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1、第第3 3章章 自然界中的元素自然界中的元素第第2 2节节 氮氮的循环的循环 一方面是大气中的氮气通过闪电与氧气化合生成一一方面是大气中的氮气通过闪电与氧气化合生成一氧化氮，一氧化氮继续被空气中的氧气氧化生成二氧化氧化氮，一氧化氮继续被空气中的氧气氧化生成二氧化氮，二氧化氮与水反应形成硝酸随雨水降落地面，与土氮，二氧化氮与水反应形成硝酸随雨水降落地面，与土壤中的矿物质作用，生成硝酸盐。另一方面是豆科作物壤中的矿物质作用，生成硝酸盐。另一方面是豆科作物的根瘤菌将空气中的氮气直接转化为氨。植物通过吸收的根瘤菌将空气中的氮气直接转化为氨。植物通过吸收NONO3 3- -和和NHNH4 4+ +，合成
2、氨基酸进而合成蛋白质。人和动物通过，合成氨基酸进而合成蛋白质。人和动物通过采食植物的果实或块根，将植物蛋白转化为动物蛋白，采食植物的果实或块根，将植物蛋白转化为动物蛋白，动植物遗体中的蛋白质被微生物分解为铵根离子、硝酸动植物遗体中的蛋白质被微生物分解为铵根离子、硝酸根离子和氨，又回到土壤和水体中，被植物再次吸收。根离子和氨，又回到土壤和水体中，被植物再次吸收。一、自然界中氮的循环一、自然界中氮的循环 天上人间地下N2NO NO2HNO3NH3NH3 、NH4+、 NO3二、氮循环中的重要物质二、氮循环中的重要物质、氮气、氮气 （1）物理性质：）物理性质：无色、无气味的气体；难溶于水；密度比空气
3、稍小。无色、无气味的气体；难溶于水；密度比空气稍小。N NN N.氮气可用作保护气，充填灯泡。氮气可用作保护气，充填灯泡。（2）化学性质）化学性质 ：氮气的化学性质很不活泼。氮气的化学性质很不活泼。放电放电N2 + O2 2NO 在新疆和青海两省交界处，有一狭长山谷，有时牧民和牲畜进在新疆和青海两省交界处，有一狭长山谷，有时牧民和牲畜进入后，风和日丽的晴天顷刻间会电闪雷鸣，狂风大作入后，风和日丽的晴天顷刻间会电闪雷鸣，狂风大作,人畜常遇雷人畜常遇雷击而倒毙，被当地牧民称为击而倒毙，被当地牧民称为“魔鬼谷魔鬼谷”。 奇怪的是这里草木茂盛，你知道其中的原因吗？奇怪的是这里草木茂盛，你知道其中的原因
4、吗？N2O2闪电闪电NONO2HNO3硝酸盐硝酸盐O2H2O 放电 N2+O2 2NO2NO+O2 2NO23NO2+H2O 2HNO3+NO N2 + 3H2 2NH3催化剂催化剂高温高压高温高压N2 + 3Mg Mg3N2点燃点燃氮的固定：氮的固定：将空气中将空气中游离态的氮游离态的氮转化为转化为含氮化合物含氮化合物的方法。的方法。氮的固定氮的固定自然固氮自然固氮人工固氮人工固氮闪电闪电 10%生物固氮生物固氮90%可逆反应？可逆反应？N N2 2O O、NONO、 N N2 2O O3 3、 NO NO2 2、N N2 2O O4 4、N N2 2O O5 52、氮的氧化物、氮的氧化物+
5、1 +2 +3 +4 +4 +5(1)(1)一氧化氮一氧化氮： 无色、有无色、有毒毒、难溶于水的气体。、难溶于水的气体。氧化氮遇空气立即变为氧化氮遇空气立即变为红棕红棕色。色。2NO + O2 = 2NO2 (2)(2)二氧化氮二氧化氮： 红棕红棕色、有色、有毒、毒、有刺激性气有刺激性气味味的气体，易溶于水。的气体，易溶于水。 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NONO2既是氧化剂又是还原剂既是氧化剂又是还原剂2NO2NO2 2 N N2 2O O4 44NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 4NO + 3O2 + 2 H2O =4HNO3问题讨论：问题讨论：2 2、能不能用
