高中化學(xué)必修1：3.3.1 自然界中的氮循環(huán)　氮?dú)馀c氮氧化物

高中化學(xué)必修課程PAGEPAGE1第3節(jié)氮的循環(huán)第1課時(shí)自然界中的氮循環(huán)氮?dú)馀c氮氧化物[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.了解自然界中的氮循環(huán)，認(rèn)識(shí)氮循環(huán)中的物質(zhì)及其相互轉(zhuǎn)化在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用和對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任意識(shí)。2.通過(guò)雷電固氮實(shí)驗(yàn)、NO和NO2的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)科學(xué)探究是進(jìn)行科學(xué)解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應(yīng)用的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。一、自然界中的氮循環(huán)1.自然界中氮元素循環(huán)示意圖2.氮循環(huán)中涉及許多含氮物質(zhì)，請(qǐng)?zhí)顚懴卤恚汉镔|(zhì)N2NH3NH4HCO3NONO2HNO3KNO3氮元素價(jià)態(tài)0－3－3＋2＋4＋5＋5物質(zhì)類別單質(zhì)氫化物銨鹽氧化物氧化物含氧酸硝酸鹽(1)自然界中氮的存在形式多種多樣，除N2、NH3、NOx、銨鹽、硝酸鹽等無(wú)機(jī)物外，還能以蛋白質(zhì)等有機(jī)物的形式存在。(2)氮的循環(huán)中氮元素可被氧化，也可被還原，判斷的依據(jù)主要是看反應(yīng)過(guò)程中氮元素化合價(jià)的變化情況。3.氮循環(huán)中含氮物質(zhì)有多種形式的轉(zhuǎn)化，有的對(duì)人類生產(chǎn)生活有益，有的則產(chǎn)生了負(fù)面作用，請(qǐng)舉例說(shuō)明。[答案]對(duì)人類有益的有：游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮，被作物吸收等。對(duì)人類有害的有：工業(yè)廢氣、汽車尾氣中的氮氧化物會(huì)造成大氣污染等。工廠廢液、生活廢水中的氮元素對(duì)水體造成污染。二、氮?dú)夂偷趸?.氮?dú)?1)氮?dú)獾男再|(zhì)通常狀況下，氮?dú)馐菬o(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒的氣體。密度比空氣的稍小，難溶于水。氮?dú)夥肿拥慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定，其化學(xué)性質(zhì)不活潑。在一定條件下能與某些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)：①與O2反應(yīng)：N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放電))2NO(可解釋汽車尾氣中含有NO)。②與H2反應(yīng)：N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高溫、高壓),\s\do5(催化劑))2NH3(工業(yè)合成氨，為可逆反應(yīng))。③與Mg反應(yīng)：N2＋3Mgeq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))Mg3N2(鎂在空氣中燃燒可能的產(chǎn)物)。氮元素是多價(jià)態(tài)元素，氮?dú)庵械爻?價(jià)，處于中間價(jià)態(tài)，故氮?dú)饧扔醒趸?與H2反應(yīng))，又有還原性(與O2反應(yīng))。(2)氮的固定(3)氮?dú)獾闹饕猛劲俚獨(dú)獬Ｗ龊附咏饘佟⒊涮顭襞?，保存食品的保護(hù)氣；②氮?dú)馐呛铣砂?、制硝酸的重要原料；③液氮可用作制冷劑，?yīng)用于醫(yī)學(xué)、科技等領(lǐng)域。2.氮的氧化物(1)不同價(jià)態(tài)的氮的氧化物氮的氧化物N2O(笑氣)NON2O3NO2N2O4N2O5氮元素化合價(jià)＋1＋2＋3＋4＋4＋5①上述氮的氧化物中，只有N2O3和N2O5是酸性氧化物。