高中化學(xué)魯科版第三章自然界中的元素 第2節(jié)

第2節(jié)氮的循環(huán)第1課時(shí)自然界中的氮的循環(huán)以及氮循環(huán)中的重要物質(zhì)1．了解氮的固定以及氮在自然界中的循環(huán)。2．了解氮?dú)獾男再|(zhì)。3．掌握NO、NO2的重要性質(zhì)。eq\x(知)eq\x(識(shí))eq\x(清)eq\x(單)一、氮在自然界中的循環(huán)1．自然界中的氮的循環(huán)。1．在自然界中，大豆、蠶豆等豆科植物不施肥，仍能表現(xiàn)出良好的長勢，其原因是什么？答案：大豆、蠶豆等豆科植物根部的根瘤菌能把空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}等含氮的化合物，植物的根從土壤中吸收NHeq\o\al(＋,4)和硝酸鹽。2．人類活動(dòng)對(duì)氮循環(huán)的影響。(1)人類在氮循環(huán)方面是通過化學(xué)方法把空氣中的N2轉(zhuǎn)化為氨，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。(2)化石燃料燃燒、森林和農(nóng)作物的枝葉燃燒所產(chǎn)生的氮氧化物通過大氣進(jìn)入陸地和海洋，進(jìn)入氮循環(huán)。二、氮?dú)?．氮?dú)獾男再|(zhì)。在通常情況下，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，很難與其他物質(zhì)反應(yīng)，但是在一定條件下，能與氧氣、氫氣等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。氮?dú)馕锢硇再|(zhì)無色、無味、難溶于水eq\a\vs4\al(密度與空氣相近)eq\a\vs4\al(約占空氣體積的78%)eq\a\vs4\al(化學(xué)性質(zhì))eq\o(→,\s\up7(O2),\s\do5())表現(xiàn)還原性：N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放電))2NOeq\o(→,\s\up7(H2),\s\do5())表現(xiàn)氧化性：N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高溫、高壓),\s\do5(催化劑))2NH32．可逆反應(yīng)。在相同條件下，能同時(shí)向正反兩個(gè)方向進(jìn)行的反應(yīng)，為可逆反應(yīng)，可逆反應(yīng)的化學(xué)方程式用“”表示。3．氮的固定。(1)概念：使空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過程。(2)分類。氮的固定eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(自然固氮\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(高能固氮,生物固氮)),人工固氮\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(合成氨,仿生固氮))))三、一氧化氮和二氧化氮1．氮的主要氧化物。化合價(jià)＋1＋2＋3＋4＋5對(duì)應(yīng)氧化物N2ONON2O3NO2、N2O4N2O52.一氧化氮和二氧化氮。(1)物理性質(zhì)。NONO2顏色無色紅棕色狀態(tài)氣態(tài)氣態(tài)氣味無氣味刺激性氣味毒性有毒有毒水溶性難溶易溶(2)相互轉(zhuǎn)化。①NO→NO2∶2NO＋O2=2NO2；②NO2→NO∶3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。2．俗話說：“雷雨發(fā)莊稼”，試說出其中的原理，寫出反應(yīng)方程式。答案：雷電發(fā)生時(shí)，N2和O2化合成NO，NO迅速被氧化為NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3跟土壤中的礦物作用生成硝酸鹽，NOeq\o\al(－,3)可被植物吸收。N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放電))2NO，2NO＋O2=2NO2，3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。eq\x(活)eq\x(學(xué))eq\x(活)eq\x(用)1．(雙選)下列有關(guān)氮?dú)獾恼f法正確的是(CD)A．N2可在氧氣中燃燒生成NOB．醫(yī)學(xué)上常用液氮作冷凍劑，在冷凍麻醉?xiàng)l件下做手術(shù)，是利用氮?dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)的不活潑性C．鎂能在氮?dú)庵腥紵蒑g3N2，反應(yīng)中N2體現(xiàn)氧化性D．