6、排空气法收集一氧化氮？为什么？、能不能用排空气法收集一氧化氮？为什么？ 3 3、如何除去一氧化氮气体中混有的少量二氧化氮？、如何除去一氧化氮气体中混有的少量二氧化氮？ 因为因为NO易被空气中易被空气中O2氧化成氧化成NO2 ，所以，所以不能用不能用排空气法收集。排空气法收集。 将混合气体通过盛有水的洗气瓶将混合气体通过盛有水的洗气瓶。1 1、如何检验一氧化氮？、如何检验一氧化氮？ 无色气体遇空气立即变为红棕色，说明是无色气体遇空气立即变为红棕色，说明是NO。3 3、氨和铵盐、氨和铵盐(1)(1)氨气氨气 NH3 无无色色有有刺刺激激性性气气味味的的气气体体，极极易易溶溶于于水，易液化。水，易液
7、化。实验实验12实验现象实验现象结论结论烧杯中的水进入烧瓶烧杯中的水进入烧瓶形成喷泉，烧瓶内液形成喷泉，烧瓶内液体呈现红色体呈现红色NH3极易溶于水，极易溶于水，NH3与与水反应生成了碱性物质水反应生成了碱性物质产生大量白烟产生大量白烟NH3与与HCl反应生成了白反应生成了白色固体色固体1：700NH3 + H2O NH3H2O NH4 + OH-能使湿润的红色石蕊试纸变能使湿润的红色石蕊试纸变蓝蓝。与水反应：与水反应： 与酸反应：与酸反应：还原性：还原性： NH3 + HCl NH4Cl 有大量白烟生成。有大量白烟生成。 2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 NH3 + CO2
8、+ H2O = NH4HCO3 NH3 + H+ = NH4+ 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O催化剂催化剂2NH4Cl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2NH3+ 2H2O装置类型：装置类型： 固体固体 + 固体加热型固体加热型 收集方法：收集方法： 向下排空气法向下排空气法干燥方法：干燥方法： 通过盛有碱石灰的干燥管通过盛有碱石灰的干燥管 验满：验满： 将将湿润的红色石蕊试纸湿润的红色石蕊试纸放在瓶口，试纸放在瓶口，试纸变蓝变蓝说明已集满。说明已集满。同同O2用玻璃棒蘸取用玻璃棒蘸取浓盐酸浓盐酸靠近瓶口有白烟产生。靠近瓶口有白烟产生。棉花棉花团的作用：防止外界气流的的作用：防
9、止外界气流的搅动。实验实验123实验现象实验现象结论结论加热不久试管上有白加热不久试管上有白色固体附着色固体附着NHNH4 4ClCl受热易分解，冷受热易分解，冷却后又结合成却后又结合成NHNH4 4ClCl生成使澄清的石灰水生成使澄清的石灰水变浑浊的气体变浑浊的气体受热易分解受热易分解产生大量气体，能闻产生大量气体，能闻到刺激性气味，湿润到刺激性气味，湿润的红色石蕊试纸变蓝的红色石蕊试纸变蓝产生了产生了NHNH3 3（2 2）铵盐）铵盐由由NH4+与与酸根阴离子酸根阴离子构成的化合物构成的化合物铵盐都是晶体，易溶于水。铵盐都是晶体，易溶于水。 不稳定性不稳定性，受，受热易分解易分解。 NH4
10、Cl NH3+ HClNH4HCO3 NH3 + H2O + CO2NHNH4 4NONO3 3 N2O+ + 2H2O 与碱反应与碱反应生成氨气生成氨气NH4+ + OH- = NH3H2ONH4+ + OH- NH3+ H2O 产生的气体能使湿生的气体能使湿润的的红色色石蕊石蕊试纸变蓝.检验检验NHNH4 4+ +离子的方法：离子的方法： 取试样加取试样加NaOH溶液，加热，用溶液，加热，用湿润的红色石蕊试纸检验，若试纸湿润的红色石蕊试纸检验，若试纸变变蓝，证明试样中含有蓝，证明试样中含有NH4+。氮肥氮肥化肥化肥铵态氮肥：铵态氮肥：硝态氮肥：硝态氮肥：有机态氮肥：有机态氮肥：尿素尿素硝酸
