3.3.1 自然界中的氮循環(huán)　氮氣與氮氧化物優(yōu)質(zhì)課件2023-2024學(xué)年高一上學(xué)期化學(xué)魯科版（2019）必修第一冊

第3節(jié)氮的循環(huán)第1課時自然界中的氮循環(huán)氮氣與氮氧化物一、自然界中的氮循環(huán)1.氮元素的存在在自然界中的存在形式有_____態(tài)和_____態(tài)。化合游離知識梳理2.自然界中氮的循環(huán)3.人類活動對自然界中的氮循環(huán)的影響二、氮氣的性質(zhì)及氮的固定1.氮氣的性質(zhì)(1)物理性質(zhì)。顏色狀態(tài)氣味密度溶解性_____氣體_____密度與空氣接近___溶于水無色無味難(2)化學(xué)性質(zhì)。氮氣的化學(xué)性質(zhì)_____,通常很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。①還原性:穩(wěn)定a.實驗探究:實驗裝置實驗操作現(xiàn)象

給硬質(zhì)玻璃管兩端的電極上通電,在硬質(zhì)玻璃管內(nèi)能產(chǎn)生火花氣體顏色___________________由無色變?yōu)榧t棕色b.結(jié)論:在放電條件下,N2與O2反應(yīng)生成NO,NO立即被氧化為NO2,化學(xué)方程式為:_______________________________。②氧化性:N2與H2反應(yīng)生成NH3,反應(yīng)的化學(xué)方程式為:_________________。

N2+O22NO,2NO+O2====2NO2N2+3H22NH3放電====【情境·思考】氮氣保護技術(shù)通常應(yīng)用于珍貴文物的保存和保護,國內(nèi)外不乏先例。美國的《獨立宣言》就密封在氮氣環(huán)境中;中國博物館和中南海毛主席故居紀(jì)念館也是應(yīng)用氮氣保護法;北京房山云居寺“99石經(jīng)回藏”也是氮氣保護的成功典范。為什么氮氣可以作為保護氣?提示:氮氣性質(zhì)穩(wěn)定,常溫下不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),故用作保護氣。2.氮的固定(1)含義:使空氣中_______的氮轉(zhuǎn)化為___________的過程叫做氮的固定。(2)分類。游離態(tài)含氮化合物【巧判斷】(1)氮的固定中氮元素一定被氧化。 (

)提示:×。人工固氮合成氨反應(yīng)中氮元素被還原。(2)雷雨天含氮物質(zhì)發(fā)生的反應(yīng)都是氮的固定。(

)提示:×。雷雨天只有反應(yīng)N2+O22NO屬于氮的固定。放電====三、NO和NO21.物理性質(zhì)物質(zhì)顏色狀態(tài)氣味毒性水溶性NO_____氣體_____有毒___溶于水NO2_______氣體_______有毒___溶于水無色無味難紅棕色刺激性易2.化學(xué)性質(zhì)(1)實驗探究。實驗裝置實驗操作現(xiàn)象

向充滿NO氣體的試管中通入O2氣體顏色______________________

向充滿NO2氣體的試管中注入水氣體逐漸減少,顏色__________________,得到_____溶液由無色逐漸變?yōu)榧t棕色由紅棕色變?yōu)闊o色無色(2)結(jié)論:在一定條件下,NO與NO2可以相互轉(zhuǎn)化,反應(yīng)的化學(xué)方程式為①NONO2:___________________

