新教材魯科版高中化學(xué)必修一 3.3.1 自然界中的氮循環(huán) 教學(xué)講義

1、精品文檔 精心整理精品文檔 可編輯的精品文檔第3節(jié)氮的循環(huán)第1課時(shí)自然界中的氮循環(huán)發(fā)展目標(biāo)體系構(gòu)建1.通過(guò)自然界中的氮循環(huán)，了解氮循環(huán)的基本過(guò)程，能舉例自然固氮與人工固氮的過(guò)程，知道人工固氮對(duì)社會(huì)發(fā)展的重要意義；認(rèn)識(shí)氮循環(huán)過(guò)程中重要的含有氮元素的物質(zhì)，能夠?qū)械氐奈镔|(zhì)進(jìn)行分類。2.通過(guò)對(duì)固氮的分析，認(rèn)識(shí)氮?dú)?、一氧化氮、二氧化氮的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)以及典型的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，能書寫主要反應(yīng)的化學(xué)方程式，知道他們的主要應(yīng)用。一、自然界中的氮循環(huán)1氮元素在自然界中的存在形式：游離態(tài)和化合態(tài)。2自然界中氮的循環(huán)3人類活動(dòng)的影響(1)氮?dú)鈋q o(,sup8(化學(xué)方法)氨氣氮肥、硝酸等含氮化合物。(2)燃

2、燒反應(yīng)產(chǎn)生的氮氧化物參與氮的循環(huán)。二、氮循環(huán)中物質(zhì)的性質(zhì)及物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化1氮的固定(1)定義：將空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過(guò)程。(2)分類氮的固定eq blcrc (avs4alco1(自然固氮blcrc (avs4alco1(高能固氮：N2O2o(=,sup8(放電)2NO,生物固氮：豆科植物的根瘤菌)微點(diǎn)撥：(1)含氮化合物之間的轉(zhuǎn)化不屬于氮的固定。(2)固氮反應(yīng)一定屬于氧化還原反應(yīng)。2氮?dú)?1)物理性質(zhì)顏色狀態(tài)氣味密度溶解性無(wú)色氣體無(wú)味與空氣接近難溶于水(2)化學(xué)性質(zhì)氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)不活潑，通常很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。還原性：與O2反應(yīng)產(chǎn)生NO，反應(yīng)的化學(xué)方程式為N2O2eq o(

3、=,sup8(放電)2NO。氧化性：與H2反應(yīng)生成NH3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為N23H22NH3。微點(diǎn)撥：氮分子中兩個(gè)氮原子之間存在很強(qiáng)的作用力，故N2性質(zhì)很穩(wěn)定，化學(xué)反應(yīng)的條件也比較苛刻。3一氧化氮和二氧化氮(1)物理性質(zhì)物質(zhì)顏色狀態(tài)氣味毒性水溶性NO無(wú)色氣態(tài)無(wú)味有毒難溶于水NO2紅棕色氣態(tài)刺激性有毒易溶于水(2)相互轉(zhuǎn)化NONO2：2NOO2=2NO2。NO2NO：3NO2H2O=2HNO3NO。微點(diǎn)撥：NO和NO2的收集方法NO的收集：排水法。NO2的收集：向上排空氣法。1判斷正誤(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”)。(1)化合態(tài)的氮元素只顯一種價(jià)態(tài)。()(2)N2在通常狀況下與O2反應(yīng)生成NO

4、2。()(3)合成氨反應(yīng)屬于自然固氮中的高能固氮。()(4)NO在空氣中易轉(zhuǎn)化為紅棕色NO2。()(5)NO2與H2O的反應(yīng)，NO2只作氧化劑。()答案(1)(2)(3)(4)(5)2下列敘述中與氮的固定無(wú)關(guān)的是()A工業(yè)合成氨B工業(yè)上將氨轉(zhuǎn)化成硝酸和其他氮的氧化物C豆科植物的根瘤菌吸收空氣中的氮?dú)馐怪D(zhuǎn)化成植物蛋白質(zhì)D電閃雷鳴的雨天，N2與O2會(huì)發(fā)生反應(yīng)并最終轉(zhuǎn)化為硝酸鹽被植物吸收B氮的固定過(guò)程是使游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過(guò)程，B項(xiàng)，NH3轉(zhuǎn)化為HNO3和其他氮的氧化物與氮的固定無(wú)關(guān)。3宇宙飛船的運(yùn)載火箭的推進(jìn)器引燃后發(fā)生劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量高溫氣體，從火箭尾部噴出。引燃后的高溫氣體成分有

