高一化学自然界中的元素 氮的循环

1、高一化学自然界中的元素 氮的循环一. 教学内容： 第3章 第2节 氮的循环二. 教学目的1. 能简要说明氮循环的基本过程，知道固氮的本质以及生物固氮和人工固氮这两种固氮形式。2. 了解氮循环过程中的重要物质以及人类活动对氮循环和环境的影响（知道酸雨、光化学烟雾和富营养化等环境问题）3. 能列举含氮元素的单质及其化合物了解氮气、氨气、铵盐及硝酸的主要物理性质和化学性质，知道NH的检验方法和氨气的实验室制法，能书写相关反应的化学方程式。三. 教学重点、难点 氮气、氨、铵盐和硝酸的性质四. 知识分析空气中的主要物质？植物生长需要的主要元素？（一）氮在自然界中的循环和存在形式1. 氮元素在自然界中的存

2、在形式自然界中氮元素存在的形式一种是游离态，如N2，一种是化合态，如铵盐、硝酸盐、氨、蛋白质等。2. 氮在自然界中的循环（1）氮在自然界中的循环的基本过程自然界里，空气的氮气转化为植物可以直接吸收含氮化合物的两种主要形式，豆科植物的根瘤菌把N2转化为硝酸盐；闪电使少量N2与O2化合生成NO，随之变为硝酸随降水进入土壤和水体。植物的根从土壤中吸收铵盐、硝酸盐，经过复杂的生物转化，形成了各种氨基酸，氨基酸最后变成蛋白质。动物以植物为食而获得植物蛋白，并将其转化为动物蛋白，动物遗体中的蛋白质被微生物分子分解成铵离子、硝酸根和氨，又回到了土壤和水体中，被植物再次吸收利用。（2）氮循环的重要意义由于存在

3、着氮元素的循环，其他生命元素的循环，以及水的循环，地球的生命才生生不息，生机勃勃。 （二）氮循环的重要物质及其变化1. 氮气（1）物理性质无色无味的难溶于水的气体；密度比空气小，在空气中约占总体积的78%，占其它质量的75%。（2）分子结构两个氮原子之间的强烈作用，要破坏这种牢固的结合，需要很高的能量。常温下，N2的化学性质很不活泼，但在高温、放电、点燃等条件下能与O2、Mg、H2等反应。（3）化学性质与O2反应：N2+O22NO 与H2反应：N2+3H22NH3 与Mg的反应：N2+3MgMg3N2 温馨提示：由于N2的化学性质不活泼，所以N2与其它物质的反应，需特别注意标明条件。N2和O2

4、反应后，“最初产物”是NO，而不是NO2。一般情况下，N2不能燃烧，也不助燃，但Mg条却可以在N2中燃烧。（4）用途：a.保护气b.液氮作深度冷冻剂c.合成氨等思考：相同质量的镁条分别在O2、N2和空气中充分燃烧，所得固体产物的质量m1，m2，m3由大到小的顺序是 （解答：m1m3m2 ）重要补充：氮的固定概念：使空气中游离的氮转变为含氮化合物的方法。分类：自然固氮和人工固氮可逆反应概念：在相同条件下，能同时正反两个方向进行的反应，为可逆反应，化学方程式中用“”代替“”。特点：相同条件下，相反方向的两个化学反应；与化学反应有关的各种物质共存，如N2+3H2 2NH3反应体系中就存在N2、H2、

5、NH3分子。2、氮的氧化物NO、NO2的重要性质（1）物理性质NO：无色无味难溶于水的气体 有毒NO2：红棕色有刺激性气味的气体 有毒（2）化学性质 2NO+O22NO2 6NO+4NH35N2+6H2O3NO2+H2O2HNO3 NO 6NO2+8NH37N2+12H2O （3）计算中用到的两个重要化学方程式4NO+3O2+2H2O4HNO3 ；4NO2+O2+2H2O4HNO3思考： NO有毒，为什么在1992年被世界著名学术期刊科学（Seience，美国）评为明星分子？NO2为什么能使多种织物退色，损坏多种织物和尼龙制品，对金属和非金属材料也有腐蚀作用？实验室如何收集NO、NO2？为什么

