气进入陆地和海洋，进入氮循环。

【领悟•整合】

氮是维持高等私植物生命活动的必须元素，因此，氮的循环涉及到地球上生物圈

的各个方面。人类活动也在逐渐的影响到氮循环。所以，认识氮的循环，就把我们将

要学习的物质置于“氮的循环”这个大的背景下，将会更有利于同学们掌握氮及其化

合物的性质。

3.氮气与氮的固定

（1）氮气的物理性质：无色无味气体，难溶于水，与空气密度相近。

（2）氮气的化学性质：

【知识•链接】

氮气属于双原子分子，两个氮原子之间的作用非常强。因此，氮气分子稳定，化

学性质不活泼，但要注意，可一旦吸收能量变为N原子则性质较活泼。在高温或放

电时可与某些物质反应，N表现为既有氧化性，又有还原性。

2

①与。2的反应

在放电条件下，氮气跟氧气能直接化合生成无色的一氧化氮（NO）。反应

式为：N2+O22NO

说明：在雷雨天气，汽车的发动机中均可以发生该反应。在该反应中，N2

表现出还原性。

②与也反应

高温、高压、

、2NHq

催化剂

说明：a该反应是工业上合成氨的反应原理，具有非常重要的现实意义，在

该反应中，叫表现出氧化性。

b在氮气跟氢气反应生成氨的同时，氨气也在分解生成氮和氢气。像这样同

时向正反两个方向进行的反应称为可逆反应。在可逆反应的化学方程式中用

”代替。

（3）氮的固定

①定义：将空气中游离的氮转变成氮的化合物的方法叫做氮的固定。

②分类：

高能固氮（闪电，约占10%）

r自然固氮?

生物固氮（约占90%）

氮的固定

r合成氨

人工固氮《

I仿生固氮

（3）NO和NO2

物质NONO,

颜色无色红棕色

毒性剧毒剧毒

溶解性不溶解与水反应

气味无味刺激性气味

2NO+O=2NO

转化22

3NO+HO=2HNO+NO

【联想•发散】

氮的氧化物以及与氧气混合后溶于水的情况分析：

①NO2或NO?与N?俳。2）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。

②NO2和02的混合气体溶于水时，根据反应：4NO2+O2+2H2O=4HNO3

当V(NO2)：l/(o2)=4：1时，恰好反应，无剩余气体；

当l/(NO2)：l/(O2)<4：1时，剩余氧气；

当V(NO2)：l/(O2)>4：1时，NO2过量，剩余气体为NO,且体积为过量NO2体

积的1/3o

③NO和。2同时通入水中时，此时的反应为：4NO+3O2+2H2O=4HNO3

当MNO)：1/(02)=4：3时，恰好反应，无剩余气体；

当V(NO2)：V(O2)<4：3时，剩余氧气；

当V(NO2)：V(O2)>4：3时，剩余NOo

3

2氨与钺态氮肥

1.氨

（1）物理性质：

无色、有刺激性气味比空气轻；极易溶于水，在常温、常压下1体积水能

溶解约700体积氨气。

（2）化学性质:

①碱牛氨与水、酸反应时显碱性

与水反应：NH'+H/）=^NH3-H2ONH4++OH-

与酸反应：NH3+HCI=NH4CI

说明：a氨溶于水，大部分与水结合成一水合氨（NH3-H2O）,一水合氨少

部分电离，因此，氨水显弱碱性。氨气是中学阶段唯一的一种碱性气体，利用

这一点，可以检验NH3O

bNH3与其它酸也能反应生成相应的钱盐。其中，N%与盐酸这样的易挥发

性酸反应时会有白烟（锈盐固体的小颗粒）生成。利用这个现象，在某些场合

也可以检验NH3O

②还原性：氨的催化氧化反应

4NH3+5O2.催化-4NO+6H2。

△

说明：a该反应是工业上生产硝酸的一个基础反应。

bN%中的氮元素的价态为-3价，因此，N%不仅能被催化氧化生成NO,在

纯氧中燃烧能生成N2O在一定条件下，N%还能被Cl?、CuO等氧化。

【辨析・比较】液氨和氨水

液氨是氨气加压或降温得到的液态氨，是纯净物，即液氨由氨分子组成的

液体。

氨水的主要成分是NH3-H2O.在氨水中以分子状态存在的粒子有：NHr

H20>NH3-H2O；以离子状态存在的粒子上要有：NH4+、H-、0H,极少量的是

Hl所以氨水是混合物。

2.钱盐

【观察•思考】

操作现象结论

将氯化铉固体在试管中加在试管上端内壁上有白色受热时，氯化核分解，生

执，、、、固体附着。成氨气和氯化氢，冷却

时，两者又重新结合，生

成氯化钱

将碳酸氢镂固体在试管中澄清石灰水变浑浊碳酸氢钱分解，生成J'

加热，将生成的气体通入co2

澄清石灰水中

在试管中加入少量氯化较加热后试管中有气体产产生了氨气

固体，再滴加适量稀氢氧生，并可闻到刺激性的气

化钠溶液，加热，并将湿味。同时还看到，湿润的

润的红色石蕊试纸贴在玻红色石蕊试纸变蓝。

璃棒上靠近试管

根据以上的观察与思考，我们可以钱盐具有以下性质:

4

(1)镂盐受热分解

NHJIuMM%个+HCI个

NH4HCO3^i.NH3个+CO2个+%0个

(2)钱盐与碱反应

NH,Cl+NaOHHaCl+N%个+”。

/

(NH4)2SO4+Ca(OH)2-^CaSO44-2NH3T+2H2O

【梳理•总结】

由镂离子和酸根离子构成的化合物叫钺盐，所有的钱盐都是晶体，都能溶

于水。受热均易发生分解，分解产物一般为N也和相应的酸(或酸的分解产

物)。但也有例外，例如5NH4NO31电个+2H。^+乡%。，且NH4NO3在不同

温度条件下分解产物不同。镂盐与碱共热都能产生氨气，这是钱盐的共同性

质。因此，钺态氮肥不宜和碱性物质混合施用，同时，利用这个性质可以检验

校离了，也可以在实验室中制备氨气。

(3)氨的实验室制取

药品：NH&、消石灰

反应原理：ZNH/l+CagWHCaCIz+ZN%个+2%0

装置：与制氧气相同

收集：向下排空气法。

验满：用湿润的红色石蕊试纸或沾有浓盐酸的玻璃棒。防止多余氨气污染

空气的方法：收集N%后的导管口处塞一团湿棉花或用稀H2sO,浸湿的棉花。

干燥：N%通过盛有碱石灰的干燥管。

实验室制取氨的其它方法：加热浓氨水、氧化钙与浓氨水反应等。

3硝酸及其应用

【温故•知新】

硝酸具有酸的通性

①使指示剂变色：例如：稀HNQ使紫色石蕊溶液变红。

②与碱反应：如HNO3+NaOH=NaNO3+H2O

③与碱性氧化物反应：如2HNO3+CaO=Ca(NC>3)2+2H2。

④与弱酸盐反应：如2HNO3+Na2CO3=2NaNO3+CO2T+H2O

5

⑤与金属反应：由于硝酸具有强氧化性，因此，与酸反应时一般不产生H2O

硝酸除了具有酸的通性以外，还具有以下特性：

1.硝酸的物理性质：无色、易挥发、有刺激性气味、易挥发、密度大于

水。

2.硝酸的不稳定性：硝酸见光或受热易分解。

4HNO3=^^=4NO2个+Q个+2%0

说明：硝酸越浓，越容易分解。长期存放的浓HNO3呈黄色，

这是由于HNO3分解产生的NO2溶于硝酸的缘故。也正因为硝酸见

光或受热易分解，一般将它保存在棕色瓶里，放置在阴凉处。

3.硝酸的强氧化性：硝酸具有强的氧化性，是因为硝酸分子里氮呈+5

价。

°(1)与金属反应：HNO3几乎能与所有的金属(除金、钳、钛以外)发生

氧化还原反应。

Cu+4HNC)3(浓)=Cu(NO3)2+2NC)2个+2%0

/

3CU+8HNO3(®)=3CU(NO3)2+2NOT+4H2O

说明：硝酸与不活泼金属反应时，浓硝酸生成N02,稀硝酸生成NOo

【交流•研讨】

①常温下为什么可以用铝槽车或铁罐运输浓硝酸

铝、铁等金属可以在冷的浓硝酸中发生钝化现象，浓HNO3会把铝或铁的

表面氧化，形成一层薄而致密的氧化膜，阻止了反应的进一步发生.遇热时，

该氧化膜会被破坏.因此常温下铝、铁制品可以盛放冷的浓HNO3.

翻同与浓HNC)3反应时，放出NO2气体，与稀HNO3反应时，放出NO气

体。能否由此说明稀HNO3比浓HNO3的氧化能力更强

硝酸与金属反应时，硝酸被还原的程度取决于硝酸的浓度和还原剂的强弱

。对于同一种还原剂来说，硝酸越稀被还原的程度越大.因为当HNO3的浓度

在8moi以上时，HNO3氧化性很强，在此过程中生成氮的低价氧化物在强

的氧化气氛中不能存在，继续被氧化成高价的氮的氧化物，所以产物为

NO2.当硝酸较稀时，它的氧化性较弱，氮的低价氧化物也能够存在，所以主

要产物是NO.浓HNO3与Cu反应放出NO2气体要比稀HNO3与Cu反应放出

NO气体剧烈的多，所以浓HNO3氧化能力比稀HNO3氧化能力更强。

【知识•链接】

王水：浓HNO3和浓盐酸的混合物(体积比1：3)叫王水，它的氧化能力比硝酸

更强，能够使一些不溶于硝酸的金属如金、伯等溶解。

(2)与非金属反应：硝酸能与许多非金属及某些有机物发生氧化还原反

应:

6

C+4HNO3（浓）=^C02个+4NO2个+2%。

【辨析•比较】

氧化性酸和酸的氧化性概念辨析

酸的氧化性：实质上指氢离子的氧化性，任何酸都有不同程度电离出H+的

能力，H+在一定条件下获得电子生成H2.因此在某些反应中酸作氧化剂其实质

上是H+作氧化剂如：锌与盐酸或稀H2s。4的反应，都可以用Zn+2H+=Zn2++

七个离子方程式表示此类反应的实质。

氧化性酸：是酸根离子中心原子获得电子的能力，酸根离子获得电子后，

中心原子化合价降低，形成相应的低价含氧化合物甚至是单质.如浓H2sO,与

Cu反应：Cu+2H2s04浓）」工16。4+$。2个+2%。，浓“Sq与木炭反应：c+

2H2so4（浓）J：。2个+2SC）2个+2%0,硝酸与锌反应：4Zn+10HNC）3（稀尸

42门例03）2+为0个+5%05Zn+12HNC）3（很稀）=52门例。3）2+/个+6匕0,浓

HNC）3与木炭、单质硫、磷的反应等等。

作为氧化性酸，不仅能氧化金属而且还能氧化某些非金属单质。而酸的氧

化性即H+的氧化能力较弱，只能氧化较活泼的金属（即金属活动顺序表中氢前

金属）0

【领悟•整合】

硝酸除了具有酸的通性以外，还具有挥发性、不稳定性、强氧化性等特性。硝酸

不仅是氮循环中的一种重要物质，在实验室中也是一种重要的化学试剂，在工业上更

是一种重要的化工原料，可用于制造炸药、燃料、塑料和硝酸盐等。

4人类活动对自然界氮循环和环境的影响

1.人类活动对自然界氮循环的影响：

（1）作物每年要从土壤中摄取大量的氮。每100m2土地的上空约有105kg

的氮，这是巨大的氮资源。闪电能使空气里的氮气转化为一氧化氮，一次闪电

能生成80、1500kg的一氧化氮。这是一种自然固氮。但自然固氮远远满足不了

农业生产的需求。人类的固氮活动使活化氮的数量大大增加。科学家们预测，

从现在到2020年，人工固氮将增加60%,达到年均XlOukgv

（2）汽车的数量大大增加，由汽车排放到大气中的氮氧化物逐年增加。

2.人类活动对环境的影响：

人类是伟大的，人们用自己的智慧创造了一个新的自然界。但是，人类的

活动也对地球的环境造成了一些不良的影响。当前环保面临的十大问题有：大

气污染、地球变暖、臭氧层被破坏、酸雨蔓延、生物多样性减少、淡水资源枯

竭与污染森林锐减、土壤荒漠化、海洋污染、固体废弃物污染。其中与氮循环

失衡直接相关的有以下几个方面：

（1）光化学烟雾：光化学烟雾是指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种有毒的浅蓝色烟雾。光化学烟雾具有特殊气

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味，刺激眼睛，伤害植物，并使大气能见度降低。氮氧化合物是形成光化学烟

雾的一个重要原因。大气中的氮氧化物主要来源于汽车尾气、化石燃料的燃烧

和植物体的焚烧，以及农田土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化。

（2）酸雨：氮氧化合物是形成酸雨的一个重要原因。

（3）富营养化：进入水体的氮的含量增大，会导致藻类“疯长〃，迅速地覆

盖在水面上，造成水体的富营养化。水体中的氮主要来源于工业废水、生活污

水、农田灌溉和淋洗，以及水产养殖所投入的饵料和肥料等。

3.如何减少人类活动对自然界中氮循环的影响

（1）控制进入大气、陆地和海洋的有害物质的数量。

（2）增强生态系统对有害物质的吸收能力。我们应保护森林，植树造林，

促进全球氮的良性循环。

开拓学习新视野

▲课标知识拓展

【思想方法】

1.发散法理解几个实验试管中棉花的作用

在收集NH§的试管口放置一团松软的干棉花，目的是为了防止试管内的

N七与试管外的空气形成对流，以期在较短时间内收集到较为纯净的NH3e在

收集N0的试管口放置一团蘸有稀酸（一般为难挥发性的酸，如H2s0,溶液的松

软棉花，目的是为了吸收多余的NH3,防止N%对空气造成污染。而铜与硝酸

的反应要产生NOx，用蘸有碱液的松软棉花放在管口，目的是吸收生成的

NO*,防止空气污染。

2.联系法认识N,和NO*的化学性质

农民有句谚语，叫做“雷雨能肥田”，雷雨过后，不仅田里庄稼长得茂

盛，田间杂草也生长迅速，所以不可疏于农田管理.“雷雨能肥田”有何科学

道理呢原来在闪电作用下，空气中的&和。2发生了化合反应：①叫+

心山2N0

生成的NO又被。2氧化成N02：®2NO+O2=2NO2

NO2与水作用生成HNO3：@3NO2+H2O=2HNO3+NO

逸出的NO循环法行②③两反应，②③两反应的总化学方程式可表示为：

©4NO+3O2+2H2O=4HNO3

④乃②@叠加消去NO?的结果，如果②③叠加消去NO,则得：

（S）4NO2+O2+2H2O=4HNO3

生成的HNO3随雨水降到农田，HNO3与土壤颗粒作用生成硝酸盐，电离出

的No?-可被植物吸收，故日：“雷雨能肥m”0

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3.统摄法了解镂盐的分解规律

（1）不稳定性酸的钱盐分解产物为NH*酸酢和水。

（2）挥发性酸对应的镂盐分解产物为NH3和相应的酸。

（3）高沸点酸的镂盐分解产物为N%和酸（或酸式盐）。

（4）氧化性酸的钱盐的分解产物随着温度高低不同而分解产物

不同。

4.究因法认识浓HNO3呈黄色的原因及消除黄色的方法

浓硝酸为什么呈黄色其原因是由于一个反应；怎样才能消除这种颜色，恢

复浓HNO3的本来面目，自然就要依靠这个反应的逆反应。

HNO3不稳定，见光受热都能发生分解反应，光线越强、温度越高、浓度越

大，HNO3