优化方案2017高中化学-第3章-自然界中的元素-第2节-氮的循环(第1课时)自然界中氮的循环、氮气

第3章自然界中的元素第2节氮的循环第1课时自然界中氮的循环、氮气、氮的氧化物1.通过自然界中的氮循环，了解氮循环的基本过程，认识氮循环中的重要物质。2.了解氮气的性质，了解氮的固定的相关知识。3.了解氮的氧化物(一氧化氮和二氧化氮)的物理性质和化学性质，了解自然界中形成硝酸的过程。知识点一自然界中氮的循环及氮气的性质阅读教材P73－P75，思考并填空。1．自然界中氮的循环(1)氮的存在形态①以□1____的形式存在于大气中。②以□2____态的形式存在于动植物体、土壤和水体中。(2)氮在自然界中的循环①自然循环②人类活动的影响氮气――→化学方法NH3―→氮肥、硝酸等含氮化合物。燃烧反应产生的□3________通过大气进入陆地和海洋，参与氮的循环。2．氮气(1)物理性质颜色状态气味水中的溶解性□4____□5____□6____□7________(2)化学性质写出下列反应的化学方程式：(3)氮的固定①概念：使空气中□10______的氮转化为□11________的过程。②分类(4)氮气的用途①根据在通常状况下氮气的化学性质很不活泼，可用做保护气、填充灯泡、防食品腐烂等。②液氮常用做制冷剂，制造低温环境。③用于合成氨等。自我校对：1．判断正误(1)实验室可用排空气法收集N2。()(2)N2在通常状况下与O2反应生成NO2。()(3)合成氨反应属于自然固氮中的高能固氮。()(4)2H2O=====通电2H2↑＋O2↑和2H2＋O2=====点燃2H2O属于可逆反应。()(5)N2与H2反应时，N2做氧化剂；N2与O2反应时，N2做还原剂。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√2.下列含氮物质中，氮元素化合价最高且属于电解质的是()A．NH3B．NO2C．NaNO2D．HNO3答案：D3.某生态系统中氮循环简图如右图所示：(1)哪一类生物能将蛋白质转化为氨？________。A．分解者B．藻类C．化能合成类生物(2)该生态系统的豆科植物不施氮肥，仍能表现出良好的长势，其原因是_____________________________________。解析：在氮的循环过程中，豆科植物的根瘤菌将空气中的游离态的氮转化为硝酸盐等含氮化合物，从而满足自身营养的需要，硝酸盐被吸收后最终可转化为蛋白质，蛋白质被微生物分解生成氨、硝酸根、铵根离子等。答案：(1)A(2)根瘤菌将游离态的氮转化为化合态的氮，满足豆科植物的营养需要氮气的化学性质与合成氨通常状况下，氮气的化学性质不活泼，很难与其他物质发生化学反应。但在一定条件下，如高温、高压、放电等条件下，氮气分子获得足够的能量，就能与一些物质(如O2、H2、金属镁等)发生化学反应。(1)与O2反应：N2＋O2=====放电2NO。(2)与H2反应：N2＋3H2高温、高压催化剂2NH3。(3)与Mg反应：N2＋3Mg=====点燃Mg3N2。注意：实际上，在氮气与氢气反应生成氨的同时，氨也分解生成氮气和氢气。像这种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。氮气与氢气合成氨的反应是可逆反应，还有很多化学反应也是可逆反应。在可逆反应的化学方程式中用“”代替“===”。氮分子是由氮原子构成的双原子分子，两个氮原子之间共用三对电子，使每个原子均达到稳定结构。所以，要破坏这种牢固的结合需要很高的能量。下列有关氮气的说法正确的是()A．氮气是由氮原子构成的双原子分子，所以化学性质不活泼B．医学上常用液氮做冷冻剂，在冷冻麻醉条件下做手术，是利用氮气化学性质的不活泼性C．H2与N2一定条件下反应生成NH3，反应中N2体现氧化性D．电闪雷鸣的雨天，雨水中会含有一定量的硝酸，其中可能发生的反应有N2＋2O2=====放电2NO2[解析]A项，氮气性质稳定的原因是两个氮原子之间共用三对电子，破坏这种结合时需要很高的能量；B项，液氮汽化时需要吸收大量的能量，使周围环境温度降低，与其化学性质的不活泼性无关；C项，反应方程式为N2＋3H2高温、高压催化剂2NH3，反应中氮元素化合价降低，氮气做氧化剂；D项，N2和O2在放电条件下生成NO，不能直接生成NO2。[答案]C(1)请标出例题C项反应中电子转移情况，并指明氧化剂和还原剂。