2022-2023學年新教材高中化學第3章物質的性質與轉化第3節(jié)氮的循環(huán)第1課時自然界中的氮循環(huán)氮氣和氮的氧化物課件魯科版必修第一冊

1、第1課時自然界中的氮循環(huán)氮氣和氮的氧化物第3章內容索引0102基礎落實必備知識全過關重難探究能力素養(yǎng)全提升03學以致用隨堂檢測全達標素養(yǎng)目標1.通過自然界中的氮循環(huán),了解氮循環(huán)的基本過程,能列舉自然固氮與人工固氮的過程,知道人工固氮對社會發(fā)展的重要意義,培養(yǎng)科學態(tài)度與社會責任的化學核心素養(yǎng)。2.認識氮循環(huán)過程中重要的含有氮元素的物質,能夠對含有氮元素的物質進行分類,形成宏觀辨識與微觀探析的化學核心素養(yǎng)。3.認識氮氣、一氧化氮、二氧化氮的物理性質和化學性質以及典型的實驗現(xiàn)象,能書寫主要反應的化學方程式,知道它們的主要應用;建立從物質類別、元素價態(tài)角度研究物質性質和實現(xiàn)含有氮元素的物質之間轉化的思

2、路和方法,培養(yǎng)科學探究與創(chuàng)新意識。課前篇 素養(yǎng)初探自主梳理一、自然界中氮的循環(huán)1.自然循環(huán)2.人類活動的影響(1)通過化學方法把空氣中的氮氣轉化成氨,再轉化成其他含氮化合物(如銨鹽、硝酸等)。(2)燃燒反應產(chǎn)生的氮氧化物參與氮的循環(huán)。二、氮氣的性質和氮的固定1.氮氣的物理性質顏色狀態(tài)氣味密度水溶性無色氣體無味比空氣的略小難溶于水2.氮氣的化學性質N2化學性質穩(wěn)定,通常很難與其他物質發(fā)生反應,在一定條件下能與O2或H2等物質反應。(1) N2與O2的反應:N2+O2 2NO。(2) N2與H2的反應:N2+3H2 2NH3(表現(xiàn)氧化性)。表現(xiàn)還原性 表現(xiàn)氧化性3.氮的固定(1)定義:游離態(tài)的氮轉

3、化為含氮化合物的過程。(2)分類:氮的固定主要有自然固氮和人工固氮?！疚⑺伎?】將1 mol N2和3 mol H2充入密閉容器中,在一定條件下反應,能否得到2 mol NH3?原因是什么?提示 不能。因為合成氨的反應是可逆反應,不能完全進行到底。三、氮的氧化物1.氮的氧化物的種類化合價+1+2+3+4+5對應氧化物N2ONON2O3NO2、N2O4N2O52.NO和NO2(1)物理性質。物質NONO2顏色無色紅棕色溶解性不溶于水與水反應氣味無味刺激性氣味(2)相互轉化。2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO【微思考2】實驗室如何收集NO和NO2?提示 由于NO能與空氣中的氧

4、氣反應生成NO2,應用排水法收集NO。由于NO2能與水反應,不能用排水法收集NO2,可用向上排空氣法收集NO2。自我檢測判斷下列說法是否正確,正確的畫“”,錯誤的畫“”。1.汽車尾氣中有NOx,主要是汽油不充分燃燒引起的。()2.制二氧化氮時,用水或NaOH溶液吸收尾氣。()3.工業(yè)上利用合成氨實現(xiàn)人工固氮涉及氧化還原反應。()4.把NO2通入FeSO4溶液中始終無明顯現(xiàn)象。()5.在實驗室里,NO和NO2均可用排水法收集。()6.NO能夠與人體里血紅蛋白結合,造成人體缺氧中毒。()7.可用NO2與水反應制取硝酸,故NO2是酸性氧化物。() 重難探究能力素養(yǎng)全提升探究1氮氣的性質、用途問題探究

