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1、第2节氮的循环1自然界中氮的循环(1)氮元素的存在：氮是地球上含量丰富的元素，存在形式：一种是以游离态存在于空气中，另一种是以化合态的形式存在于动植物体中、土壤中和水体中。化合态的氮元素主要以NO、NH的形式存在，在有机物中以蛋白质形式存在。(2)氮的循环在自然界中，把空气中的氮气转化为氮的化合物实现氮的循环有两种途径：一是豆科植物根部的根瘤菌，把氮气转化为硝酸盐等含氮化合物；二是在放电条件下，氮气与氧气结合为氮氧化物，并随雨水进入水体中。人类在氮循环方面是通过化学方法把氮气转化为氨，再进一步转化成各种含氮的化合物。化石燃料燃烧、森林和农作物枝叶燃烧所产生的氮氧化物通过大气进入陆地和海洋，进入
2、氮循环。【例1】 某生态系统的氮循环如图所示。(1)哪一类生物能将蛋白质转化为氨()A微生物B藻类(2)该生态系统的豆科植物不施氮肥，仍能表现出良好的长势，原因是_。解析：在氮的循环过程中，豆科植物的根瘤菌能将空气中游离态的氮转化为硝酸盐等含氮化合物，从而满足自身营养的需要。NO被吸收后最终可转化为蛋白质，蛋白质被微生物分解成氨、硝酸根、铵根离子，而氨又可被硝化细菌氧化为NO。答案：(1)A(2)豆科植物的根瘤菌能将游离态的氮转化为硝酸盐等含氮的化合物，满足自身营养的需要2氮气(1)氮气的物理性质纯净的氮气通常状态下是无色的气体，没有味道，没有毒性，密度与空气的密度接近且略小。氮气在水中的溶解
3、度很小，通常状态下，1体积水中只能溶解大约0.02体积的氮气。当压强为1个大气压时，氮气在195.8 变为无色液体，在209.9 变为雪花状固体。析规律 巧比气体密度：比较两种气体的密度大小时，可利用“同温、同压下，两气体的密度之比等于其相对分子质量之比”，只需比校相对分子质量(或平均相对分子质量)的大小即可。如N2的相对分子质量为28，空气的平均相对分子质量为29，故N2的密度比空气略小。(2)氮气的化学性质通常情况下，N2的化学性质不活泼，很难与其他物质发生反应。但是在一定条件下，氮气能与氧气、氢气等物质发生反应。释疑点 N2为什么稳定氮分子是由氮原子构成的双原子分子，两个氮原子之间共用三
4、对电子，使每个原子均达到稳定结构，所以，要破坏这种牢固的结合需要很高的能量。N2和O2的反应在电闪雷鸣的雨天，空气中的氮气与氧气可以直接化合生成一氧化氮气体。N2O22NO(无色气体)生成的一氧化氮气体在常温下很容易被空气中的氧气氧化生成二氧化氮气体。2NOO2=2NO2(红棕色)生成的二氧化氮气体溶于水时与水反应生成硝酸和一氧化氮。3NO2H2O=2HNO3NO生成的硝酸随雨水淋洒到地面上，与土壤中的矿物作用，形成能被植物吸收的硝酸盐，促进植物生长。俗话说的“雷雨发庄稼”“一场雷雨一场肥”就是这个道理。另外，汽车发动机中也有N2与O2的反应，因此，汽车尾气中一般含有氮的氧化物。N2与H2的反
5、应在高温、高压和有催化剂存在的条件下，N2和H2可以直接化合，生成氨气，并放出热量，反应方程式如下：N23H22NH3实际上氮气和氢气反应生成氨气的同时，氨气也分解生成氮气和氢气，这样的反应称为可逆反应。因此，氮气和氢气不可能完全转化为氨气，在反应后的体系中氮气、氢气、氨气三种气体同时存在。谈重点 可逆反应的特点：可逆反应指的是在相同条件下能同时向正、反两个方向进行的反应。可逆反应特点：“两同”：同一条件下，正、逆反应同时进行。“共存”：反应物和生成物必须同时存在于同一反应体系中，即反应不能进行到底。表示方法：在可逆反应的化学方程式中用“”表示，不用“=”表示。N2与Mg等金属反应N23MgM
