氮的循环(2.2)

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1、普通高中课程标准实验教科书 化学1（必修）,第三章自然界中的元素,第二节 氮的循环,氮以游离态存在于大气中,氮以化合态存在于很多化合物中,氮元素存在于动植物体内,土壤里和水体中 构成很多无机物和有机物,氮是构成蛋白质和核酸的(形成生命的重要物质)不可缺少的物质.,1.氮在自然界中的存在形式氮元素,游离态:N2,化合态:,铵盐、硝酸盐(KNO3、 NaNO3、蛋白质、核酸),联想质疑,闪电,联想质疑,1.闪电时空气中会发生哪些化学反应？2.这些反应和生成的物质对人类的生产生活有什么影响？,天空,地面,地底,N2,NO NO2,HNO3,NH3,NH3 、NH4+、 NO3,硝酸盐等,一、氮在自然

2、界中的循环,1.氮在自然界中的存在形式氮元素,游离态:N2,化合态:,铵盐、硝酸盐(KNO3、 NaNO3、蛋白质、核酸),2.自然界中氮的循环过程,二、氮循环中的重要物质,1.氮气,(1)氮气的物理性质,二、氮循环中的重要物质,1、氮气,(1)氮气的物理性质,纯净的氮气通常是无色无味无毒的气体.,密度比空气略小,氮气在水中的溶解度很小,通常状况下,1体积水中只能溶解0.02体积的氮气.即难溶于水,N2 分子中两个氮原子共用三对电子,相互作用力强,在通常情况下,结构特别稳定,化学性质不活泼,氮的化合物,(2)氮气的化学性质,(1)同O2的反应,2NO + O2 = 2NO2,无色气体,红棕色气

3、体,一、氮在自然界中的循环,二、氮循环中的重要物质,1.氮气,(1)氮气的物理性质,(2)氮气的化学性质,A.氮气和氧气反应,B.氮气和氢气合成氨,(2)氮气和氢气的反应,在反应中氧化剂为 ，还原剂为 ；体现了氮气 具有 性,N2,H2,氧化,0,0,-3,+1,可逆反应:相同条件下,能同时向正反两个方向进行的反应,可逆反应的特点:,相同条件、同时向两个方向进行,可逆反应的表示方法：,二、氮循环中的重要物质,1.氮气,(1)氮气的物理性质,(2)氮气的化学性质,A.氮气和氧气反应,B.氮气和氢气合成氨,2、氮的氧化物,N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5,无色气体 难溶于水，剧毒

4、！,红棕色有刺激性气味 气体，易溶于水，剧毒！,2NO+O2=2NO2,3NO2+H2O=2HNO3+NO,ol,CO、H2,3LH2O（气） 2LCO 1LCO2,CuO,C,CO2、H2O,CO、H2,NO 和 NO2,NO和NO2的循环,2NO + O2 = 2NO2,3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO,+4,+5,+2,工业上用该原理制取硝酸,指出该反应的氧化剂和还原剂,D,1.下列有关氮气的说法正确的是( ) A.氮气是由氮原子构成的双原子分子，所以化学性质不活 泼 B.1 mol N2可与3 mol H2完全反应生成2 mol NH3 C.电闪雷鸣的雨天，雨水中会含有一

5、定量的硝酸，其中发 生的反应之一是N2+2O2 2NO2 D.NO、NO2在一定条件下可相互转化，且二者都是引起光化 学烟雾的大气污染物 【易错选项】B,课堂练习,联想质疑,1.闪电时空气中会发生哪些化学反应？2.这些反应和生成的物质对人类的生产生活有什么影响？, 在电闪雷鸣时，氮气和有关氮的化合物发生了以下反应：,2NO + O2 = 2NO2,3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO,变成浓度很低的硝酸，这种含硝酸的雨水落到地面，很快与土壤中的矿物质作用变成硝酸盐，成为农作物生长发育所需要的优质化肥。,雷雨发庄稼,想一想?,在新疆和青海的交界处，有一处山谷，每当牧民和牲畜进入后，风和