5、(1)氮氣為什么可以用作保護氣?提示 因為氮氣的化學性質穩(wěn)定,在通常情況下,氮氣不容易與其他物質反應,也不會和食物反應而使之變質。氮氣本身無毒無害,不會直接對人體產(chǎn)生傷害。(2)實驗室可以通過向下排空氣法收集氮氣嗎?提示 不能。由于氮氣的密度與空氣的接近,所以既不能用向上排空氣法也不能用向下排空氣法收集,應用排水法收集。(3)在化學反應中氮氣只做氧化劑嗎?提示 不是。氮氣是非金屬單質,在化學反應中既可以做氧化劑也可以做還原劑,如與H2、Mg反應時N2做氧化劑,與O2反應時N2做還原劑。歸納拓展氮氣的性質及工業(yè)制法(1)氮氣的密度與空氣的接近,只能用排水法收集。(2)在高溫、高壓、放電等條件下,

6、N2能與H2、O2、Mg等發(fā)生化學反應。氮氣與氫氣反應:N2+3H2 2NH3,該反應是工業(yè)合成氨的原理。氮氣與氧氣反應:N2+O2 2NO。氮氣與鎂反應:3Mg+N2 Mg3N2。(3)工業(yè)制法:空氣中含有大量的氮氣,空氣是工業(yè)制氮氣的主要來源,生產(chǎn)方法主要是分離液態(tài)空氣,并制得液態(tài)氧。方法規(guī)律 氮元素的存在與氮的固定 應用體驗【例1】下列有關氮氣的說法正確的是()A.氮氣是由氮原子構成的雙原子分子,所以化學性質不活潑B.醫(yī)學上常用液氮做冷凍劑,在冷凍麻醉條件下做手術,是利用氮氣化學性質的不活潑性C.H2與N2在一定條件下反應生成NH3,反應中N2體現(xiàn)氧化性D.電閃雷鳴的雨天,雨水中會含有一

7、定量的硝酸,其中可能發(fā)生的反應有N2+2O2 2NO2答案 C 解析 A項,氮氣性質穩(wěn)定的原因是兩個氮原子之間的作用力比較強,破壞這種作用力時需要很高的能量;B項,液氮汽化時需要吸收大量的能量,使周圍環(huán)境溫度降低,與其化學性質的不活潑無關;C項,反應的化學方程式為N2+3H2 2NH3,反應中氮元素化合價降低,氮氣做氧化劑;D項,N2和O2在放電條件下生成NO,不能直接生成NO2。變式訓練1下列關于氮氣性質的說法,錯誤的是()A.通常情況下,氮氣性質很不活潑B.可在氧氣中燃燒,生成一氧化氮C.通常情況下,氮氣在水中的溶解度很小D.跟氫氣在一定條件下發(fā)生反應時,氮氣是氧化劑答案 B解析 N2不能

8、在O2中燃燒,與O2在放電條件下反應生成NO,B錯;氮氣與氫氣反應時,氮元素的化合價降低,氮氣做氧化劑,D對。探究2氮的氧化物溶于水的計算問題探究(1)把一支充滿NO2氣體的試管倒置在水槽中充分反應后,水能否充滿試管? 提示 不能。NO2與水反應的化學方程式為3NO2+H2O=2HNO3+NO,由此可知最后水只能充滿整個試管的(2)向一支充有10 mL NO的試管中通入多少O2才能使液體充滿整個試管? 提示 已知2NO+O2=2NO2,3NO2+H2O=2HNO3+NO。由方程式3+2得:4NO+3O2+2H2O=4HNO3,即當NO和O2的體積比為43時液體可以充滿試管,需通入7.5 mL

