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1、第第3章章 自然界中的元素自然界中的元素第第2节节 氮的循环氮的循环联想联想质疑质疑闪电闪电时空气中会发闪电时空气中会发生哪些化学反应？生哪些化学反应？这些反应和生成的这些反应和生成的物质对人类的生产物质对人类的生产生活有什么影响？生活有什么影响？天空地面地底N2NO NO2HNO3NH3NH3 、NH4+、 NO3硝酸盐等硝酸盐等一、氮在自然界中的循环一、氮在自然界中的循环（1）物理性质：）物理性质：无色无味的气体，密度比空气稍小，难溶无色无味的气体，密度比空气稍小，难溶于水。于水。二、氮循环中重要物质及其变化二、氮循环中重要物质及其变化1、氮气与氮的固定、氮气与氮的固定（2）化学性质：）化
2、学性质：了解氮气了解氮气的分子结的分子结构构思考：思考：氮气分子中有三对共用电子对，其化学氮气分子中有三对共用电子对，其化学性质如何？性质如何？元素的典型物质元素的典型物质所属类别所属类别元素化合价元素化合价通性通性氧化性氧化性还原性还原性预测物质性质的方法预测物质性质的方法氮气与氮的固定氮气与氮的固定 N2分子中两个分子中两个氮原子共用氮原子共用三对电子，三对电子，结构特别稳定结构特别稳定常温下性质稳定常温下性质稳定高温高压催化剂，放电高温高压催化剂，放电氮氮的的化化合合物物游离态游离态化合态化合态氮的固定氮的固定放电放电如：如：N2+O2 2NO N2+3H2 2NH3 概括概括整合整合
3、人工固氮生物固氮高能固氮自然固氮氮的固定氮的固定合成氨仿生固氮可逆反应：在相同条件下能同时向正反两个方向进行的反应称为可逆反应。连接符号用 镁等活泼金属可在氮气中燃烧3Mg+N2=Mg3N2Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3点燃点燃 NO2 NO2 2、氮的氧化、氮的氧化物物N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5 +1 +2 +3 +4 +4 +5NO与与NO2的比较的比较NONO2物理物理性质性质化学化学性质性质无色有刺激性气味气体无色有刺激性气味气体难溶于水，难溶于水，剧毒！剧毒！红棕色有刺激性气味红棕色有刺激性气味气体，能溶于水，气体，能溶于水，剧毒！剧毒！2N
4、O+O2=2NO23NO2+H2O= 2HNO3+NO0.005mol30g/mol+0.045mol46g/mol0.05mol=44.4g/molM1=（体积比）138依题意：3/2x+y/2=0.03mol依题意：y/2+z=0.03mol解得：y=0.04mol0.004mol46g/mol+0.01mol92g/mol0.05mol=55.2g/molM2=转换机智在化学计算中的应用转换机智在化学计算中的应用左香华（广东省深圳市宝安区教研室，广东深圳518101）转换机智是人们在解决问题的过程中，利用知识之间的相互联系，把题目中的已知条件或所求问题转换成自已熟悉的便于理解的，且又易作
5、出判断的等价形式的思维过程。转换的特征是“等价”，转换的目的是便于解决原问题。一、利用极限思维的观点将三组份体系转化为两组份体系一、利用极限思维的观点将三组份体系转化为两组份体系【例1】0.03mol铜完全溶于硝酸，产生氮的氧化物（NO、NO2、N2O4）混合气体共0.05mol。该混合气体的平均相对分子质量可能是（2002年上海市高考题）（A）30（B）46（C）50（D）66【解析】：设生成的气体产物中NO、NO2、N2O4的物质的量分别为x、y、z按极限思维的观点，将三组分体系转化为二组分体系。若气体产物中只生成NO、NO2的混合物。则由3Cu2NOCu2NO232123/2xxy/2y