②NO2、N2O4中氮元素的化合價(jià)都是＋4價(jià)。(2)一氧化氮的性質(zhì)①無(wú)色無(wú)味的有毒氣體，難溶于水。②具有還原性，在空氣中易被氧化：2NO＋O2=2NO2。③具有弱氧化性：6NO＋4NH3eq\o(=,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))5N2＋6H2O。(3)二氧化氮的性質(zhì)①紅棕色有刺激性氣味的有毒氣體。②易溶于水且與水反應(yīng)：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。③具有強(qiáng)氧化性：能與SO2反應(yīng)，能使?jié)駶?rùn)的淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)。④能與堿溶液反應(yīng)：2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O。⑤自身二聚：2NO2N2O4(無(wú)色氣體)。(1)NO雖易與O2化合，但N2與O2反應(yīng)時(shí)，不論O2是否足量，其一步反應(yīng)都只能得到NO，不能生成NO2()(2)由于NO極易與O2反應(yīng)，并且其密度與空氣相差不多，因此收集NO只能用排水法()(3)由于NO2極易與水反應(yīng)且密度比空氣大，因此收集NO2只能用向上排空氣法()(4)NO2能與堿反應(yīng)生成硝酸鹽、亞硝酸鹽和水，NO2是酸性氧化物()(5)NO和NO2都是大氣污染物()[答案](1)√(2)√(3)√(4)×(5)√N(yùn)O和NO2性質(zhì)比較NONO2色、味、態(tài)無(wú)色無(wú)味氣體紅棕色有刺激性氣味氣體溶解性不溶于水易溶于水且與水反應(yīng)氧化物類別非酸性氧化物(不成鹽氧化物)非酸性氧化物(不成鹽氧化物)氧化還原性既有氧化性又有還原性，主要表現(xiàn)強(qiáng)還原性既有氧化性又有還原性，主要表現(xiàn)強(qiáng)氧化性毒性有毒(易結(jié)合血紅蛋白使人中毒)有毒(刺激腐蝕呼吸道黏膜)相互轉(zhuǎn)化NOeq\o(,\s\up7(O2),\s\do5(H2O))NO23.實(shí)驗(yàn)探究——模擬工業(yè)生產(chǎn)硝酸的原理實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)步驟(1)將充滿NO2的試管倒置于水槽中(2)向(1)中充分反應(yīng)后的試管中緩慢地通入O2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象紅棕色氣體逐漸變?yōu)闊o(wú)色氣體；氣體體積逐漸減小，試管內(nèi)液面上升；試管內(nèi)液面最終上升至試管容積的eq\f(2,3)處無(wú)色氣體先變成紅棕色，后逐漸變?yōu)闊o(wú)色，試管內(nèi)液面上升，持續(xù)通入適量O2，試管內(nèi)可充滿水反應(yīng)方程式3NO2＋H2O=2HNO3＋NO2NO＋O2=2NO2、3NO2＋H2O=2HNO3＋NO總反應(yīng)方程式4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3(1)工業(yè)上用水吸收NO2制取硝酸的反應(yīng)過(guò)程中，常需要不斷地補(bǔ)充一些空氣，其目的是什么？提示使生成的NO再氧化為NO2，NO2溶于水又生成HNO3和NO。經(jīng)過(guò)多次的氧化和吸收，NO2可以比較完全地被水吸收，能夠盡可能多地轉(zhuǎn)化為硝酸。(2)俗話說(shuō)“雷雨發(fā)莊稼”，試說(shuō)出其中的原理，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。提示雷電發(fā)生時(shí)，N2和O2化合生成NO，NO迅速被氧化為NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3跟土壤作用生成硝酸鹽，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。1.氮的循環(huán)在自然界元素的循環(huán)中具有重要的意義，有些氮的轉(zhuǎn)化是從氮?dú)廪D(zhuǎn)化為含氮的化合物，有的轉(zhuǎn)化發(fā)生在含氮的化合物之間。