11、盐硝酸盐NH4Cl （NH4）2SO4 NH4HCO34、硝酸、硝酸纯净的硝酸是纯净的硝酸是无色、易挥发无色、易挥发、有刺激性气味的液体。、有刺激性气味的液体。能以任意比溶于水能以任意比溶于水 质量分数在质量分数在95%以上的浓硝酸在空气中由于挥发以上的浓硝酸在空气中由于挥发出硝酸蒸气会产生出硝酸蒸气会产生“发烟发烟”现象，通常叫做现象，通常叫做发烟硝酸发烟硝酸。浓硝酸的质量分数为浓硝酸的质量分数为69%（1）硝酸的）硝酸的：稀硝酸使石蕊稀硝酸使石蕊试液液变红。 BaCO3 + 2H+ = Ba2+ + H2O + CO2一元强酸具有酸的通性。一元强酸具有酸的通性。与金属反应不能生成与金属反应
12、不能生成氢气氢气。不稳定性不稳定性: 4HNO3 4NO2 + O2 +2H2O或光照或光照硝酸应如何保存硝酸应如何保存？久置浓硝酸为什么呈黄色？久置浓硝酸为什么呈黄色？密封保存在密封保存在棕色试剂瓶中棕色试剂瓶中,并放在并放在冷暗处！冷暗处！（2 2）特性：）特性： 浓硝酸因溶有浓硝酸因溶有NO2而呈而呈黄黄色。色。强氧化性：强氧化性： 实验实验2、稀硝稀硝酸酸 剧烈反应剧烈反应, ,铜不断溶铜不断溶解，产生解，产生红棕色红棕色气体，气体，溶液变为溶液变为绿绿色。色。 反应从慢到快，铜在反应从慢到快，铜在不断的溶解，产生不断的溶解，产生无色无色气气体在试管上部变为体在试管上部变为红棕红棕色，
13、色，溶液变为溶液变为蓝蓝色。色。结论：结论：1、硝酸是一种强氧化剂（浓、稀）、硝酸是一种强氧化剂（浓、稀） 2、浓硝酸、浓硝酸 NO2 稀硝酸稀硝酸 NOCu+4HNO3（浓）（浓）=Cu（NO3）2+ 2NO2 +2H2O0+2+5+43Cu+8HNO3（稀）（稀）=3Cu（NO3）2+ 2NO +4H2O0+5+2+2化学方程式：化学方程式：铝、铁遇冷、浓铝、铁遇冷、浓HNO3会发生会发生钝化钝化。 C + 4HNO3(浓浓) CO2+ 4NO2+ 2H2O王水：浓硝酸与浓盐酸按体积比王水：浓硝酸与浓盐酸按体积比1 ：3混合而成混合而成 。实验实验1：瓶口有白雾，有刺激性气味。：瓶口有白雾
14、，有刺激性气味。实验实验3：稀硝酸中，有无色气体，溶：稀硝酸中，有无色气体，溶液变黄或浅绿；浓硝酸中，无明显液变黄或浅绿；浓硝酸中，无明显现象。现象。浓硝酸的氧化性强于稀硝酸浓硝酸的氧化性强于稀硝酸硝酸的浓度越小被还原的程度越大。硝酸的浓度越小被还原的程度越大。HNO3浓浓 NO2稀稀 NO 金属跟硝酸反应的本质：金属跟硝酸反应的本质：+5价氮元素得电子，被还价氮元素得电子，被还原为低价态氮的化合物或氮气。原为低价态氮的化合物或氮气。铁粉与稀硝酸反应的化学方程式铁粉与稀硝酸反应的化学方程式3Fe2+ + NO3- + 4H+ = 3Fe3+ + NO + 2H2OFe + NO3- + 4H+
15、 = Fe3+ + NO + 2H2O2Fe3+ +Fe = 3Fe2+ 石油石油产品和煤的燃品和煤的燃烧、汽、汽车尾气的排放，硝酸厂的尾气的排放，硝酸厂的废气等气等产生大量氮的氧化物生大量氮的氧化物(NO2和和NO)排入大气中排入大气中污染染环境，境，导致致光化学烟光化学烟雾、酸雨酸雨。过度使用化肥，生活度使用化肥，生活污水的任意排放，水的任意排放，导致致水体富水体富营养化养化。 由于化石燃料的消耗量剧烈增加，合成氮肥的使用由于化石燃料的消耗量剧烈增加，合成氮肥的使用量迅速上升，豆科植物的种植面积不断增大，使量迅速上升，豆科植物的种植面积不断增大，使活性活性氮氮的数量大大增加。的数量大大增加。三、人类活动对自然界氮循环的和环境的影响三、人类活动对自然界氮循环的和环境的影响
