2019-2020版教材新高中化学 第3章 第3节 第1课时 自然界中的氮循环 氮气和氮的氧化物课件

第1课时自然界中的氮循环氮气和氮的氧化物1.通过了解自然界中氮循环的基本过程,逐步认识氮循环过程中的重要物质。2.知道氮气在一定条件下能够与氧气、氢气发生反应,了解氮的固定的相关知识,体会合成氨过程中的科学态度与社会责任的核心素养。3.熟知一氧化氮和二氧化氮的性质,通过反应了解自然界中形成硝酸的过程。知识铺垫新知预习自主测试1.空气的组成及其体积分数:N2占78%,O2占21%,稀有气体占0.94%,CO2占0.03%,其他占0.03%。2.举例说明氮气的一种用途:化学性质稳定——作粮食保存、焊接金属的保护气。知识铺垫新知预习自主测试一、自然界中氮的循环1.自然循环2.人类活动的影响(1)通过化学方法把空气中的氮气转化成氨,再转化成其他含氮化合物(如铵盐、硝酸等)。(2)燃烧反应产生的氮氧化物参与氮的循环。知识铺垫新知预习自主测试二、氮气的性质和氮的固定1.氮气的物理性质2.氮气的化学性质N2化学性质稳定,通常很难与其他物质发生反应,在一定条件下能与O2或H2等物质反应。颜色状态气味密度水溶性无色气体无味比空气的略小难溶于水(1)N2与O2的反应:N2+O22NO(表现还原性)。(2)N2与H2的反应:N2+3H22NH3(表现氧化性)。知识铺垫新知预习自主测试3.氮的固定(1)定义:游离态的氮转化为含氮化合物的过程。(2)分类:氮的固定主要有自然固氮和人工固氮。【微思考1】将1molN2和3molH2充入密闭容器中,在一定条件下反应,能否得到2molNH3?原因是什么?提示:不能。因为合成氨的反应是可逆反应,不能完全进行到底。知识铺垫新知预习自主测试三、氮的氧化物1.氮的氧化物的种类化合价/价+1+2+3+4+5对应氧化物N2ONON2O3NO2、N2O4N2O5知识铺垫新知预习自主测试2.NO和NO2(1)物理性质(2)相互转化物质NONO2颜色无色红棕色毒性有毒有毒溶解性不溶于水与水反应气味无味刺激性气味2NO+O22NO23NO2+H2O2HNO3+NO知识铺垫新知预习自主测试【微思考2】实验室如何收集NO和NO2?提示:由于NO能与空气中的氧气反应生成NO2,应用排水法收集NO。由于NO2能与水反应,不能用排水法收集NO2,可用向上排空气法收集NO2。知识铺垫新知预习自主测试1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)化合态的氮元素只显一种价态。()(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。()答案:(1)×(2)×(3)×(4)×(4)2H2O2H2↑+O2↑和2H2+O22H2O属于可逆反应。()知识铺垫新知预习自主测试2.下列叙述中与氮的固定无关的是()A.工业合成氨B.工业上将氨转化成硝酸和其他氮的氧化物C.豆科植物的根瘤菌吸收空气中的氮气使之转化成植物蛋白质D.电闪雷鸣的雨天,N2与O2会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收答案:B解析:氮的固定过程是使游离态的氮转化为化合态的氮,B项,NH3转化为HNO3不符合要求。知识铺垫新知预习自主测试3.NO2与水反应的化学方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO,关于此反应的下列说法中正确的是()A.氮元素的化合价没有发生变化B.NO2只是氧化剂C.NO2只是还原剂D.NO2既是氧化剂,又是还原剂答案:D解析:NO2与H2O的反应中N的化合价既升高又降低,NO2既是氧化剂,又是还原剂。探究1探究2素养脉络随堂检测氮气的性质、用途问题探究1.实验室可以通过向下排空气法收集氮气吗?提示:不能。由于氮气的密度与空气的接近,所以既不能用向上排空气法也不能用向下排空气法收集,应用排水法收集。2.在化学反应中氮气只做氧化剂吗?提示:不是。氮气是非金属单质,在化学反应中既可以做氧化剂也可以做还原剂,如与H2、Mg反应时N2做氧化剂,与O2反应时N2做还原剂。