6、？解答：NO作为一种神经系统的信使分子，在使血管扩张、免疫、增强记忆力等方面有着及其重要的作用。 NO2溶于水生成了硝酸，使织物退色、腐蚀材料。 收集NO用排水法，收集NO2用向上排空气法；前者易与氧气反应，后者易与水反应3、氮的氢化物NH3（1）分子结构立体结构（三角锥形）（2）物理性质无色、有刺激性气味的气体，标况下密度为0.771gL1，比空气轻，极易溶于水（1:700），且快速溶解，易液化得液氨，液氨气化时要吸收大量的热，使物质的温度急剧下降，所以液氨常用作制冷剂。关于喷泉实验：氨气能形成喷泉的本质原因是氨极易溶于水。用教材中的装置进行喷泉实验，引发水上喷的操作是挤压胶头滴管，使少量水

7、进入烧瓶。该实验的原理是，少量水进入烧瓶时，氨迅速溶解，瓶内压强迅速降低，水在外界大气压作用下，压入烧瓶。如果把胶头滴管去掉，如何引发水上喷？氨溶解于水不是简单的溶解过程，有化学反应，生成碱性物质。（3）化学性质氨与水的反应 NH3+H2O NH3H2O说明：氨的溶解中更重要的是生成了NH3H2O，但溶质为NH3氨的水溶液显弱碱性，NH3H2O NH4+OH氨水易挥发，要密封保存，对许多金属有腐蚀作用，不能用金属容器盛装。氨水的密度小于水的密度，且质量分数越大，密度越小。氨水的成分：NH3、H2O、NH3H2O、NH4+、OH H+氨与HCl反应NH3+HClNH4Cl练习：写出NH3与硝酸、

8、硫酸、磷酸的化学方程式解答：NH3+HNO3NH4NO3；2NH3+H2SO4(NH4)2SO4；3NH3+H3PO4(NH4)3PO4)氨与某些盐溶液的反应FeCl3+3NH3H2OFe(OH)3+3NH4Cl ；MgCl2+2NH3H2OMg(OH)2+2NH4Cl 氨的还原性a. 氨与O2的反应催化氧化：4NH3+5O24NO+6H2O ；与纯O2反应 ： 4NH3+3O22N2+6H2Ob. 与Cl2反应氨气不足（Cl2过量） 2NH3+3Cl2N2+6HCl 氨气足量 8 NH3+3Cl2N2+6NH4Cl c. 与CuO的反应 2NH3+3CuO3Cu+N2+3H2O（可用于制N2

9、）小结：NH3是唯一能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，可用于氨气的检验氨水与液氨为不同物质，氨水为混合物，液氨为纯净物;NH3为非电解质，而NH3H2O为弱电解质。与浓氨水靠近，能产生白烟现象的物质：挥发性酸如浓HNO3、浓HCl 酸性气体HCl、HBr、HI、H2S等；Cl2。但浓H2SO4、浓H3PO4因难挥发而无此现象。NH3可在纯氧中燃烧，不是在空气中燃烧，故NH3不属于可燃烧气体。4. 铵盐的主要性质（1）概念：由铵根离子和酸根离子组成的盐（2）物理性质：都是无色晶体，都易溶于水（3）化学性质受热易分解a. 热不稳定酸的铵盐为NH3和酸的分解产物NH4HCO3NH3+CO2+H2O（

10、对热不稳定酸：H2CO3、H2SO3、H2SiO3）b. 挥发性酸对应的铵盐的分解产物是NH3和相应的酸 NH4ClNH3+HCl（挥发性酸：HCl、HBr、H2S、HI）c. 高沸点酸的铵盐的分解产物为NH3和相应的酸 (NH4)3PO43NH3+H3PO4d. 氧化性酸的铵盐的分解产物随温度而异 2NH4NO32N2+O2+4H2O与碱反应 NH4Cl+NaOHNaCl+NH3+H2O（4）NH4+的检测： 在未知溶液中加入强碱并加热，用湿润的红色石蕊试纸检验，若试纸变蓝，则证明原溶液中含NH4+思考：铵盐都能受热分解，能不能用此种方法检验NH4+的存在？铵盐与浓碱溶液，铵盐与稀碱溶液反应