工業(yè)合成氨的反應(yīng)是可逆反應(yīng)解析：N2只有在高壓放電情況下才會(huì)與O2發(fā)生反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；液氮汽化時(shí)需要吸收大量的能量，使周圍環(huán)境溫度降低，與其化學(xué)性質(zhì)不活潑無關(guān)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；反應(yīng)方程式為3Mg＋N2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))Mg3N2，反應(yīng)中氮元素化合價(jià)降低，氮?dú)庾餮趸瘎?，C項(xiàng)正確；氮?dú)夂蜌錃獾姆磻?yīng)是可逆反應(yīng)，D項(xiàng)正確。2．將空氣中氮?dú)廪D(zhuǎn)化成氮的化合物的過程稱為固氮。如圖中能實(shí)現(xiàn)人工固氮的是(D)解析：通過閃電等產(chǎn)生含氮化合物屬于自然固氮中的高能固氮，根瘤菌能夠?qū)⒖諝庵械牡獨(dú)馔ㄟ^生物化學(xué)過程轉(zhuǎn)化為含氮化合物，屬于自然固氮中的生物固氮。氨的工業(yè)合成是目前普遍使用的人工固氮方法。電解飽和食鹽水與氮的固定無關(guān)。3．下列對(duì)NO、NO2的描述，正確的是(C)A．NO是紅棕色氣體，易溶于水，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．一氧化氮密度比空氣大，可用排空氣法收集解析：NO是無色難溶于水的氣體，NO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)：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，N2和O2反應(yīng)生成NO，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；NO和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(xiàng)正確；一氧化氮能與氧氣反應(yīng)，不能用排空氣法收集。eq\x(水)eq\x(平)eq\x(測)eq\x(試)1．(雙選)在自然界中，把空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為含氮化合物以實(shí)現(xiàn)氮的循環(huán)的途徑有(AB)A．豆科植物根部的根瘤菌，把氮?dú)廪D(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}等含氮化合物B．在放電條件下，氮?dú)馀c氧氣化合生成氮的氧化物，并隨降水進(jìn)入土壤和水體C．通過化學(xué)方法把空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為氨，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為其他含氮化合物D．化石燃料燃燒所產(chǎn)生的氮氧化物通過大氣進(jìn)入陸地和海洋解析：在自然界中，氮由游離態(tài)的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為化合態(tài)的含氮化合物，主要是通過根瘤菌和閃電轉(zhuǎn)化的，故A、B兩項(xiàng)正確。2．下列關(guān)于氮?dú)獾恼f法中，錯(cuò)誤的是(B)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┙馕觯篘2不能在O2中燃燒，與O2在閃電時(shí)反應(yīng)生成NO。3.下列過程屬于人工固氮的是(C)A．分離液態(tài)空氣制氮?dú)釨．閃電使N2轉(zhuǎn)化為NOC．合成氨D．豆科植物將N2轉(zhuǎn)化為NH3解析：固氮是將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮，A項(xiàng)中沒有生成化合態(tài)氮，B、D兩項(xiàng)是自然固氮，C項(xiàng)合成氨是人工固氮。4．把少量NO2氣體通入過量小蘇打溶液中，再使逸出的氣體通過裝有足量的過氧化鈉顆粒的干燥管，最后收集到的氣體是(C)A．氧氣B．二氧化氮C．二氧化氮和氧氣D．二氧化氮和一氧化氮解析：少量NO2氣體通入過量小蘇打溶液中，逸出的氣體為NO、CO2，二者物質(zhì)的量比為1∶2，同時(shí)還有少量水蒸氣逸出，再使逸出的氣體通過裝有足量的過氧化鈉顆粒的干燥管，CO2與過氧化鈉反應(yīng)生成的O2與NO反應(yīng)生成NO2，O2有剩余，同時(shí)逸出的少量水蒸氣與過氧化鈉反應(yīng)生成O2，所以最后收集到的氣體是NO2和O2。5．(雙選)在氮的氧化物中，氮元素和氧元素的質(zhì)量比為7∶16，則此氧化物的化學(xué)式可能為(AD)A．NO2B．NOC．N2O3D．N2O4解析：氧化物中兩原子個(gè)數(shù)之比為：N(N)∶N(O)＝eq\f(7,14)∶eq\f(16,16)＝1∶2。6．(雙選)在一大試管中裝入10mLNO倒立于水槽中，然后向其中緩慢通入6mLO2(氣體體積均在相同條件下測定)，下面有關(guān)實(shí)驗(yàn)最終狀態(tài)的描述，正確的是(BD)A．試管內(nèi)氣體呈紅棕色B．試管內(nèi)氣體呈無色，是2mLNOC．試管內(nèi)氣體呈無色，是2mLO2D．試管內(nèi)液面上升解析：根據(jù)4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3可知，V(NO)∶V(O2)＞4∶3時(shí)，NO有剩余。