6、g3N2(3)N2的主要用途a氮气是合成氨制硝酸的重要材料；b氮气常用作保护气，用于焊接金属，填充灯泡、保存农副产品等；c液氨可作冷冻剂，应用于医学、高科技领域。(4)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。氮的固定大体有两种方法：【例2】 下列过程属于氮的固定的是()A空气液化得到液态的氮BNH4HCO3NH3H2OCO2CNH3HCl=NH4ClDN23H22NH3解析：在理解氮的固定时，一定要弄清楚是游离态氮到化合态氮，其他由化合态氮到化合态氮(例如：NH3NH4NO3，NONO2等)，化合态氮到游离态氮(例如NH3N2等)的过程都不是氮的固定。答案：D3一
7、氧化氮和二氧化氮氮在循环过程中有许多氮的氧化物产生，现将NO和NO2的性质总结如下：物质一氧化氮二氧化氮化学式NONO2物理性质无色、不溶于水的气体、有毒、用排水法收集红棕色、易溶于水、有刺激性气味的气体，有毒，用向上排空气法收集化学性质常温下容易与O2化合2NOO2=2NO23NO2H2O=2HNO3NO2NO2N2O4日常联系NO使人中毒的原理与CO相似，其更易与血红蛋白结合，造成人体缺氧；NO在生物学方面有着独特的作用，它作为传递神经信息的“信使分子”，在使血管扩张、免疫、增强记忆力等方面有着极其重要的作用NO2有较强的氧化性，可使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。能使多种纺织物退色，对金属和非
8、金属有腐蚀作用。NO2是形成光化学烟雾和酸雨的成分(1)由于NO极易被氧化为红棕色的NO2，因此收集NO时用排水集气法，不能用排空气法。NO2易溶于水，收集NO2用向上排空气法，不能用排水法。(2)NO2溶于水生成HNO3，但NO2不是HNO3的酸酐(因二者中氮元素化合价不同)。【例3】 发射卫星的运载火箭，其推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷出。引燃后产生的高温气体主要是CO2、H2O、N2、NO，这些气体均无色，但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红色气体。产生红色气体的原因是()A高温下N2遇空气生成NO2BNO遇空气生成NO2CCO2与NO反应生成CO与NO2DNO和H
9、2O反应生成H2和NO2解析：NO是一种无色无味的气体，但是这种气体化学性质非常活泼，在空气中很容易被氧化为红棕色的NO2气体，因而看到火箭喷出的大量红色气体是生成的NO被氧化成NO2的缘故。答案：B4.氨与铵态氮肥(1)氨气的物理性质氨气是无色、有刺激性气味的气体，密度比空气小，易液化，且极易溶于水，常温、常压下1体积水能溶解约700体积的氨气。(2)氨气的化学性质氨气与水的反应思考：氨溶解于水仅仅是简单的溶解吗？氨气溶于水形成的溶液的酸碱性怎样？实验用品：干燥的烧瓶、胶头滴管、烧杯、酚酞试液、铁架台(带铁夹)、长玻璃管。实验步骤：在干燥的烧瓶里充满氨气，用带有玻璃管和胶头滴管(滴管里预先吸
10、入水)的塞子塞紧瓶口；倒置烧瓶，使玻璃管插入盛有水的烧杯里(事先滴入少量酚酞试液)，按图所示安装好装置。打开橡皮管上的止水夹，挤压胶头滴管的胶头，使少量水进入烧瓶，观察现象。实验现象：烧杯里的水沿玻璃管进入烧瓶，形成喷泉，烧瓶中的液体呈红色。解释及结论：氨气极易溶于水，胶头滴管中少量的水使烧瓶中的氨迅速溶解，至使烧瓶内气体压强迅速减小。大气压将烧杯中的水通过玻璃管压到烧瓶中，于是形成了喷泉。烧瓶内液体呈红色说明氨气溶于水所得溶液呈碱性。喷泉实验关键：a.装置气密性要好，否则不能形成喷泉。b.所用烧瓶要干燥，否则现象不明显。c.圆底烧瓶内要充满氨气，否则实验不易成功。氨气的水溶液叫氨水。溶解于水