②NO2NO:________________________(工業(yè)制取硝酸的關(guān)鍵一步)。

2NO+O2====2NO2;3NO2+H2O====2HNO3+NO【微思考】(1)NO和NO2分別采用什么方法收集?說明原因。提示:常溫下NO能與O2反應(yīng),只能用排水法收集;NO2能與水反應(yīng)生成NO,故只能用排空氣法收集。(2)NO2轉(zhuǎn)化為NO的反應(yīng)中,NO2只能作氧化劑嗎?提示:NO2與水反應(yīng)轉(zhuǎn)化為NO的反應(yīng)中,NO2既作氧化劑又作還原劑。3.其他性質(zhì)(1)NO。①結(jié)合血紅蛋白的能力比CO還強,更容易造成人體缺氧;②一種傳遞神經(jīng)信息的“信使分子”,在擴張血管、提高免疫力、增強記憶力等方面有著重要的作用。(2)NO2。①能使多種織物褪色,損壞多種織物和尼龍制品;②對金屬和非金屬材料也有腐蝕作用?！厩榫场に伎肌磕成焦冉?jīng)常電閃雷鳴、雷雨交加,但樹木、灌木、草等植被非常茂密,很少有人敢進入這個山谷。你能解釋該山谷植被茂密的原因嗎?提示:雷雨天時在閃電的作用下,空氣中的氮氣與氧氣反應(yīng)生成NO,然后發(fā)生NONO2HNO3的反應(yīng),HNO3隨雨水進入土壤,為植被提供了豐富的氮肥。知識點氮的氧化物的性質(zhì)及有關(guān)計算【重點釋疑】1.NO、NO2性質(zhì)的比較重難理解物質(zhì)NONO2色、態(tài)、味、毒性無色、無味、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)2NO+O2====2NO2不反應(yīng)與水反應(yīng)不反應(yīng)3NO2+H2O====2HNO3+NO(自身氧化還原)物質(zhì)NONO2與氧氣、水同時作用4NO+3O2+2H2O====4HNO34NO2+O2+2H2O====4HNO3氧化性有氧化性,但通常情況下表現(xiàn)出還原性強氧化性,在溶液中生成硝酸,能氧化S2-、I-、Fe2+等離子對環(huán)境的影響有毒,大氣污染物之一有毒,大氣污染物之一2.氮的氧化物與O2、H2O反應(yīng)的3種情況(1)NO和O2的混合氣體通入水中。由2NO+O2====2NO2和3NO2+H2O====2HNO3+NO得總反應(yīng)為4NO+3O2+2H2O====4HNO3。由總反應(yīng)可知:(2)NO2和O2的混合氣體通入水中。由3NO2+H2O====2HNO3+NO和2NO+O2====2NO2得總反應(yīng)為4NO2+O2+2H2O====4HNO3。由總反應(yīng)可知:(3)NO、NO2和O2三種混合氣體通入水中。先按3NO2+H2O====2HNO3+NO計算出生成的NO體積,再加上原來混合氣體中的NO體積,再按(1)計算。【知識拓展】氮的氧化物溶于水的計算的其他方法(1)原子守恒法4NO2+O2和4NO+3O2從組成上均相當(dāng)于2N2O5的組成,都與N2O5+H2O====2HNO3等效。當(dāng)NO、NO2、O2的混合氣體溶于水時,利用混合氣體中N、O原子個數(shù)比進行分析判斷。(2)電子守恒法NO與O2的混合氣體通入水中發(fā)生反應(yīng):2NO+O2====2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO,在這當(dāng)中,存在著NO向NO2轉(zhuǎn)化、NO2向HNO3轉(zhuǎn)化的同時又生成NO的循環(huán)反應(yīng)。但總體來講,NOHNO3,N的化合價升高是由于被O2氧化,因此可寫出→在氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)必然相等?！舅伎肌び懻摗?1)要使充滿NO2和O2混合氣體的試管倒置在水槽中,讓水充滿試管,必須按什么樣的體積比混合?

提示:由3NO2+H2O====2HNO3+NO和2NO+O2====2NO2得4NO2+O2+2H2O====4HNO3,即當(dāng)NO2和O2的體積比為4∶1時可完全溶于水。(2)將10mL充滿NO2和O2混合氣體的試管倒置在水槽中,反應(yīng)停止后試管內(nèi)剩余2mL的無色氣體,則原混合氣體中O2為多少毫升?提示:①若剩余的是NO,由反應(yīng)3NO2+H2O====2HNO3+NO得,剩余的NO2體積為2mL×3=6mL。則原有O2體積為(10mL-6mL)×=0.8mL。②若剩余的是O2,則有10mL-2mL=8mLNO2和O2的混合氣體參加反應(yīng),按反應(yīng)4NO2+O2+2H2O====4HNO3進行,所以NO2的體積為8mL×=6.4mL,O2體積為10mL-6.4mL=3.6mL。

【案例示范】【典例1】(2018·南陽高一檢測)下列對NO、NO2的描述中正確的是 (

)A.NO是酸性氧化物B.NO2可用排水法收集,且可由N2和O2直接化合而得到C.NO、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【解析】選C。NO不與堿反應(yīng),不是酸性氧化物,故A項錯誤;NO2與水反應(yīng):3NO2+H2O====2HNO3+NO,N2與O2在放電的條件下反應(yīng)生成NO,故B項錯誤;NO與O2發(fā)生反應(yīng):2NO+O2====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項正確;NO中氮的化合價為+2價,既可升高又可降低,既可以作氧化劑又可以作還原劑?！疽族e提醒】(1)NO不能和堿反應(yīng),是不成鹽化合物;NO2和堿反應(yīng)化合價發(fā)生了變化,所以二者均不是酸性氧化物。(2)N2和O2反應(yīng),不管量和條件如何變化,均只能生成NO?！镜淅?】在一定條件下,將NO2和O2的混合氣體12mL通入足量水中,充分反應(yīng)后剩余2mL氣體(同溫同壓下),則原混合氣體中氧氣的體積為 (

)①1.2mL②2.4mL③3mL④4mLA.①②

B.②③

C.③④

D.①④【思維建模】解答有關(guān)氮的氧化物與氧氣混合氣體通入水中后剩余氣體計算問題的思維流程如下:【解析】選D。4NO2+O2+2H2O====4HNO3。若剩余的氣體是O2,則V(NO2)=×(12-2)mL=8mL,V(O2)=12mL-8mL=4mL。若剩余的氣體是NO(2mL)?6mLNO2,則V(O2)=×(12-6)mL=1.2mL。【母題追問】(1)盛有1molNO和NO2混合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中,剩余氣體0.4mol,則NO與NO2體積比為多少?提示:1∶9。設(shè)n(NO2)=amol3NO2+H2O====2HNO3+NO氣體減少3mol 1mol

2molamol (1-0.4)mola=0.9故NO與NO2體積比為1∶9。(2)1molNO和NO2混合氣體中兩者體積之比為1∶1,試管倒立于盛滿水的水槽中,為使整個試管充滿水,需通入多少O2?

