氮的循环一、氮在自然界中循环思考：氮在自然界中主要以游离态存在 (空气中 N 2 的体积分数约为 )， N 元素的非金属性比较强，为什么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， N 2 的电子式为 ，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(1) 生物固氮：大豆、蚕豆等豆科植物的根部含有根瘤菌，能把空气中的 N 2 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％2) 高能固氮：通过闪电等高能量途径把 N 2 固定的方式为高能固氮涉及到的反应主要有：N2＋ O22NO2NO ＋ O2＝ 2NO 23NO2＋ H 2O＝ 2HNO 3＋ NO可知， N 2 最终变成 HNO 3，即正常的雨水略呈酸性 HNO 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N 2 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)N 2 与 H2 合成 NH 3： ，该反应为工业制 HNO 3 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 NO 2C． NH 3经催化氧化生成 NOD ．由 NH 3 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 —— NH3，即人工固氮涉及到两种很重要的物质： NH 3、 HNO 3二、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①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：★ N 2+O 2 闪电 2NO1②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：★高温、高压、催化剂2NH 3此反应是工业合成氨的反应N2+3H 2③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+N2 点燃 Mg 3N 2 (氮化镁 )【例 2】下列关于 N 2 性质的叙述中，错误的是（）A ．任何物质在 N 2 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N2O（笑气）NO（一氧N 2O3（亚硝NO2（二氧N2O4（四氧N 2O5（硝酸化氮）酸酐）化氮）化二氮）酸酐）氮元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①汽车尾气中的氮氧化物与氮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②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①一氧化氮：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：★ 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②二氧化氮：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为★3NO 2+H 2O===2HNO 3+NO二氧化氮在17℃以下时，两个 NO 2分子会结合在一起，转化成N 2 O4 (四氧化二氮 )，N 2 O4是一种无色气体，强氧化剂，剧毒，且有腐蚀性，反应的化学方程式为2NO 2N 2O4【例 5】二氧化氮与水反应的化学方程式为：3NO 2+H 2O===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． NO 2 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：① NO2 溶于水时可依据： 3NO 2 + H 2O3HNO 3+NO ，利用气体体积差值进行计算。
NO 2 与 NO 、 N2 等的混合气体溶于水时，仍然依据：3NO 2+ H 2O3HNO 3+NO ，利用气体体积差值进行计算② NO 2 和 O2 的混合气体溶于水时，依据反应：3NO 2+H 2O =2HNO 3 + NO㈠2NO+O 2 =2NO 2㈡㈠ x 2 + ㈡可得总反应方程式：4NO 2 + O2 +2H 2O4HNO 3由总反应： 4NO 2 + O2 +2H 2O4HNO 3 可知，当体积比 V （NO2） ： V （ O2）= 4 ： 1，恰好完全反应，无气体剩余> 4 ： 1，NO2 过量，剩余气体为 NO ，体积为过量的 NO 2 的 1／ 32< 4 ： 1，O2 过量，剩余气体为 O2③ NO 和 O2 同时通入水中时，其反应是：2NO+O 2 2NO 2㈠3NO 2+H2O =2HNO 3 + NO㈡㈠ x 3 + ㈡ x 2 可得总反应方程式： 4NO+3O 2+2H 2O4HNO 3由总反应： 4NO+3O 2+2H 2O4HNO 3 可知，当体积比V （NO） ：V （O2）= 4 ： 3 恰好完全反应，无气体剩余。
> 4 ：3 NO 过量，剩余 NO< 4 ： 3 O2 过量，剩余气体为 O2三、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， NH 4+、NO 3-为自然界中活化氮的主要形态 ,人工固氮使 N2 变为 NH 4+、 NO 3-，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：(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2)光化学烟雾：汽车打火过程中，会促使N 2 与 O2 生成 NO ，故汽车尾气中含氮氧化物 (NO x)及碳氢化合物，经紫外线照射形成光化学烟雾3)酸雨：化石燃料燃烧排出的废气中含SO2、 NO x，与空气中的水作用逐渐变成H2SO3、 H2SO4、HNO 3、HNO 2，使雨水呈酸性4) 水体污染：肥料的过多使用，使水中 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业，使全球氮的循环形成一个合理的局面三、 NH 3、 HNO 3 的重要性质1、 NH 3 的性质(1) 喷泉实验如图，在干燥的烧瓶中充满 NH 3，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 ①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 体积氨气），且与水能反应②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——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液），本实验的实验装置搭建完成B 、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瓶图 2C、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 来说就是，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）：利用氨气极易溶于水，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 + H2O NH3·H2O NH 4+ +OH 3这个过程中生成了碱性物质 NH 3· H2O，遇酚酞试液变红E、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（ NH 3· H2O）F、像氨气与水一样，可以完成喷泉实验的物质组合还有：HCl 与水、 SO 2 与水、 NO 2与水； CO 2 与 NaOH溶液， SO2 与 NaOH 溶液， Cl。