11、的氨气与水发生如下可逆反应：H2ONH3NH3H2ONHOH，所以氨水显弱碱性。一水合氨(NH3H2O)是一种弱碱，不稳定，受热易分解放出有刺激性气味的氨气：NH3H2ONH3H2O。谈重点 液氨与氨水的比较名称液氨氨水物质分类纯净物(非电解质)混合物(NH3H2O)粒子种类NH3分子分子：H2O、NH3H2O、NH3离子：NH、OH、H存在条件常温、常压下不能存在常温常压下可以存在，一般情况下，氨水盛装在橡皮袋、陶瓷坛里。氨水易挥发，因此，氨水应密封保存，且置于低温处注意：氨水的密度比水的小，越浓，其密度越小。氨水中氮元素主要以NH3H2O的形式存在，但氨水的溶质是NH3而非NH3H2O，计
12、算氨水的浓度时按NH3计算。氨气与酸的反应氨气是中学阶段学到的唯一显碱性的气体，因而可以与酸反应。实验方法：分别在两个集气瓶中滴入几滴浓氨水和浓盐酸，盖上玻璃片，然后抽去中间的玻璃片，如下图所示，观察现象。实验现象：两个试剂瓶内都产生了大量的白烟。实验结论及解释：浓氨水中挥发出氨气，浓盐酸中挥发出氯化氢气体，两种气体在集气瓶内相遇发生化学反应生成细小的氯化铵固体颗粒，现象为有大量白烟生成。反应的化学方程式为NH3HCl=NH4Cl。在通常状况下，氨除了跟浓盐酸反应以外，还易跟许多酸发生反应生成铵盐，例如：2NH3H2SO4=(NH4)2SO4NH3HNO3=NH4NO3NH3CH3COOH=C
13、H3COONH4NH3CO2H2O=NH4HCO3注意：a.若用玻璃棒分别蘸取浓氨水和浓盐酸，当玻璃棒靠近时，会产生大量白烟。(因为浓氨水、浓盐酸都易挥发，挥发出来的NH3和HCl相遇生成NH4Cl固体小颗粒)b若换成浓硝酸，同样有白烟生成(浓硝酸易挥发)。而换成浓硫酸，不会有白烟生成(浓硫酸难挥发)。氨与氯化氢的反应析规律 NH3的检验：用玻璃棒蘸浓盐酸靠近集气瓶口时，若产生大量白烟，可以作为检验NH3的一种方法。另外一种检验氨气的方法是用湿润的红色石蕊试纸靠近试管口或集气瓶口，利用石蕊试纸变蓝色来判断。氨气的催化氧化反应NH3中氮元素为3价，是最低价态，具有还原性，可与具有氧化性的物质反应
14、。通常状况下氨与氧气不反应，但一定条件(Pt作催化剂)下可与氧气反应：4NH35O24NO6H2O，此反应是工业制HNO3的基础。(3)铵盐的性质氨气与酸反应可以生成铵盐，铵态氮肥的主要成分就是铵盐，铵态氮肥包括硫酸铵(NH4)2SO4、碳酸氢铵(NH4HCO3)、氯化铵(NH4Cl)等。铵盐都是易溶于水的晶体，因而在贮存、使用铵态氮肥时，要注意防止雨水的淋湿。铵盐的不稳定性a氯化铵加热氯化铵固体的实验实验步骤：取少量氯化铵固体放在试管中加热，观察发生的现象。实验现象：试管底部的白色固体渐渐减少，在试管上部的内壁上生成了白色固体。实验结论：氯化铵不稳定，受热易分解。结论解释：氯化铵受热分解生成
15、氨气和氯化氢气体，这两种气体遇冷又重新化合为氯化铵。NH4ClNH3HClNH3HCl=NH4Clb碳酸氢铵实验步骤：取少量碳酸氢铵固体放入试管中加热，并将生成的气体通入新制的澄清石灰水中，观察发生的现象。加热碳酸氢铵固体的实验实验现象：试管底部的白色固体渐渐减少，澄清石灰水变浑浊。实验结论：碳酸氢铵不稳定，受热易分解。结论解释：碳酸氢铵受热分解生成氨气、二氧化碳和水。NH4HCO3NH3CO2H2O析规律 铵盐分解规律：多数铵盐受热易分解，多数分解放出NH3，生成相应的酸或酸性氧化物，但也有的铵盐受热分解，不放出NH3。例如，NH4NO3受热分解情况较复杂(发生氧化还原反应)：2NH4NO32N2O24H2O铵盐与碱的反应实验步骤：在试管中加入少量氯化铵固体，再滴加适量的10% NaOH溶液，加