5、CO2、H2O、N2、NO等，這些氣體均無(wú)色，但在衛(wèi)星發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)看到火箭噴射出大量的紅色物質(zhì)，產(chǎn)生紅色的原因是()A高溫下N2遇空氣生成NO2BNO與空氣反應(yīng)生成NO2CCO2遇NO反應(yīng)生成NO2DNO遇H2O反應(yīng)生成NO2B根據(jù)原高溫氣體均為無(wú)色，但現(xiàn)場(chǎng)卻能看到紅色可推知，是因?yàn)榘l(fā)生反應(yīng)：2NOO2=2NO2。氮?dú)獾男再|(zhì)和用途1實(shí)驗(yàn)室可以通過(guò)向下排空氣法收集氮?dú)鈫?？原因是什么？提示：不能。由于氮?dú)獾拿芏扰c空氣的接近，所以既不能用向上排空氣法也不能用向下排空氣法收集，應(yīng)用排水法收集。2在化學(xué)反應(yīng)中氮?dú)庵蛔餮趸瘎﹩?？提示：不是。氮?dú)馐欠墙饘賳钨|(zhì)，在化學(xué)反應(yīng)中既可以作氧化劑又可以作還原劑，如與H2、

6、Mg反應(yīng)作氧化劑，與O2反應(yīng)作還原劑。3將1 mol N2、3 mol H2充入密閉容器中，在一定條件下反應(yīng)，能否得到2 mol NH3？原因是什么？提示：不能。因?yàn)楹铣砂钡姆磻?yīng)是可逆反應(yīng)，不能完全進(jìn)行到底。氮?dú)獾男再|(zhì)及工業(yè)制法(1)氮?dú)獾拿芏扰c空氣的接近，只能用排水法收集。(2)在高溫、高壓、放電等條件下，N2能與H2、O2、Mg等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。氮?dú)馀c氫氣反應(yīng)：，該反應(yīng)是工業(yè)合成氨的原理。氮?dú)馀c氧氣反應(yīng)：N2O2eq o(=,sup8(放電)2NO。氮?dú)馀c鎂反應(yīng)：3MgN2eq o(=,sup8(點(diǎn)燃)Mg3N2。(3)工業(yè)制法：空氣中含有大量的氮?dú)猓諝馐枪I(yè)制氮?dú)獾闹饕獊?lái)源，生產(chǎn)方法主要

7、是分離液態(tài)空氣，并制得液態(tài)氧。 1下列關(guān)于氮?dú)獾挠嘘P(guān)說(shuō)法中，正確的是()A氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)很不活潑，不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)B純凈的氮?dú)馐遣蝗苡谒臒o(wú)色氣體，無(wú)毒無(wú)味且比空氣略重C一定條件下氮?dú)馀c氫氣發(fā)生化合反應(yīng)生成氨，反應(yīng)中N2表現(xiàn)還原性D氮?dú)獬Ｓ米骱附咏饘俚谋Ｗo(hù)氣，是利用氮?dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)的不活潑性D氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)不活潑，可用作焊接金屬的保護(hù)氣。2氮?dú)饽艽罅看嬖谟诳諝庵械母驹蚴?)A氮?dú)庑再|(zhì)穩(wěn)定，即使在高溫下也很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)B氮?dú)獗瓤諝廨p，且不溶于水C氮分子中兩個(gè)氮原子間結(jié)合得很牢固，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定D氮?dú)鉄o(wú)氧化性，也無(wú)還原性，不與其他物質(zhì)反應(yīng)CN2性質(zhì)穩(wěn)定，但在高溫下可與Mg、Al、H2等物

