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1、第2节 氮的循环通过上一节的学习，我们知道，在一百多种元素中，组成单质及化合物种类最多的元素是碳元素。那么，你知道地球上含量最丰富的一种元素是什么元素吗？那就是氮元素，氮元素广泛存在于大气、水体、动植物体以及土壤中。那么，你知道这些氮元素是如何循环的吗？氮元素的循环对我们的环境和地球上的生命又有什么意义呢？ 研习教材重难点研习点1 氮在自然界中的循环1自然界中氮元素循环示意图2主要形式（1）游离态化合态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；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；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）化合态游离态：硝酸盐在
2、某些细菌作用下转化成氮气。（3）化合态化合态：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】氮是维持高等动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，N2一旦吸收能量变
3、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。与O2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+O2 2NO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。与H2反应N2+3H22NH3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，N2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 定义：将空气中游离的氮转变成氮的化合物的方法
4、叫做氮的固定。 分类：氮的固定 自然固氮 人工固氮 高能固氮（闪电，约占10%） 生物固氮（约占90%） 合成氨 仿生固氮 （3）NO和NO2物质NONO2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转化2NO+O2=2NO2 3NO2+H2O=2HNO3+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：NO2或NO2与N2(非O2)的混合气体溶于水时，可根据反应：3NO2H2O2HNO3NO，利用气体体积的变化差值进行计算。NO2和O2的混合气体溶于水时，根据反应：4NO2O22H2O4HNO3当V(NO2)V(O2)4：1时，恰好反应，无剩余气体；当V(NO
5、2)V(O2)4：1时，剩余氧气；当V(NO2)V(O2)4：1时，NO2过量，剩余气体为NO，且体积为过量NO2体积的1/3。NO和O2同时通入水中时，此时的反应为：4NO3O22H2O4HNO3当V(NO) V(O2) 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NO。典例1：雷鸣电闪是人们司空见惯的自然现象，地球上每年平均发生31560余次闪电。（1）每当雷电交加之际，轰鸣闪电之时，空气中可能发生如下反应： 。 。 。（2）由此说明闪电对人类生活有何益处： 。研析：氮是作物体内蛋白质、核酸和叶绿素的重要成分，氮肥能促使
6、作物的茎叶生长茂盛，叶色浓绿蚕豆、大豆等豆科植物和苜蓿等的根部有根瘤菌，能把空气中的氮气转变成氨作为养料吸收，是植物生长发育的基本条件之一，推动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。当然，现代农业并不单纯仅仅靠等待大自然的恩赐。答案：（1）N2O22NO2NOO22NO2 3NO2H2O2HNO3NO （2）闪电时可把空气中的氮（N2）转化为氮肥（“固氮”反应）（48300余万吨），落到地面上后可发生：2HNO3Ca(HCO3)2Ca(NO3)22H2O2CO2，形成硝酸盐以利于作物生长。典例2：一定条件下，将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充
7、分反应后剩余气体的体积为原总体积的A1/4 B3/4 C1/8 D3/8研析：本题主要考查NO和O2的反应，NO2溶于水及有关的计算。NO、O2、H2O之间的反应，先判断是否适量，若不是适量，找出剩余的气体，体积是多少，最后算出剩余气体的体积占原总体积的分数。本题常见错误是误选A。其原因是已算出消耗O23/4体积，剩余1/4，没有把剩余O21/4的体积换算成原总体积的体积分数。：NO和O2 反应生成NO2 ，NO2 溶于水又会生成NO。2NOO2 =2NO2 3NO2 H2O 2HNO3 NO由方程式可知等体积混合时，O2 过量， 中生成的NO会再被O2 氧化，多次循环，将两方程式合并成4NO