11、并加热，铵盐与稀碱溶液反应不加热的离子方程式有何不同？解答：不能。生成氨气、生成氨气、生成一水合氨。5. 硝酸的重要性质（1）物理性质：纯HNO3是无色，易挥发（沸点83），有刺激性气味的液体。易溶于水密度比水大，常用的浓HNO3质量分数为69%，98%的硝酸称“发烟硝酸”）（2）化学性质酸的通性特性 a. 不稳定性： 4HNO34NO2+O2+2H2O并且越多越易分解b. 强氧化性：浓硝酸可以与不活泼金属如铜、银等以及碳、磷等非金属反应。说明：浓、稀HNO3均有强氧化性 氧化性：浓HNO3稀HNO3金属与硝酸反应不产生H2，而是与浓硝酸反应生成NO2，与稀HNO3生成NO4HNO3（浓）+C

12、uCu(NO3)2+2NO2+2H2O8HNO3（稀）+3Cu3Cu(NO3)2+2NO+4H2O小知识：常温下浓HNO3可使铁、铝表面形成致密的氧化物膜而钝化，（浓H2SO4也有此性质）因此可用铁、铝容器盛放浓H2SO4、HNO3。氧化性酸和酸的氧化性：酸的氧化性是指H+的氧化性；氧化性酸是酸根离子中心原子获得电子的性质。思考：分别将盛有浓HCl，浓H2SO4，浓HNO3的烧杯置于空气中，其中质量增加的是 ，质量减少的是 ，原因分别是 。浓HNO3为什么常是黄色？ 浓HNO3如何保存？解答：浓H2SO4；浓HCl、浓HNO3；浓H2SO4有吸水性，吸收空气中的水蒸气；浓HCl、浓HNO3都有

13、挥发性。浓硝酸易分解产生NO2，NO2溶于水显黄色；浓硝酸通常保存在棕色瓶中，置于冷暗处。【典型例题】例1. 下列过程属于人工固氮的是（ ） A. 分离液态空气制氮气B. 闪电时N2 转化为NO C. 合成氨 D. 豆科作物根瘤菌将N2 转化为NH3 答案： C 解析：该题目考查氮的固定知识，将空气中游离态的氮转化为化合物的方法，统称为氮的固定，分为自然固氮和人工固氮，B、D 属于自然固氮，C属于人工固氮。点评：本题属于基本概念应用题例2. 采用不同的分类方法，可将非金属氧化物分为不同的类别。例如，从某种意义讲P2O5、SO2、SO3、CO2、Cl2O7等归为一类，则下列氧化物中与它们同属一类

14、的是（ ）A. COB. NOC. N2O5D. NO2 答案： C 解析：本题考查了基本概念。题目中所给氧化物都是酸酐，而所给选项中CO、NO、NO2 都是不成盐氧化物，只有N2O5 是硝酸的酸酐。点评：解答本题关键是从题干中准确分析、判断、归纳出几种物质的共同规律，分析选项时，明确非金属氧化物可能是酸性氧化物，也可能不是。结合平时积累的知识解决问题。例3. 有关氨的性质的叙述中正确的是（ ） A. 氨不能在空气中燃烧 B. 氨水呈碱性 C. 氨气和酸相遇能产生白色烟雾D. 在反应 NH3 + H+ NH4+ 中，氨失去电子被氧化 答案：AB 解析：氨只能在纯氧中燃烧，不能在空气中燃烧，A

15、正确；因为NH3H2ONH4+OH-，故氨水呈碱性，并视为一元弱碱，B 正确；氨气只有与挥发性酸相遇才能生成白烟，C错； 反应NH3 + H+ NH4+为非氧化还原反应，D错。综上分析，本题答案为A、B。点评：氨是一种重要的物质，学习中应全面掌握氨的重要性质。例4. 为了测定某铜银合金的成分，将30.0 g 合金溶于80 mL 13.5 molL-1的浓HNO3中，待合金完全溶解后，收集到气体6.72 L (标准状况)，并测得溶液中c(H+)1molL-1。假设反应后溶液的体积仍为80 mL，试计算： （1）被还原的HNO3 的物质的量； （2）合金中银的质量分数。 答案：（1） 0.3 mo