8、質(zhì)反應(yīng)表現(xiàn)出氧化性，與O2在放電條件下反應(yīng)表現(xiàn)出還原性，A、D項(xiàng)不正確；氮?dú)獗瓤諝廨p且不溶于水不是N2能大量存在于空氣中的根本原因，即B項(xiàng)不正確。3(素養(yǎng)題)大家在吃薯?xiàng)l等膨化食品時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)袋子里東西并不多卻鼓鼓囊囊的，袋子里填充的是食品級(jí)的氮?dú)舛强諝?。主要作用有三個(gè)方面：延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期；可以抵御外界潮氣的侵入；保護(hù)食品不被壓碎。下列關(guān)于N2性質(zhì)的敘述中錯(cuò)誤的是()A氫氣在氮?dú)庵心苋紵鼴氮?dú)饧染哂醒趸?，又具有還原性C將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)變成含氮化合物屬于氮的固定D氮?dú)馀c氧氣在一定條件下反應(yīng)生成一氧化氮AN2不是助燃?xì)怏w，N2與H2化合需在高溫、高壓、催化劑的條件下進(jìn)行。氮氧化物的性質(zhì)中國(guó)汽車

9、銷量增長(zhǎng)幅度很大，同時(shí)也帶來(lái)了空氣污染。汽車尾氣轉(zhuǎn)化裝置里，氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的過(guò)程如圖所示。1汽車尾氣的主要污染物包括哪些？提示：汽油不完全燃燒生成CO，放電條件下氮?dú)馀c氧氣反應(yīng)生成NO，部分NO與氧氣反應(yīng)生成NO2，故汽車尾氣的主要污染物為CO、NO2、NO等。2由圖分析寫出汽車尾氣轉(zhuǎn)化裝置里發(fā)生的反應(yīng)。在反應(yīng)中氮的氧化物分別表現(xiàn)什么性質(zhì)？提示：由圖中進(jìn)出的物質(zhì)可知，發(fā)生反應(yīng)為2NOO2=2NO2、2NO24COeq o(=,sup8(催化劑)4CO2N2，第一個(gè)反應(yīng)中NO表現(xiàn)還原性，第二個(gè)反應(yīng)中NO2表現(xiàn)氧化性。3由圖可以推出NO和O2必須在催化劑表面才能反應(yīng)嗎？提示：NO和

10、O2在空氣中就能迅速反應(yīng)生成NO2。4汽車尾氣的排放有哪些危害？提示：汽車尾氣被人吸收造成傷害，排入大氣會(huì)引起光化學(xué)煙霧、硝酸型酸雨等。NO、NO2性質(zhì)比較物質(zhì)NONO2色、態(tài)、味、毒性無(wú)色、無(wú)味、有毒氣體紅棕色、有刺激性氣味、有毒氣體水溶性不溶于水易溶于水與氧氣反應(yīng)2NOO2=2NO2不反應(yīng)與水反應(yīng)不反應(yīng)3NO2H2O=2HNO3NO(自身氧化還原)與氧氣、水同時(shí)作用4NO3O22H2O=4HNO34NO2O22H2O=4HNO3氧化性有氧化性，但通常情況下表現(xiàn)出還原性強(qiáng)氧化性，在溶液中生成硝酸，能氧化S2、I、Fe2等離子對(duì)環(huán)境的影響有毒，大氣污染物之一有毒，大氣污染物之一1NO不能和堿反

11、應(yīng)，是不成鹽化合物；NO2和堿反應(yīng)化合價(jià)發(fā)生了變化，所以二者均不是酸性氧化物。2N2和O2反應(yīng)，不管量和條件如何變化，均只能生成NO。1下列對(duì)NO、NO2的描述中正確的是()ANO是酸性氧化物BNO2可用排水法收集，且可由N2和O2直接化合而得到CNO、NO2在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化，且二者都是引起光化學(xué)煙霧的大氣污染物D一氧化氮在反應(yīng)中只能作還原劑CNO不與堿反應(yīng)，不是酸性氧化物，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；NO2與水反應(yīng)：3NO2H2O=2HNO3NO，N2與O2在放電的條件下反應(yīng)生成NO，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；NO與O2發(fā)生反應(yīng)：2NOO2=2NO2，NO2與H2O反應(yīng)生成NO，光化學(xué)煙霧主要是由NOx引起的，故C