8、3O2 2H2O 4HNO3 等体积混合，余O2 1/4体积，原混合气2体积，余气为原气1/8。答案：C研习点2 氨与铵态氮肥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：碱性：氨与水、酸反应时显碱性与水反应：NH3H2O NH3H2ONH4+OH与酸反应：NH3HClNH4Cl说明：a氨溶于水，大部分与水结合成一水合氨（NH3H2O），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NH3。b NH3与其它酸也能反应生成相应的铵盐。其中，NH3与盐酸这样的易挥发性酸反应时
9、会有白烟（铵盐固体的小颗粒）生成。利用这个现象，在某些场合也可以检验NH3。还原性：氨的催化氧化反应4NH35O24NO6H2O说明：a 该反应是工业上生产硝酸的一个基础反应。b NH3中的氮元素的价态为-3价，因此，NH3不仅能被催化氧化生成NO，在纯氧中燃烧能生成N2。在一定条件下，NH3还能被Cl2、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NH3H2O在氨水中以分子状态存在的粒子有：NH3、H2O、NH3H2O；以离子状态存在的粒子主要有：NH4+、H、OH，极少量的是H。所以氨水是混合物。2铵盐【观察思
10、考】操作现象结论将氯化铵固体在试管中加热在试管上端内壁上有白色固体附着。受热时，氯化铵分解，生成氨气和氯化氢，冷却时，两者又重新结合，生成氯化铵将碳酸氢铵固体在试管中加热，将生成的气体通入澄清石灰水中澄清石灰水变浑浊碳酸氢铵分解，生成了CO2在试管中加入少量氯化铵固体，再滴加适量稀氢氧化钠溶液，加热，并将湿润的红色石蕊试纸贴在玻璃棒上靠近试管加热后试管中有气体产生，并可闻到刺激性的气味。同时还看到，湿润的红色石蕊试纸变蓝。产生了氨气根据以上的观察与思考，我们可以铵盐具有以下性质：（1）铵盐受热分解NH4ClNH3HClNH4HCO3NH3CO2H2O（2）铵盐与碱反应NH4ClNaOHNaCl
11、NH3H2O(NH4)2SO4Ca(OH)2CaSO42NH32H2O【梳理总结】由铵离子和酸根离子构成的化合物叫铵盐，所有的铵盐都是晶体，都能溶于水。受热均易发生分解，分解产物一般为NH3和相应的酸（或酸的分解产物）。但也有例外，例如5NH4NO34N22HNO39H2O，且NH4NO3在不同温度条件下分解产物不同。铵盐与碱共热都能产生氨气，这是铵盐的共同性质。因此，铵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铵离子，也可以在实验室中制备氨气。（3）氨的实验室制取药品：NH4Cl、消石灰反应原理：2NH4ClCa(OH)2CaCl22NH32H2O装置：与制氧气相同收集：向下排
12、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NH3后的导管口处塞一团湿棉花或用稀H2SO4浸湿的棉花。干燥：NH3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。典例3：有关氨的性质的叙述正确的是A氨能在氧气中燃烧B氨水呈碱性C氨水和酸相遇都能产生白色烟雾D在反应NH3H+ NH4+中，氨失去电子被氧化研析：虽然氨的催化氧化是在高温和催化剂的作用下进行，但是纯净的NH3能在O2中安静地燃烧，产物是N2和H2O，所以A正确由于氨水中存在：NH3H2O NH4+OH，因而B正确氨气只有与挥发性酸相遇才能生成白烟（氨气与非
13、挥发性酸相遇只能生成块状白色固体，不是小颗粒，不是白烟），C不正确；NH和H反应为非氧化还原反应，D不正确。答案：AB典例4：氯化铵和氯化钠可用下列哪一种方法分离A加入氢氧化钠 B加入AgNO3溶液 C加热法 D加入一种合适的酸 E加入水研析：物质的分离不同于鉴别，鉴别是采取一定的方法，能将两种或几种物质分辨出来就可。而分离是将几种成分采取一定的措施分离成各单一的成分。分离可根据物理性质用物理分法进行分离，比如根据各组分的溶解性不同，用过滤的方法分离；根据各组分的沸点不同，用蒸馏的方法分离；根据各组分在同一溶剂中的溶解度不同用结晶的方法分离。也可根据各组分的化学性质不同，加入某些试剂，采取一定
14、方法进行分离。根据以上分析，题目所给NaCl和NH4Cl只能用化学方法分离，因为两种物质中都含Cl，所以加AgNO3或加酸都起不到分离的作用，加入NaOH，只能鉴别NH4Cl和NaCl，而达不到分离的目的。两种物质又均易溶于水，因此加入水也无法分离。那么方法只有一种，利用铵盐的不稳定，及NH3的化学性质，所以选用加热法。答案：C研习点3 硝酸及其应用【温故知新】硝酸具有酸的通性使指示剂变色：例如：稀HNO3使紫色石蕊溶液变红。与碱反应：如HNO3NaOHNaNO3H2O与碱性氧化物反应：如2HNO3CaOCa(NO3)22H2O与弱酸盐反应：如2HNO3Na2CO32NaNO3CO2H2O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H2。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。4HNO34NO2