探究1探究2素养脉络随堂检测知识归纳氮气的性质及工业制法(1)氮气的密度与空气的接近,只能用排水法收集。(2)在高温、高压、放电等条件下,N2能与H2、O2、Mg等发生化学反应。①氮气与氢气反应:N2+3H22NH3,该反应是工业合成氨的原理。②氮气与氧气反应:N2+O22NO。③氮气与镁反应:3Mg+N2Mg3N2。探究1探究2素养脉络随堂检测(3)工业制法:空气中含有大量的氮气,空气是工业制氮气的主要来源,生产方法主要是分离液态空气,并制得液态氧。方法规律氮元素的存在与氮的固定探究1探究2素养脉络随堂检测典例剖析例1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在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+2O22NO2答案:C探究1探究2素养脉络随堂检测解析:A项,氮气性质稳定的原因是两个氮原子之间的作用力比较强,破坏这种作用力时需要很高的能量;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无关;C项,反应的化学方程式为N2+3H22NH3,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。探究1探究2素养脉络随堂检测对点训练1下列关于氮气性质的说法中,错误的是()A.通常情况下,氮气性质很不活泼B.可在氧气中燃烧,生成一氧化氮C.通常情况下,氮气在水中的溶解度很小D.跟氢气在一定条件下发生反应时,氮气是氧化剂答案:B解析:N2不能在O2中燃烧,与O2在放电条件下反应生成NO,B错;氮气与氢气反应时,氮元素的化合价降低,氮气做氧化剂,D对。探究1探究2素养脉络随堂检测氮的氧化物溶于水的计算问题探究1.把一支充满NO2气体的试管倒置在水槽中充分反应后,水能否充满试管?提示:不能。NO2与水反应的化学方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO,由此可知最后水只能充满整个试管的。2.向一支充有10mLNO的试管中通入多少O2才能使水充满整个试管?提示:已知2NO+O2===2NO2①,3NO2+H2O===2HNO3+NO②。由方程式①×3+②×2得:4NO+3O2+2H2O===4HNO3,即当NO和O2的体积比为4∶3时水可以充满试管,需通入7.5mLO2。23探究1探究2素养脉络随堂检测知识归纳氮的氧化物溶于水的计算(1)氮的氧化物溶于水的反应分析当体积比V(NO2)∶V(O2)2NO+O22NO2①3NO2+H2O2HNO3+NO②由①+②×2得4NO2+O2+2H2O4HNO3,4∶1O2过量,剩余气体为O2=4∶1恰好完全反应4∶1NO2过量,剩余气体为NO(过量NO2与H2O反应生成NO)由①×3+②×2得4NO+3O2+2H2O4HNO3,探究1探究2素养脉络随堂检测当体积比V(NO)∶V(O2)4∶3O2过量,剩余气体是O2=4∶3恰好完全反应4∶3NO过量,剩余气体是NO(2)氮氧化物与O2混合溶于水的计算反应的化学方程式:2NO+O22NO23NO2+H2O2HNO3+NO①4NO2+O2+2H2O4HNO3②4NO+3O2+2H2O4HNO3③探究1探究2素养脉络随堂检测不同情况及剩余气体的体积:序号气体反应剩余气体剩余气体的体积ⅠNO2①NO13V(NO2)ⅡNO2+NO①NOV(NO)原+13V(NO2)ⅢNO2+O2𝑉(NO2)𝑉(O2)=4∶1②无04∶1②O2V(O2)原-14V(NO2)4∶1①②NO13[V(NO2)原-4V(O2)]ⅣNO+O2𝑉(NO)𝑉(O2)=4∶3③无04∶3③NOV(NO)原-43V(O2)4∶3③O2V(O2)原-34V(NO)探究1探究2素养脉络随堂检测误区警示因为水溶液中发生反应3NO2+H2O===2HNO3+NO,所以无论何种情况下水溶液中不会剩余NO2。