12、項(xiàng)正確；NO中氮的化合價(jià)為2價(jià)，既可升高又可降低，既可作氧化劑又可作還原劑。2下列關(guān)于一氧化氮的敘述正確的是()A一氧化氮是一種紅棕色的氣體B常溫常壓下，一氧化氮不能與空氣中的氧氣直接化合C一氧化氮可由氮?dú)夂脱鯕庠诜烹姉l件下直接化合得到D一氧化氮易溶于水，只能用向上排空氣法收集CNO難溶于水，易與O2化合，不能用排空氣法收集。3對(duì)3NO2H2O=2HNO3NO反應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是()A氧化劑與還原劑的質(zhì)量比為12B氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為12CNO2是氧化劑，H2O是還原劑D在反應(yīng)中若有6 mol NO2參與反應(yīng)時(shí)，有3 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移A氧化劑、還原劑均為NO2，HNO3為氧化

13、產(chǎn)物，來(lái)源于還原劑，NO為還原產(chǎn)物，來(lái)源于氧化劑，故氧化劑、還原劑質(zhì)量比為12。某山谷經(jīng)常電閃雷鳴、雷雨交加，但樹木、灌木、草等植被非常茂密，很少有人敢進(jìn)入這個(gè)山谷。你能解釋該山谷的植被茂密的原因嗎？提示：植物生長(zhǎng)需要氮肥，N2在雷電的作用下發(fā)生一系列變化：N2O2eq o(=,sup8(放電)2NO2NOO2=2NO23NO2H2O=2HNO3NOHNO3與土壤成分反應(yīng)，產(chǎn)生硝酸鹽，被植物吸收，所以經(jīng)常有雷電的地方，植被生長(zhǎng)的茂盛。通過(guò)本情境素材中對(duì)自然現(xiàn)象的觀察、解釋，提升了學(xué)生探究事物內(nèi)在原理的認(rèn)識(shí)能力，培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)待事物變化的科學(xué)態(tài)度。1(素養(yǎng)題)下列關(guān)于自然界中氮循環(huán)(如下圖)的說(shuō)法

14、不正確的是()A氮元素均被氧化B工業(yè)合成氨屬于人工固氮C含氮無(wú)機(jī)物和含氮有機(jī)物可相互轉(zhuǎn)化D碳、氫、氧三種元素也參加了氮循環(huán)AA項(xiàng)，人工固氮合成氨反應(yīng)中，氮元素的化合價(jià)降低被還原，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，工業(yè)合成氨屬于人工固氮，正確；C項(xiàng)，硝酸鹽轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)及經(jīng)動(dòng)物消化使蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為氨氣和銨鹽，實(shí)現(xiàn)了含氮無(wú)機(jī)物和含氮有機(jī)物的相互轉(zhuǎn)化；并且碳、氫、氧三種元素也參加了氮的循環(huán)，C正確，D正確。2下列關(guān)于氮?dú)獾恼f(shuō)法中，錯(cuò)誤的是()A通常情況下，氮?dú)庑再|(zhì)比較穩(wěn)定 B可在氧氣中燃燒，生成一氧化氮C通常情況下，氮?dú)庠谒械娜芙舛群苄跟氫氣在一定條件下發(fā)生反應(yīng)時(shí)，氮?dú)馐茄趸瘎〣N2不能在O2中燃燒，與O2在放電時(shí)反應(yīng)生

15、成NO。3下列對(duì)氮的氧化物的敘述中，正確的是()A氮的氧化物都是無(wú)色氣體B氮的氧化物都難溶于水C氮的氧化物都是酸性氧化物D氮的氧化物都是大氣污染物DNO2是紅棕色，A不正確；NO2易溶于水，B不正確；NO、NO2均不是酸性氧化物，C不正確；氮的氧化物均是大氣污染物，D正確。4一定條件下，將等體積的NO和O2的混合氣體置于試管中，并將試管倒立于水槽中，充分反應(yīng)后剩余氣體的體積為原總體積的()A.eq f(1,4)B.eq f(3,4)C.eq f(1,8) D.eq f(3,8)C由于NO和O2等體積，故二者等物質(zhì)的量，當(dāng)二者溶于水時(shí)，發(fā)生反應(yīng)4NO3O22H2O=4HNO34 mol 3 mol設(shè)初始時(shí)NO和O2的物質(zhì)的量均為4 mol，則4 mol NO反應(yīng)掉3 mol O2，還剩余1 mol