6、x+y=0.05mol解得：x=0.005moly=0.045mol若气体产物中只生成NO2、N2O4的混合物则由Cu2NO2CuN2O4y/2yzzy+z=0.05molz=0.01molM1MM2，即44.4M55.2。故答案为（B）（C）。评述评述：按平均值法的思想，似乎所求答案在30（最小的相对分子质量）和92（最大的相对分子质量）之间，但需注意到此处给定了铜和气体的物质的量，须进行半定量计算进行判断。这里的半定量计算中洋溢着一种转换的思想，同时也渗透了平均值法的思想，它是一种高层次的平均值法思想的体现。二、利用某些物质的特殊属性（如相对分子质量、组成、特殊性质等）将三组份体系转化为两
7、组份体系二、利用某些物质的特殊属性（如相对分子质量、组成、特殊性质等）将三组份体系转化为两组份体系【例例2】由CO2、H2和CO组成的混合气体同温同压下与氮气的密度相同。该混合气体中CO2、H2和CO的体积比为（1999年上海市高考题）（A）29：8：13（B）22：1：14（C）13：8：29（D）26：16：57【解析】M（CO）=M（N2）=28（特殊值）CO可为任意体积。原问题转换为CO2和H2的体积比的求算，由十字交叉法可知：CO2442628H2216即V（CO2）：V（H2）=26：16=13：8观察备选答案可知，答案为（C）（D）。评述：评述：抓住某些物质的特殊性质将原问题适当
8、转换，从而使原问题得以简化。这种转换是从一突破口开始进行，因而找准解题的突破口或题眼至关重要。三、利用特殊的化学式，将有关物质的化学式进行转换，从而突破难点三、利用特殊的化学式，将有关物质的化学式进行转换，从而突破难点【例3】由环已烷、乙醇、乙醚组成的混合物，经测定其中碳的质量分数为72.0%，则氧的质量分数为（A）14.2%(B)16.0%(C)17.8%(D)19.4%【解析】将环已烷、乙醇、乙醚的化学式C6H12、C2H6O、C4H10O适当变形，即C6H12、C2H4H2O、C4H8H2O，混合物的组成可以认为是CnH2nxH2O，显然，由CnH2n知，混合物中部分氢的质量分数为72%
9、1/6=12%，故水的含量为100%72%12%=16%，又由水的组成知，氧的含量为16%16/18=14.2%，故答(A).评述：评述：将有关物质的化学式进行变形处理，这就是一种转换。这种转换仍然是一种等价转换。通过转换，使原问题化隐为现、化难为易，因此，灵活的转换机智是思维创新的基础和前提。四、利用某些特殊的化学反应将多组份体系转化为三组份体系四、利用某些特殊的化学反应将多组份体系转化为三组份体系【例4】120、101.3KPa的条件下，有2LH2O（气）、2LCO、1LCO2、0.5LO2和1LH2组成的混合气体。将混合气体通过分别盛有足量铜粉、炭粉和氧化铜粉的三个灼热的反应管。假设气体
10、通过每个反应管都能充分反应，且不论三个反应管以何种顺序排列。问：（1）尾气是否可能是单一气体？（填“可能”或“不可能”），若可能，该气体是。（2）原气体中是否有几种（或一种）不可能再存在于尾气之中？（填“有”或“没有”）。（3）原气体中是否有几种（或一种）肯定存在于尾气之中？（填“有”或“没有”）。若有，它们（或它）是。【解析】：3个灼热反应管中Cu和C是还原剂，CuO是氧化剂。而Cu只能还原O2，不能还原H2O（气）、CO2；C却可以还原H2O（气）、CO2、O2；CuO可以氧化H2、CO。由题给数据知无论铜管在先还是在后，均有以下反应发生，即：2Cu+O2=2CuO2H2+2CuO=2Cu
11、+2H2O（气）得：2H2O2=2H2O（气）1L0.5L1LH2和O2恰好反应转化为1LH2O（气）,Cu可视作催化剂，因此，通过铜管后，5组分体系转化为三组分体系，三个灼热管可视作只剩下C和CuO两个灼热管。故本题只需考虑C和CuO管的先后问题。即：CCO2、H2OCO、H23LH2O（气）2LCO1LCO2CCuOCuOCCO2、H2OCO、H2故答案为：（1）不可能；（2）有；（3）没有。评述：评述：氢气和氧气的反应可以认为是铜作催化剂的反应，由此将5组份体系转化为三组分体系。这种转换符合化学反应原理，是一种等价转换。真是三管变两管，就简又删繁。 现象现象 无色变为红棕色无色变为红棕色