探究1探究2素养脉络随堂检测典例剖析例2在一定条件下,将6体积的NO2和一定体积的NO置于试管中,并将试管倒置于水中,当通入4.5体积的O2充分反应后,剩余1.5体积气体,则原NO体积可能为()①3体积②4体积③5体积④5.5体积⑤2体积A.③B.⑤C.④或⑤D.②或⑤答案:C解析:本题的关键在于理解剩余的1.5体积气体,可能是一氧化氮,也有可能是氧气。若是一氧化氮,则氧气全部反应,二氧化氮完全反应消耗1.5体积氧气,剩余3体积应该被一氧化氮消耗,所以一氧化氮体积为4体积+1.5体积=5.5体积;若剩余的为氧气,则反应过程中一氧化氮消耗的氧气为1.5体积,所以一氧化氮的体积是2体积。探究1探究2素养脉络随堂检测对点训练2将10mL充满NO2和O2的混合气体的试管倒置在水槽中,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?探究1探究2素养脉络随堂检测解若剩余的是NO,可以看成先发生了反应4NO2+O2+2H2O4HNO3。剩余的NO2又与水作用,最终有2mLNO产生。由反应3NO2+H2O2HNO3+NO得剩余的NO2体积为2mL×3=6mL。则原有O2的体积为(10mL-6mL)×14+1=0.8mL,NO2体积为10mL-0.8mL=9.2mL。若剩余的是O2,则有10mL-2mL=8mL,NO2和O2的混合气体按4NO2+O2+2H2O4HNO3进行反应。所以NO2的体积为8mL×41+4=6.4mL,O2的体积为10mL-6.4mL=3.6mL。答:若剩余的是NO,则原混合气体中NO2和O2的体积分别为9.2mL和0.8mL。若剩余的是O2,则原混合气体中NO2和O2的体积分别为6.4mL和3.6mL。探究1探究2素养脉络随堂检测探究1探究2素养脉络随堂检测1.下列属于人工固氮的化学反应是()A.N2与H2在一定条件下合成NH3B.NO与O2反应生成NO2C.NH3被O2氧化成NO和H2OD.由NH3制备化肥NH4HCO3答案:A解析:固氮的方式有自然固氮和人工固氮,工业合成氨为人工固氮,雷雨天气产生NO气体属于自然固氮。另外,豆科植物的根瘤菌能将空气中的氮气直接转化为植物体内的蛋白质,也属于自然固氮。探究1探究2素养脉络随堂检测2.下列有关氮气的叙述中,错误的是()A.工业上,氮气常用作焊接金属的保护气B.在雷雨天,空气中的N2和O2可反应生成NOC.氮气既可做氧化剂又可做还原剂D.向某容器中充入1molN2可与3molH2完全反应生成2molNH3答案:D解析:N2与H2的反应属于可逆反应,1molN2和3molH2不可能完全反应生成2molNH3,故D项错误;因氮气的化学性质很不活泼,常用作焊接金属的保护气;N2中的氮元素为0价,处于中间价态,故N2既可做氧化剂,又可做还原剂。探究1探究2素养脉络随堂检测3.下列对氮的氧化物的叙述中,正确的是()A.氮的氧化物都是无色气体B.氮的氧化物都难溶于水C.氮的氧化物都是酸性氧化物D.氮的氧化物都是大气污染物答案:D解析:NO2是红棕色,A不正确;NO2易溶于水,B不正确;NO不是酸性氧化物,C不正确;氮的氧化物均是大气污染物,D正确。探究1探究2素养脉络随堂检测4.运载火箭的推进剂引燃后产生的气体主要是CO2、H2O、N2、NO,这些气体均为无色,但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红色烟雾。产生红色烟雾的原因是()A.高温下N2遇空气生成NO2B.NO遇空气生成NO2C.CO2遇NO反应生成CO和NO2D.NO和H2O反应生成H2和NO2答案:B解析:根据火箭喷出的大量红色烟雾可推知其应是NO2,而高温下N2与O2不能生成NO2。探究1探究2素养脉络随堂检测5.一定条件下,将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中,并将试管倒立于水槽中,充分反应后剩余气体的体积为原总体积的()答案:C解析:由于NO和O2等体积,故二者等物质的量,当二者溶于水时,发生反应4NO+3O2+2H2O===4HNO34mol3mol设初始时NO和O2的物质的