(2)N2与O2反应时若转移NA个电子，则标准状况下参加反应的N2的体积是多少？答案:(1)高温、高压催化剂2NH3；氧化剂：N2,还原剂：H2。(2)5.6L。=====放电2NO，转移NA个电子时，n(N2)＝0.25mol，V(N2)＝22.4L/mol×0.25mol＝5.6L。自然界中氮元素的循环1．下列反应属于氮的固定的是()A．N2和O2反应生成NOB．NH3经催化氧化生成NOC．NO与O2反应生成NO2D．由NH3制碳铵和硫铵解析：选A。氮的固定是指N2转化为氮的化合物。2．(2015·高考北京卷)下列关于自然界中氮循环(如下图)的说法不正确的是()A．氮元素均被氧化B．工业合成氨属于人工固氮C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化D．碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环解析：选A。A.N2→NH3过程中氮元素由0价变为－3价，被还原。B.工业合成氨的过程属于人工固氮。C.1828年，德国化学家维勒首次利用无机物氰酸铵合成了尿素；而含氮的有机物也可以直接分解为无机物。D.雷电发生时涉及的反应有N2＋O2=====放电2NO，2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，HNO3进入土壤，与矿物质结合成硝酸盐；豆科植物也可以将N2合成氮肥，生物体内含有C元素，所以碳、氢、氧三种元素都参加了氮循环。N2的性质3．下列关于N2的说法中错误的是()A．通常情况下，氮气性质比较稳定B．可在氧气中燃烧，生成一氧化氮C．N2的密度比空气略小，不可用排空气法收集N2D．实验室可用排水法收集氮气解析：选B。N2不能在O2中燃烧，故B错。4．下列说法中错误的是()A．N2的化学性质不活泼，是因为氮元素不活泼B．利用N2的不活泼性，工业上常用N2代替稀有气体来做焊接金属的保护气C．N2可跟H2、O2直接化合D．生物固氮是自然固氮的一种途径解析：选A。N2的活泼性与氮元素的活泼性是两个不同的概念，N2的活泼性取决于氮分子的结构，两者之间没有因果关系。知识点二氮的氧化物阅读教材P76，思考并填空。1．氮的氧化物化合价＋1＋2＋3＋4＋5对应氧化物□1___□2____□3____□4____、N2O4□5___2.NO和NO2(1)物理性质物质性质NONO2颜色□6_____□7_____状态□8_____□9_____气味□10_____□11_____毒性□12_____□13_____水溶性□14_____□15_____(2)相互转化①NO→NO2：□16______________________________________。②NO2→NO：□17________________________________________。(3)影响①NO：是传递神经信息的“信使分子”，但容易与血红蛋白结合而使人体缺氧。②NO2：能使多种织物退色，损坏多种织物和尼龙制品，对金属和非金属材料也有腐蚀作用。自我校对：□1N2O□2NO□3N2O3□4NO2□5N2O5□6无色□7红棕色□8气体□9气体□10无味□11刺激性气味□12有毒□13有毒□14难溶□15易溶□162NO＋O2===2NO2□173NO2＋H2O===2HNO3＋NO1．判断正误(1)标准状况下，6.72LNO2与水充分反应转移的电子数目为0.1NA。()(2)制二氧化氮时，用水或NaOH溶液吸收尾气。()(3)工业上利用合成氨实现人工固氮涉及氧化还原反应。()(4)NO2与水反应的离子方程式：3NO2＋H2O===2H＋＋2NO－3＋NO。()(5)在实验室里，NO和NO2均可用排水法收集。()(6)NO能够与人体里血红蛋白结合，造成人体缺氧中毒。()答案：(1)×(2)×(3)√(4)√(5)×(6)√2．写出俗语“雷雨发庄稼”中所涉及到的三个化学方程式。①_____________________________________________；②____________________________________________；③____________________________________________。