12、 红棕色红棕色变为无色变为无色关系式4NO2+O2+2H2O=4HNO34NO+3O2+2H2O=4HNO33、氨与铵态氮肥、氨与铵态氮肥观察实验，你看到了什么现象？观察实验，你看到了什么现象？滴有酚酞溶液的水氨气水形成喷泉，烧瓶内溶液呈红色形成喷泉，烧瓶内溶液呈红色 色色 气味的气味的 体，体，密度比空气的密度密度比空气的密度 ， 溶于水溶于水 没有颜有刺激性气小极易1体积水能溶解约700 体积氨气（1）. 氨的物理性质为什么烧瓶内溶液呈红色？为什么烧瓶内溶液呈红色？（ 02年理综年理综 ）29题第题第4小问小问（4）如果只提供如图）如果只提供如图2的装置，请说明引的装置，请说明引发喷泉的方
13、法。发喷泉的方法。 答：答：图1图2用热毛巾用热毛巾敷敷在烧瓶上。在烧瓶上。（2).氨的化学性质.与水反应NH3 + H2O NHNH3 3HH2 2OO NHNH3 3HH2 2OO NHNH4 4+ + + + OH -氨气是一种碱性气体氨气是一种碱性气体氨气是一种碱性气体氨气是一种碱性气体, , 它能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。它能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。它能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。它能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。氨气的水溶液称为氨水。氨水中的微粒：分子 H2O、NH3、NH3H2O 离子 NH4+、OH-、H+氨气、液氨、氨水的区别化学小魔术化学小魔术两个集气瓶中充满白烟两个集气瓶中充
14、满白烟思考：思考：小魔术体现了浓氨水和浓盐酸的哪一物理性质小魔术体现了浓氨水和浓盐酸的哪一物理性质?挥发性挥发性NH3 + HCl = NH4Cl白烟是白烟是NH4Cl的固体小颗粒的固体小颗粒氨气氯化氢氨气氯化氢、与酸反应、与酸反应NH3 + HCl = NH4ClNH3 + HNO3 = NH4NO32NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4生成铵盐生成铵盐NH3-3-3 氨中氮元素化合价为最低价，氨具有还原性，氨中氮元素化合价为最低价，氨具有还原性，能与具有氧化性的物质发生反应。能与具有氧化性的物质发生反应。与氧气反应（与氧气反应（氨的催化氧化）氨的催化氧化）4NH3 + 5O2 4
15、NO + 6H2O高温高温催化剂催化剂还原性铵态氮肥铵态氮肥化学式化学式性性 状状NHNH4 4HCOHCO3 3白色固体白色固体，吸湿性很，吸湿性很强，易潮解，强，易潮解，易溶于水易溶于水，弱碱性，弱碱性NHNH4 4ClCl白色固体白色固体，有吸湿性，有吸湿性，易溶于水易溶于水，酸性酸性. .NHNH4 4NONO3 3白色固体白色固体，易潮解，结硬块，易潮解，结硬块，易溶于水易溶于水，微酸性，微酸性，（NHNH4 4) )2 2SOSO4 4白色固体白色固体，吸湿性不大，不易结块，吸湿性不大，不易结块易溶于水易溶于水铵盐的性质1.物理性质物理性质白色固体，易溶于水白色固体，易溶于水 有一