由題意，V(NO)∶V(O2)＝5∶3可知，NO剩余2mL，則試管內(nèi)液面上升。7．氮氧化物進(jìn)入大氣后，不僅會(huì)形成硝酸型酸雨，還可能形成光化學(xué)煙霧，因此必須對(duì)含有氮氧化物的廢氣進(jìn)行處理。(1)用氫氧化鈉溶液可以吸收廢氣中的氮氧化物，反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：2NO2＋2NO＋4NaOH=4NaNO2＋2H2O①，2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2O②，在反應(yīng)①中，氧化劑是________，還原劑是________。在反應(yīng)②中，氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為________。(2)汽車尾氣中含有CO和NO，消除這兩種物質(zhì)對(duì)大氣的污染的方法是安裝催化轉(zhuǎn)化器，使它們發(fā)生反應(yīng)生成對(duì)大氣無污染的氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)在反應(yīng)①中NO2中的氮元素化合價(jià)降低做氧化劑，NO中氮元素化合價(jià)升高做還原劑；在反應(yīng)②中氧化劑和還原劑都是NO2，它們的物質(zhì)的量之比為1∶1。(2)根據(jù)質(zhì)量守恒定律結(jié)合題目信息可知，一氧化氮與一氧化碳反應(yīng)后生成的對(duì)大氣無污染的物質(zhì)應(yīng)為氮?dú)夂投趸肌４鸢福?1)NO2NO1∶1(2)2NO＋2COeq\o(=,\s\up7(催化劑))N2＋2CO28．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用。請(qǐng)回答下列問題：(1)氮?dú)庵饕糜诤铣砂?，由此制造化肥、硝酸和炸藥等，寫出工業(yè)合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式：N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高溫、高壓),\s\do5(催化劑))2NH3。(2)下列有關(guān)氮元素的說法正確的是(AC)A．氮?dú)庖驗(yàn)槠浠瘜W(xué)性質(zhì)不活潑，可以用作保護(hù)氣，比如充填食品包裝，充入電燈泡，保存貴重書畫等B．醫(yī)學(xué)上常用液氮作冷凍劑，在冷凍麻醉?xiàng)l件下做手術(shù)，是利用氮?dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)的不活潑性C．氮、磷、鉀是植物生長必需的營養(yǎng)元素D．工業(yè)上用NO2與水反應(yīng)制取硝酸時(shí)，水作還原劑(3)豆科植物種植時(shí)不需施加氮肥的原因是豆科植物中的根瘤菌能夠把空氣中的N2轉(zhuǎn)化為含氮化合物，作為肥料供作物生長使用。eq\x(素)eq\x(能)eq\x(提)eq\x(高)9．無色的混合氣體甲，可能含NO、CO2、NO2、N2中的幾種，將一定量的甲氣體經(jīng)過下圖實(shí)驗(yàn)的處理，結(jié)果得到酸性溶液，而幾乎無氣體剩余，則甲氣體的組成為(B)A．NO2、N2B．NO、CO2C．NO2、CO2D．NO、CO2、N2解析：混合氣體無色，氣體中不含NO2，氣體通過Na2O2后顯紅棕色，說明原混合氣體中含有NO，且有與Na2O2反應(yīng)生成O2的氣體CO2，通入水中，溶液呈酸性，且?guī)缀鯚o氣體剩余，說明原氣體中不含N2。10．NO分子因污染空氣而臭名昭著。近年來，發(fā)現(xiàn)少量的NO在生物體內(nèi)許多組織中存在，它有擴(kuò)張血管、免疫、增強(qiáng)記憶的功能，而成為當(dāng)前生命科學(xué)的研究熱點(diǎn)，NO亦被稱為“明星分子”。請(qǐng)回答下列問題。(1)NO對(duì)環(huán)境的危害在于______________(填以下項(xiàng)目的編號(hào))。A．破壞臭氧層B．高溫下能使一些金屬被氧化C．造成酸雨D．與人體血紅蛋白結(jié)合(2)在含Cu＋離子的酶的活化中心中，亞硝酸根離子(NOeq\o\al(－,2))可轉(zhuǎn)化為NO，寫出Cu＋和亞硝酸根離子在酸性水溶液中反應(yīng)的離子方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)在常溫下，把NO氣體壓縮到100個(gè)大氣壓，在一個(gè)體積固定的容器里加熱到50℃，發(fā)現(xiàn)氣體的壓力迅速下降，壓力降至大約為原壓力的eq\f(2,3)就不再改變，已知其中一種產(chǎn)物為N2O，寫出上述變化的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)NO中N的化合價(jià)為＋2，所以NO具有還原性，能被臭氧氧化；NO排放到空氣中最終氧化成硝酸；同CO一樣，NO也能與人體內(nèi)的血紅蛋白結(jié)合使人體缺氧而死亡。故對(duì)環(huán)境的危害為A、C、D。(2)根據(jù)信息可得此反應(yīng)中亞銅離子為還原劑，