6、日丽的晴天顷刻电闪雷鸣，人、畜遭雷击而毙命，奇怪的是这里牧草茂盛、四季常青，被当地人称为魔鬼谷。最近地质工作者揭开了谜底该地质表层处有一巨大磁铁矿，当人畜进入后形成尖端放电。,请同学们用简单的化学方程式来解释 牧草茂盛的原因.,电闪雷鸣-牧草茂盛,四季常青,使空气中 游离态的氮转化为含氮的化合物 的方法叫做氮的固定，简称固氮,0,+2,0,-3,？,想一想：一氧化氮与氧气反应生成 二氧化氮是氮的固定吗？,氮的固定,2NO + O2 = 2NO2,不是氮的固定,三、氮的固定,氮的 固定,在放电的条件下与氧气结合生成氮氧化物并随降雨进入水体及土壤中。,N2+O2,放电,NO NO2,硝酸盐,高能固

7、氮,生物固氮豆科植物根瘤菌把氮气转化变为硝酸盐等含氮化合物,N2,豆科植物的根瘤菌,含氮的化合物（硝酸盐）,人工固氮(工业固氮),N2 NH3,化学活动,各种氮肥,仿生固氮:某些金属有机化合物可以起到根瘤菌的作用,这些金属有机化合物做催化剂实现了常温常压固氮,课堂练习,2.下列几种固氮方式中属于人工固氮的有（ ） A. 闪电时空气中的氮气转化为一氧化氮 B.豆科作物根瘤菌将氮气转化为化合态氮 C. NO与O2反应制备NO2 D. 由 N2与H2在一定条件下反应合成NH3,D,3.同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有以下三种气体，等体积混合的NO和NO2，NO2，等体积混合的NH3和N2。

8、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( ) AV1V2V3 BV1V3V2 CV2V3V1 DV3V1V2,B,4.标准状况下，一烧瓶中盛有200 mL NO和NO2的混合气体，现将烧瓶倒扣于水槽中并缓慢通入O2，当通入 100 mL O2充分反应后，烧瓶内无气体剩余，NO和NO2的体积分别是多少？ 【思路点拨】,【自主解答】整个过程中NO和NO2失电子生成HNO3， O2得电子从0价降低到-2价，设NO和NO2的体积分别是x、y 由得失电子数相等列式： 3x+y=100 mL4 又：x+y=200 mL 解得，x=100 mL

9、 y=100 mL 答案：NO：100 mL NO2：100 mL,思考讨论,问题1、现有一试管二氧化氮，将其倒置于盛满水的水槽中，足够长的时间后，有什么现象？,试管中气体的颜色褪去,液面上升，剩余气体大约占试管总体积的1/3。,3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO,问题2、若使试管中液面上升，可采取什么措施？,通入氧气,2NO + O2 = 2NO2,问题3、在持续通入氧气的情况下能否使倒扣在水槽中的一试管的二氧化氮液面不断上升,直至试管完全被液体充满?,思考讨论,分析:,3NO2H2O2HNO3NO 2NO+O2 2NO2,在这个过程中要通入多少O2， NO2才能完全转变成HNO

10、3呢？,3NO2H2O2HNO3NO 2NO+O2 2NO2,4NO2O22H2O4HNO3,NO2与O2以41的体积比混合，与足量的水反应就可以完全转变成硝酸。, 2 得：,6NO22H2O4HNO32NO, + 得：,+,2NO+O2 2NO2,已知V(NO2):V(O2)=4:1时,完全被水吸收,4NO2O22H2O4HNO3,1. V(NO2):V(O2)4:1时过量,剩余 气体为,2.当V(NO2):V(O2)=7:1时,过量,过量份,剩余气体为,剩余份.,NO2,NO,剩余的NO2会继续反应3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO,NO2,3,NO,1,学以致用,4NO+3O