16、位农民在仓库里存放了一袋氮肥有一位农民在仓库里存放了一袋氮肥碳酸氢铵碳酸氢铵(俗称碳铵俗称碳铵)，有一天他发现这袋化肥，有一天他发现这袋化肥包装破损且受潮了，就把它拿出去晒，结果发包装破损且受潮了，就把它拿出去晒，结果发现少了很多。现少了很多。是谁偷走了化肥？观察观察思考思考观察实验，你看到了什么现象？观察实验，你看到了什么现象？加热氯化铵固体的实验受热分解，试管壁上有固体生成。受热分解，试管壁上有固体生成。观察实验，你看到了什么现象？观察实验，你看到了什么现象？加热碳酸氢铵固体的实验 固体分解，生成能使澄清石灰固体分解，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体。水变浑浊的气体。 NH4HCO3 NH3
17、 +CO2 + H2O NH4Cl NH3 + HCl 铵盐的性质2.化学性质化学性质（1）受热易分解）受热易分解NH4Cl NH3 + HCl NH4HCO3 NH3 + CO2 + H2O 怎样合理的储存铵态氮肥怎样合理的储存铵态氮肥 ？密封包装并放在阴凉通风处密封包装并放在阴凉通风处 NH3+HCl=NH4Cl (假升华)观察观察思考思考 观察实验，湿润的红色石蕊试纸观察实验，湿润的红色石蕊试纸发生了什么变化？发生了什么变化？湿润的红色石蕊试纸变蓝湿润的红色石蕊试纸变蓝NH4Cl+NaOH=NH3+NaCl+H2O（2）与碱反应生成氨）与碱反应生成氨怎样合理的施用铵态氮肥怎样合理的施用铵
18、态氮肥 ？ 不能与碱性物质如草木灰等混合使用，不能与碱性物质如草木灰等混合使用，施肥时，应将其埋在土下以保持肥效。施肥时，应将其埋在土下以保持肥效。探究探究实验室制取氨气实验室制取氨气原理：原理：制取装置：制取装置：收集方法：收集方法： 向下排空气法向下排空气法验满方法：验满方法： 湿润的红色石蕊试纸（变蓝）湿润的红色石蕊试纸（变蓝）2NH4Cl+Ca(OH)2=2NH3+CaCl2+2H2O固固固固 + + 固固固固 气体气体气体气体净化装置：净化装置： 盛有碱石灰的干盛有碱石灰的干 燥管燥管不加热制氨气：将浓氨水加入氢氧化钠固体或新制的生石灰中(伴你学P81)归纳归纳整理整理催化剂（3 3
19、）与氧气反应（）与氧气反应（氨的催化氧化）氨的催化氧化）一一.氨氨1.物理性质2.化学性质（1 1）与水反应）与水反应NH3 + H2O NHNH3 3HH2 2OO NHNH4 4+ + + + OH -（2 2）与酸反应）与酸反应NH3 + HCl = NH4ClNH3 + HNO3 = NH4NO32NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO44NH3 + 5O2 4NO + 6H2O高温二二.铵盐铵盐1.物理性质2.化学性质（1）受热易分解）受热易分解（2）与碱反应生成氨）与碱反应生成氨NH4HCO3 NH3 + CO2 + H2O NH4Cl NH3 + HCl 三三.氨的实验室制
20、法氨的实验室制法2NH4Cl+Ca(OH)2=2NH3+CaCl2+2H2O4 4、硝酸的性质硝酸的性质 (1)、物理性质、物理性质纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味 的液体。的液体。 硝酸能以任意比溶解于水。硝酸能以任意比溶解于水。质量分数为质量分数为69%的硝酸为浓硝酸的硝酸为浓硝酸； 质量分数为质量分数为98%以上的硝酸为发烟硝酸。以上的硝酸为发烟硝酸。(2)、硝酸的化学性质、硝酸的化学性质1） 具有酸的通性具有酸的通性2 ）不稳定性不稳定性3）具有强）具有强氧化性氧化性go1） 具有酸的通性具有酸的通性使紫色的石蕊试液变红使紫色的石蕊试液变红与某些金属
21、氧化物起反应与某些金属氧化物起反应与某些盐起反应与某些盐起反应与碱起反应与碱起反应 2HNO3+CuO=Cu(NO3)2+H2O2HNO3 +CaCO3=Ca(NO3)2 +CO2+ H2OHNO3+NaOH=NaNO3+H2O返回返回 4 HNO3 = 2H2O+4NO2 +O2 受热或见光受热或见光2 ）硝酸的不稳定性硝酸的不稳定性思考思考：浓硝酸为什么常呈黄色？浓硝酸为什么常呈黄色？如何保存硝酸？如何保存硝酸？阴凉、避光（棕色试剂瓶）阴凉、避光（棕色试剂瓶）硝酸分解发出的二氧化氮气体溶于硝酸硝酸分解发出的二氧化氮气体溶于硝酸而使硝酸呈黄色而使硝酸呈黄色返回返回3）氧化性）氧化性（HNO3