下列過(guò)程中，以游離態(tài)的氮為原料，最終產(chǎn)生含氮的化合物的是()A.汽車尾氣中的氮氧化物形成酸雨B.硝化細(xì)菌的硝化過(guò)程C.動(dòng)物尸體腐爛D.豆科植物的根瘤菌固氮[答案]D[解析]氮氧化物形成酸雨是其與水反應(yīng)生成硝酸的緣故；硝化細(xì)菌的硝化過(guò)程是將氨或銨鹽轉(zhuǎn)化成硝酸鹽；動(dòng)物尸體腐爛是從高分子有機(jī)氮到小分子有機(jī)氮的過(guò)程；豆科植物的根瘤菌固氮過(guò)程是在固氮酶的作用下將氮?dú)廪D(zhuǎn)化為含氮的化合物。2.(2019·唐山高一調(diào)研)下列化學(xué)反應(yīng)中屬于氮的固定的是()A.N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放電))2NOB.O2＋2NO=2NO2C.H2O＋3NO2=NO＋2HNO3D.4NH3＋5O2eq\o(=,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))4NO＋6H2O[答案]A3.生物固氮是指()A.植物從土壤中吸收含氮養(yǎng)料B.豆科植物的根瘤菌將氮?dú)廪D(zhuǎn)變?yōu)榈幕衔镒鳛轲B(yǎng)料吸收C.將氮轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛峒捌渌幕衔顳.反硝化細(xì)菌將硝酸轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)夥懦鯷答案]B4.通常情況下，下列各組物質(zhì)混合，不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的是()A.H2O和NO2 B.N2和H2C.NO和O2 D.NO2和SO2[答案]B5.可用于區(qū)別溴蒸氣和NO2氣體的試劑是()A.淀粉碘化鉀溶液 B.FeCl2溶液C.AgNO3溶液 D.NaOH溶液[答案]C[解析]用AgNO3溶液檢驗(yàn)，能產(chǎn)生淺黃色沉淀的為溴蒸氣。6.(2018·江蘇淮陰中學(xué)期中)下列關(guān)于氮的氧化物的敘述正確的是()A.氮的氧化物只有NO、NO2B.氮的氧化物均為紅棕色氣體C.氮的氧化物均有毒D.氮的氧化物在空氣中能穩(wěn)定存在[答案]C[解析]氮的氧化物包括NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等，A項(xiàng)錯(cuò)誤；NO、N2O4等均為無(wú)色氣體，B項(xiàng)錯(cuò)誤；氮的氧化物均有毒，C項(xiàng)正確；NO在空氣中易被O2氧化為NO2，D項(xiàng)錯(cuò)誤。7.將充滿NO2和O2的量筒倒立于盛有水的水槽中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，水上升到量筒體積的一半處停止，則剩余氣體的成分是()A.NO2B.NOC.O2D.NO或O2[答案]C[解析]設(shè)量筒體積為VL，剩余eq\f(V,2)L的氣體可能是NO或O2。①若氣體為NO，根據(jù)反應(yīng)3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，則過(guò)量NO2為eq\f(3V,2)L，不合題意。②若氣體為O2，則有eq\f(V,2)LNO2與O2發(fā)生反應(yīng)4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，符合題意。8.(2018·鄭州高一檢測(cè))以下是氮循環(huán)的一部分：(1)反應(yīng)②的化學(xué)方程式是________________________________________________。(2)NO2易溶于水并和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，該反應(yīng)中氧化劑是________。(3)化合物A的化學(xué)式是________。(4)治理汽車尾氣的一種方法是用催化劑使NO與CO發(fā)生反應(yīng)：2NO＋2CO=2CO2＋N2，當(dāng)生成1molN2時(shí)，被還原的NO為_(kāi)_______mol。[答案](1)2NO＋O2=2NO2(2)NO2(3)HNO3(4)2[解析](1)反應(yīng)②是NO與氧氣化合生成NO2，反應(yīng)的化學(xué)方程式是