答案：①N2＋O2=====放电2NO②2NO＋O2===2NO2③3NO2＋H2O===2HNO3＋NO3．NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。(1)NOx能形成酸雨，写出NO2转化为HNO3的化学方程式：______________________________________。(2)在汽车尾气系统中装置催化转化器，可有效降低NOx的排放。当尾气中空气不足时，NOx在催化转化器中被还原成N2排出。写出NO被CO还原的化学方程式：____________________________________。答案：(1)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO(2)2NO＋2CO=====催化剂N2＋2CO21．二氧化氮的性质(1)二氧化氮溶于水反应的化学方程式是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，氧化产物是HNO3，还原产物是NO，氧化剂与还原剂的质量比是1∶2。(2)水吸收NO2制硝酸的原理：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO；2NO＋O2===2NO2；4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。(3)二氧化氮溶于氢氧化钠溶液的化学方程式是2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O，根据该反应能判定二氧化氮不是酸性氧化物。NO2与碱溶液反应生成两种盐，且氮元素的化合价发生了变化，故NO2不是酸性氧化物。2．有关NO、NO2、O2溶于水的计算(1)计算依据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO①2NO＋O2===2NO2②反应①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3③反应①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3④(2)计算类型a．NO2或NO2与N2(非O2)的混合气体溶于水时，可根据反应①利用气体体积的变化差值进行计算。b．NO2和O2的混合气体溶于水时，可根据反应③讨论计算。气体比例剩余气体情况V(NO2)∶V(O2)＝4∶1时恰好反应，无气体剩余V(NO2)∶V(O2)4∶1时剩余氧气V(NO2)∶V(O2)4∶1时NO2过量，剩余气体为NO，且体积为过量NO2体积的1/3c.NO和O2的混合气体溶于水时，可根据反应④讨论计算。气体比例剩余气体情况V(NO)∶V(O2)＝4∶3时恰好反应，无气体剩余V(NO)∶V(O2)4∶3时剩余氧气V(NO)∶V(O2)4∶3时剩余NO将10mL充满NO2和O2的混合气体的试管，倒置于水槽中，反应停止后试管内剩余2mL的无色气体，求原混合气体中NO2和O2各多少毫升？[解析]剩余2mL气体可能是NO或O2，分两种情况讨论：(1)若剩余的是NO，可以看成先发生了反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。剩余的NO2又与水作用，最终有2mLNO产生。由反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO知，剩余的NO2的体积为2mL×3＝6mL。则原有O2的体积为(10mL－6mL)×14＋1＝0.8mL，NO2的体积为10mL－0.8mL＝9.2mL。(2)若剩余的是O2，则有10mL－2mL＝8mLNO2和O2的混合气体按反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3进行。所以NO2的体积为8mL×41＋4＝6.4mL，O2的体积为10mL－6.4mL＝3.6mL。[答案]若剩余的气体是NO，则NO2和O2的体积分别为9.2mL和0.8mL；若剩余的气体是O2，则NO2和O2的体积分别为6.4mL和3.6mL。若将例题中“NO2”改为“NO”，则混合气体中NO和O2各多少毫升？答案：设参加反应的NO的体积为x，则4NO＋3O2＋2H2O===4HNO343x3