11、2+2H20=4HNO3,2NO + O2 = 2NO2,3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO,同理推出 (1)X3+(2)X2 得:(1)X3 6NO+3O2=6NO2(2)X2 6NO2+2H2O=4HNO3+2NO,NO与O2以43的体积比混合，与足量的水反应就可以完全转变成硝酸。,+,问题4. 要使NO尽可能被水吸收,需要 通入多少体积的O2 ?,4NO+3O2+2H20=4HNO3,当V(NO):V(O2)=4:3时,恰好反应,无气体剩余当V(NO):V(O2)4:3时,过量,剩余气体 当V(NO):V(O2)4:3时,过量,剩余气体,NO,O2,想一想?,NO,O2,1.

12、氮气的性质,课堂小结,氮气的结构稳定,通常情况下不活泼,不参与化学反应,自然固氮,人工固氮,2NO + O2 = 2NO2,3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO,自然固氮,2.NO和NO2的性质,(1)物理性质,NO 无色气体 难溶于水 剧毒!,NO2 红棕色气体 刺激性气味 易溶于水 剧毒!,(2)化学性质,达标练习,1下列关于一氧化氮的叙述正确的是( ) A一氧化氮没有毒 B二氧化氮溶于水可制得一氧化氮 C一氧化氮可以由氮气和氧气在高温条件下直接化合得到 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；二氧化氮与水反应可制得一

13、氧化氮和硝酸；氮气和氧气在放电条件下生成一氧化氮，不能在高温条件下直接化合。,2下列反应属于氮的固定的是( ) A工业合成氨 B由氨气制备碳酸氢铵 C铜与浓硝酸反应产生NO2 DNH4Cl与Ca(OH)2反应生成NH3 【解析】选A。氮的固定是指使空气中游离态的氮转化为化合态的氮，B 、C、D三个选项中的反应物都是氮的化合物，不符合题意。,3搭载着“嫦娥二号”卫星的“长征三号”丙运载火箭的推进剂引燃后产生的气体主要是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色烟雾。产生红色烟雾的原因是( ) A高温下N2遇空气生成NO2 BNO遇空气生成NO2 CCO2遇

14、NO反应生成CO和NO2 DNO和 H2O反应生成H2和NO2 【解析】选B。根据火箭喷出的大量红色烟雾可推知其应是NO2，而高温下N2与O2不能生成NO2。,4.在体积为V L的密闭容器中通入a mol NO、b mol O2,反 应容器内氮原子数和氧原子数之比为( ) A. B. C. D. 【解析】选C。反应前a mol NO中含N、O的原子数都是 a mol,b mol O2中含2b mol 氧原子，根据质量守恒定律， N原子和O原子的个数比在反应前后不变，应等于 ， 故正确答案为C。,5.NO是一种剧毒气体，但近年来发现许多生物体组织中存在少量NO，它有扩张血管、提高免疫力、增强记忆

15、的功能，因而成为当前生命科学的研究热点。 (1)写出自然界形成NO的化学方程式：_。,【解析】(1)自然界中氮气和氧气在闪电作用 下可生成一氧化氮；,(1)N2+O2 2NO,(2)地球外层空间存在着微量的臭氧和氧原子，臭氧层的存 在能吸收和阻挡太阳中有害的紫外线辐射，人为大气污染 可破坏臭氧层，如超音速飞机排放物中的氮氧化物可在大 气层中发生反应： NO+O3=NO2+O2 NO2+O=NO+O2 上述反应中，NO是_剂，上述反应中，NO是_ 产物；整个过程中的总反应方程式为_，整个过程中 NO所起的作用是_。,【解析】反应和反应相加即得总反应方程式；,还原 还原 O3+O=2O2 催化剂,(3)为了消除NO对环境的污染，根据氧化还原反应原理，可选用NH3使NO与之反应转化为两种无毒气体(其中之一是水蒸气)，该反应需要催化剂参加，其化学方程式为_。,