22、）+5硝酸与大部分的金属能反应硝酸与大部分的金属能反应硝酸与许多的非金属能反应硝酸与许多的非金属能反应3Cu +8HNO3(稀）稀）=3Cu(NO3)2+2NO +4H2OCu +4HNO3(浓）浓）=Cu(NO3)2+2NO2 +2H2O3Mg+8HNO3(稀）稀）=3Mg(NO3)2+2NO +4H2OC+4HNO3=2H2O+4NO2 +CO2 返回返回l(3)将其他一些具有还原性的物质氧化：lS2-、HS-、H2S、I-、Fe2+l3S2-+8H+2NO3-=3S+2NO+4H2Ol3Fe2+4H+NO3-=3Fe3+NO+2H2Ol一般浓硝酸被还原为NO2，稀硝酸被还原为NO三、人类
23、活动对自然界氮三、人类活动对自然界氮 循环和环境的影响循环和环境的影响 NONO2伦敦光化学烟雾伦敦光化学烟雾洛杉矶光化学烟雾洛杉矶光化学烟雾广广州州光化学烟雾光化学烟雾酸酸 雨雨酸雨的形成酸雨的形成酸雨的酸雨的 危害危害水体富营养化水体富营养化悲哀的海豚被污染的河流1.刚做过的氨的喷泉实验体现了氨的哪些性质？（刚做过的氨的喷泉实验体现了氨的哪些性质？（ ） A.还原性还原性 B.极易溶解于水极易溶解于水 C.与水反应生成碱性物质与水反应生成碱性物质 D.氧化性氧化性BC 2.氯气管道泄漏，可以用浓氨水检验，漏气处会出现白烟，这氯气管道泄漏，可以用浓氨水检验，漏气处会出现白烟，这白烟就是白烟就
24、是NH4Cl，反应的化学方程式为，反应的化学方程式为3Cl2+8NH3=N2+6NH4Cl。该反应中氧化剂为该反应中氧化剂为 ，还原剂为，还原剂为 ，NH3表现了表现了 性。性。Cl2NH3还原还原迁移迁移应用应用迁移迁移应用应用3.请写出请写出NH4Cl与与NaOH溶液反应的离子方程式溶液反应的离子方程式NH4+ + OH - - NH3 + H2O并思考如何检验某溶液中是否含有并思考如何检验某溶液中是否含有NH4+ ？ 取待测液少许于试管中，加入取待测液少许于试管中，加入NaOH溶液，加热，将溶液，加热，将湿润的红色石蕊试纸贴在玻璃棒上靠近试管口，若试纸湿润的红色石蕊试纸贴在玻璃棒上靠近试
25、管口，若试纸变蓝，证明溶液中含有变蓝，证明溶液中含有NH4+ ，否则没有。，否则没有。4.4.大气压对许多物理实验和化学实验有着重要影响。制取氨气并完成喷泉实验大气压对许多物理实验和化学实验有着重要影响。制取氨气并完成喷泉实验大气压对许多物理实验和化学实验有着重要影响。制取氨气并完成喷泉实验大气压对许多物理实验和化学实验有着重要影响。制取氨气并完成喷泉实验（夹持装置均已略去）。（夹持装置均已略去）。（夹持装置均已略去）。（夹持装置均已略去）。(1)(1)写出实验室制取氨气的化学方程式：写出实验室制取氨气的化学方程式：写出实验室制取氨气的化学方程式：写出实验室制取氨气的化学方程式：_(2)(2)
26、收集氨气应使用收集氨气应使用收集氨气应使用收集氨气应使用_ _ 法，要得到干燥的氨气法，要得到干燥的氨气法，要得到干燥的氨气法，要得到干燥的氨气可选用可选用可选用可选用_ _ 做干燥剂。做干燥剂。做干燥剂。做干燥剂。(3)(3)用右图装置进行喷泉实验，用右图装置进行喷泉实验，用右图装置进行喷泉实验，用右图装置进行喷泉实验，上部烧瓶已装满干燥氨气，上部烧瓶已装满干燥氨气，上部烧瓶已装满干燥氨气，上部烧瓶已装满干燥氨气，引发水上喷的操作是引发水上喷的操作是引发水上喷的操作是引发水上喷的操作是_2NH4Cl+Ca(OH)2=2NH3+CaCl2+2H2O向下排空气向下排空气 碱石灰碱石灰碱石灰碱石灰打开止水夹，挤出胶头滴管中的水。打开止水夹，挤出胶头滴管中的水。打开止水夹，挤出胶头滴管中的水。打开止水夹，挤出胶头滴管中的水。 迁移迁移应用应用