提示:0.5。通入的氧氣的物質(zhì)的量為

×0.5mol+mol=0.5mol?！疽?guī)律方法】氮的氧化物溶于水的計算方法(1)NO2和O2的混合氣體溶于水時涉及反應(yīng):4NO2+O2+2H2O====4HNO3,其計算如下表:x=反應(yīng)情況所列方程0<x<O2過量,剩余氣體為O2

x=反應(yīng)情況所列方程x=恰好完全反應(yīng),無氣體剩余

x>NO2過量,剩余氣體為NO

(2)NO和O2的混合氣體溶于水時涉及反應(yīng):4NO+3O2+2H2O====4HNO3,其計算如下表:x=反應(yīng)情況所列方程0<x<O2過量,剩余氣體為O2

x=反應(yīng)情況所列方程x=恰好完全反應(yīng),無氣體剩余

x>NO過量,剩余氣體為NO

【遷移·應(yīng)用】1.運載火箭的推進劑引燃后產(chǎn)生的氣體主要是CO2、H2O、N2、NO,這些氣體均為無色,但在衛(wèi)星發(fā)射現(xiàn)場看到火箭噴出大量紅色煙霧。產(chǎn)生紅色煙霧的原因是

(

)A.高溫下N2遇空氣生成NO2B.NO遇空氣生成NO2C.CO2遇NO反應(yīng)生成CO和NO2D.NO和H2O反應(yīng)生成H2和NO2【解析】選B。根據(jù)火箭噴出的大量紅色煙霧可推知其應(yīng)是NO2,而高溫下N2與O2不能生成NO2。2.(2019·鄭州高一檢測)將盛有1molNO和NO2混合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中,再通入0.4molO2,充分反應(yīng)后,整個試管充滿水,則原混合氣體中NO與NO2體積比為(

)A.1∶2

B.2∶5

C.3∶7

D.無法確定【解析】選C。設(shè)1molNO和NO2的混合氣體中有amolNO和(1-a)molNO2,根據(jù)4NO+3O2+2H2O====4HNO3和4NO2+O2+2H2O====4HNO3可得:+=0.4,所以a=0.3,V(NO)∶V(NO2)=3∶7?！狙a償訓(xùn)練】1.將盛有N2和NO2混合氣體的試管倒立于水中,經(jīng)過足夠長的時間后,試管內(nèi)氣體的體積縮小為原來的一半,則原混合氣體中N2和NO2的體積比是 (

)A.1∶1

B.1∶2

C.1∶3

D.3∶1【解析】選C。將試管倒立于水中,只有NO2和H2O反應(yīng),生成的NO與不反應(yīng)的N2為剩余氣體。設(shè)原混合氣體的體積為V,NO2的體積為x,根據(jù)差量法求解:3NO2+H2O====2HNO3+NO

ΔV減3 1 2x 解得:x=,V(N2)=V-=,故2.把3體積的NO2氣體,依次通過下列3個分別裝有足量①NaHCO3飽和溶液,②濃硫酸,③Na2O2的裝置后,用排水法把殘留氣體收集到集氣瓶中,集氣瓶內(nèi)氣體應(yīng)是(同溫同壓下測定) (

)A.1體積NOB.2體積NO2和0.5體積O2

C.2體積O2D.0.25體積O2

【解析】選D。本題涉及的化學(xué)過程如下:第①步生成2體積CO2、1體積NO;第②步得到干燥的2體積CO2、1體積NO;第③步得到1體積NO2、0.5體積O2;第④步通入水中發(fā)生反應(yīng):4NO2+O2+2H2O====4HNO3,故氧氣過量,最終剩余0.25體積氧氣。3.如圖所示,室溫下向盛有3.0mLNO的試管中緩緩?fù)ㄈ?.5mLO2(所有氣體體積均在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測定)。試回答下列問題:(1)寫出觀察到的現(xiàn)象:①_________________________________________;②_________________________________________;③_________________________________________。(2)最終試管中剩余的氣體是________,體積為_______________________________________?！窘馕觥客ㄈ氲腛2與NO發(fā)生反應(yīng)生成NO2:2NO+O2====2NO2,所以看到有紅棕色氣體生成;生成的NO2溶于水:3NO2+H2O====2HNO3+NO。兩個反應(yīng)的總方程式為4NO+3O2+2H2O=====4HNO3。氣體被消耗,所以看到試管內(nèi)液面上升。根據(jù)總反應(yīng)方程式可以計算出,氧氣全部反