9、O2。歸納拓展氮的氧化物溶于水的計算(1)氮的氧化物溶于水的反應分析。2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO由+2得4NO2+O2+2H2O=4HNO3,當體積比V(NO2)V(O2)由3+2得4NO+3O2+2H2O=4HNO3,當體積比V(NO)V(O2)(2)氮氧化物與O2混合溶于水的計算。反應的化學方程式:2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO4NO2+O2+2H2O=4HNO34NO+3O2+2H2O=4HNO3不同情況及剩余氣體的體積: 要點筆記 因為水溶液中發(fā)生反應3NO2+H2O=2HNO3+NO,所以無論何種情況下水溶液中不會剩余NO2。應

10、用體驗【例2】在一定條件下,將6體積的NO2和一定體積的NO置于試管中,并將試管倒置于水中,當通入4.5體積的O2充分反應后,剩余1.5體積氣體,則原NO體積可能為()3體積4體積5體積5.5體積2體積A.B. C.或D.或答案 C解析 本題的關鍵在于理解剩余的1.5體積氣體,可能是一氧化氮,也有可能是氧氣。若是一氧化氮,則氧氣全部反應,二氧化氮完全反應消耗1.5體積氧氣,剩余3體積應該被一氧化氮消耗,所以一氧化氮體積為4體積+1.5體積=5.5體積;若剩余的為氧氣,則反應過程中一氧化氮消耗的氧氣為1.5體積,所以一氧化氮的體積是2體積。易錯警示有關NO、NO2、O2混合氣體與H2O反應后剩余

11、氣體的問題,因NO2與H2O反應,NO與O2反應,所以剩余的氣體只可能為NO或O2中的一種,絕對不會剩余NO2。變式訓練2如圖所示,當向試管內通入21 mL O2時,最后試管中的液面仍在原來的位置,則原試管中NO的體積為()A.6 mL B.12 mLC.16 mLD.18 mL答案 B解析 當V(NO)V(O2)=43時,混合氣體完全與水反應,無氣體剩余;當V(NO)V(O2)43時,可能有O2剩余或NO剩余。據(jù)題意可推知O2剩余,且剩余量與原NO體積相同。設原試管中NO的體積為x,則有43= x(21 mL-x),解得x=12 mL,所以B項正確。學以致用隨堂檢測全達標 1.下列過程在一定

12、條件下不能一步完成的是()A.N2NO2 B.N2NH3C.NO2HNO3D.NONO2 答案 A解析 N2與O2不能直接反應生成NO2,A符合題意;N2與H2在一定條件下可合成NH3,B不符合題意;NO2溶于水可生成HNO3,C不符合題意;由反應2NO+O2 = 2NO2可知,D不符合題意。2. 下列有關氮氣的敘述中,錯誤的是()A.工業(yè)上,氮氣常用作焊接金屬的保護氣B.在雷雨天,空氣中的N2和O2可反應生成NOC.氮氣既可做氧化劑又可做還原劑D.1 mol N2可與3 mol H2完全反應生成2 mol NH3答案 D解析 N2與H2的反應屬于可逆反應,1 mol N2和3 mol H2不

13、可能完全反應生成2 mol NH3,故D項錯誤;因氮氣的化學性質很不活潑,常用作焊接金屬的保護氣;N2中的氮元素為0價,處于中間價態(tài),故N2既可做氧化劑,又可做還原劑。N2與O2反應生成NO。3.(2021山東濟南高一期末)下列關于NO和NO2的描述正確的是()A.NO2與水的反應中,NO2既是氧化劑又是還原劑B.NO是無色氣體,可用向上排空氣法收集C.NO2可由N2和O2直接化合得到D.從元素化合價角度看,NO只有還原性答案 A解析 NO2與水發(fā)生反應:3NO2+H2O = 2HNO3+NO,氮元素由+4價變?yōu)?5價和+2價,則NO2既是氧化劑又是還原劑,A正確;NO易與O2反應生成NO2,因此不能用排空氣法收集,可采用排水法收集NO,B錯誤;N2和O2在高溫或放電條件下反應生成NO,不能直接得到NO2,C錯誤;NO中氮元素顯+2價,處于中間價態(tài),則NO既有氧