16、l （2）36% 解析：（1） HNO3 被还原生成NO 或NO2 气体 ， 因此产生的气体的物质的量即是被还原的HNO3 的物质的量。 n 6.72 L/ 22.4Lmol-10.3mol （2）反应后溶液中c(H+) 1molL-1， 说明硝酸过量。 参加反应的HNO3 为 (13.5molL-1 -1molL-1)0.08L1mol，设合金中Cu的物质的量为x， Ag的物质的量为y则得：解得： x0.3mol y0.1mol则合金中银的质量分数为：（0.1mol108g/mol）/30.0g 36%点评：本题是硝酸的性质、氧化还原反应、混合物的计算等多方面综合题，解决此类问题，既要准确掌

17、握相关基础知识，还要准确分析化学过程，灵活选择解题方法。属要求较高的题目。【模拟试题】一、选择题 （每题有1或2个正确答案）1. 铜粉放入稀硫酸中，加热后无现象，当加入一点钠盐后，铜粉质量减少，新加入的盐可能是下列中的（ ） A. 氯化物 B. 硫酸盐 C. 硝酸盐 D. 磷酸盐2. 通常状况下能共存，且能用浓硫酸干燥的一组气体是（ ） A. H2、O2、N2 B. O2、NO、NO2 C. H2、N2、NH3 D. NH3、HCl、NO2 3. 下列关于硝酸的叙述正确的是（）A. 稀硝酸是弱酸，浓硝酸是强酸 B. 铜与浓硝酸和稀硝酸都能反应生成二氧化氮 C. 浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂 D.

18、 稀硝酸与活泼金属反应放出氢气，而浓硝酸则使金属钝化4. NH4HCO3 在试管中加热，使放出的气体依次通过盛有足量过氧化钠的干燥管，足量浓H2SO4 的洗气瓶，最后得到的气体是（ ） A. NH3 B. O2 C. H2O D. CO25. 在一定条件下，将等体积的NO 和 O2 的混和气体置于试管中，并将试管倒立于水槽的水中，充分反应后剩余气体的体积约为原总体积的（ ） A. 1/4 B. 3/4 C. 1/8 D. 3/86. 下列反应中硝酸既表现氧化性又表现酸性的是（ ） A. H2SO3 与稀HNO3 反应 B. 铁和热的浓HNO3 C. Ag 和稀硝酸共热 D. Fe(OH)3 和

19、稀HNO3 7. 在Fe、Cu的混合物中，加入一定量的稀HNO3 并微热。充分反应后剩余金属ag。再向其中加入一定量的稀盐酸并加热，充分振荡后还剩金属bg ，则（ ）A. a 可能等于b B. a 一定等于b C. a 可能小于b D. a 一定大于b 8. 在一定条件下，将m体积NO和n体积O2 同时通入倒立于水中且盛满水的容器内，充分反应后，容器内残留m/2 体积的气体，该气体与空气接触后变为红棕色，则m与n的比值为（ ） A. 3:2 B. 2:3 C. 8:3 D. 3:89. 用铜锌合金制成的假金元宝欺骗行人的事件屡有发生。下列不易区分真伪的方法是（ ） A. 测定密度 B. 放入硝

20、酸中 C. 放入盐酸中 D. 观察外观10. 某金属单质跟一定浓度的硝酸反应，假定只有单一的还原产物。当参加反应的金属与被还原的HNO3 的物质的量之比为2：1 时，还原产物是（） A. NO2 B. NO C. N2O D. N2 二、填空题 11. 有一瓶无色混和气体，是由HCl、O2、NH3、NO、CO2、N2中的某些气体组成。把混和气体通过浓硫酸后，气体体积明显减小； 剩余气体通过碱石灰后，气体体积又明显减小； 最后，剩余气体接触空气时，立即变为红棕色。由此可见，原混和气体中，一定含有_，一定不含_(提示: NH3 可与H2SO4 反应而被吸收，而干燥时与CO2 不反应)。12. 在硝酸生成过程中所排放出来的废气中含有NO 和NO2 ， 它们污染环境。现在氨通过催化还原法将它们转化为无毒气体_直接排入空气中。写出有关的反应方程式：_。假