20182018学年鲁科版必修1 第3章第2节 氮的循环（第1课时） 学案

1、第2节 氮的循环第1课时 自然界中氮的循环氮的氧化物课标要求1通过自然界中氮的循环 ,了解氮循环的根本过程 ,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。1氮的固定是指使空气中游离态的氮转化为含氮化合物。2工业合成氨反响的特点：高温、高压、催化剂、可逆反响。3一氧化氮是无色、无味、有毒、难溶于水的气体 ,在空气中迅速变成红棕色。4二氧化氮是红棕色、有刺激性气味、有毒、能与水反响的气体。5主要的化学方程式：2NOO2=2NO23NO2H2O=2HNO3NON23H22NH3 1氮元素

2、的存在及应用(1)氮元素在自然界中的存在形式：游离态和化合态。(2)氮原子最外电子层有5个电子 ,在反响中易得3个电子 ,显3价。(3)氮元素有多种价态：3、0、1、2、3、4、5。(4)氮元素是一种营养元素 ,是组成蛋白质的重要元素。2自然界中氮的循环3人类活动对氮循环的影响(1)氮气氨氮肥、硝酸等含氮化合物。(2)燃烧反响产生的氮氧化物参与氮的循环。4氮气的物理性质在通常状况下 ,氮气是一种无色、无味、不溶于水的气体 ,密度与空气相近 ,约占空气体积的78%。特别提醒N2和CO的相对分子质量相同 ,与空气接近 ,故N2、CO的密度与空气接近 ,实验室只能用排水法收集。5氮气的化学性质 (2

3、)工业上常用氮气和氢气反响合成氨 ,此反响是可逆反响。特别提醒(1)氮分子中两个氮原子之间存在很强的作用力 ,故N2性质很稳定。(2)可逆反响必须满足“两同：相同条件；正反方向同时进行。6氮的固定(1)概念：使空气中游离态的氮转化为化合态氮的过程。(2)主要分类自然固氮：如高能固氮、生物固氮等；人工固氮：如合成氨、仿生固氮等。特别提醒高能固氮指N2在雷电作用下生成NO；生物固氮指植物根瘤菌把N2转化成NH、NO。1判断正误。(1)化合态的氮元素只显一种价态()(2)游离态氮转化成化合态氮时 ,氮元素被氧化()(3)NH、NH3、NO中氮元素均显3价()(4)实验室可用排空气法收集N2()(5)

4、N2在通常状况下与O2反响生成NO2()(6)合成氨反响属于自然固氮中的高能固氮()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×2自然界中存在着许多元素的循环 ,如下图循环的元素是()A氢B碳C氮D硫解析：选C氮元素在地球的大气圈、岩石圈和生物圈中都有广泛的分布 ,由图中合成氨、氨或铵盐、亚硝酸盐等可判断循环的元素是氮。3以下表达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会发生反响并最终转化为硝酸盐被植物吸收解

5、析：选B将氮气转化为氮的化合物叫氮的固定 ,B选项中 ,NH3HNO3属于含氮化合物之间的转化 ,不是N2的转化 ,所以不是氮的固定。 1氮的主要氧化物化合价12345对应氧化物N2ONON2O3NO2、N2O4N2O5特别提醒N2O3、N2O5属于酸性氧化物 ,对应酸为N2O3HNO2 ,N2O5HNO3 ,N2O、NO、NO2、N2O4均不是酸性氧化物。2NO和NO2的性质(1)物理性质NONO2颜色无色红棕色状态气态气态气味无味刺激性气味毒性有毒有毒水溶性难溶易溶(2)相互转化NONO2：2NOO2=2NO2。NO2NO：3NO2H2O=2HNO3NO。特别提醒(1)NO和NO2的收集方

6、法：NO的收集：排水法。NO2的收集：向上排空气法。(2)“雷雨发庄稼的化学原理：N2NONO2HNO3硝酸盐(氮肥)1标准状况下 ,现将盛有NO2和O2体积比为41的混合气体的烧瓶倒扣于水槽中充分反响后 ,烧瓶内无气体剩余 ,所得溶液中溶质的物质的量浓度是多少？提示：假设NO2的物质的量为4 mol ,由原子守恒n(HNO3)4 mol ,c(HNO3)0.036 mol·L1。2一支充满NO2和O2混合气体的试管倒立于水槽中 ,试管内剩余体积的气体 ,求NO2和O2的体积比是多少？提示：此题分两种情况：假设O2过量 ,那么反响的NO2和O2为体积 ,设反响的氧气体积为x ,那么4

7、xx ,x ,即NO2占体积 ,O2占体积 ,NO2与O2的体积比为73。假设NO2过量 ,因二氧化氮与水反响实际剩余一氧化氮 ,那么剩余体积的气体为NO ,过量的NO2为体积 ,反响的NO2和O2为体积 ,设反响的氧气体积为x ,那么4xx ,x ,即O2占 ,NO2占 ,NO2与O2的体积比为71。氮的氧化物与氧气、水反响的计算(1)NO2或NO2与N2(非O2)的混合气体溶于水可根据反响：3NO2H2O=2HNO3NO ,利用气体体积的变化差值进行计算。(2)NO2和O2的混合气体溶于水此时的反响可表示为4NO2O22H2O=4HNO3。气体比例剩余气体情况V(NO2)V(O2)41时恰

8、好反响 ,无剩余气体V(NO2)V(O2)<41时剩余氧气V(NO2)V(O2)>41时NO2过量 ,剩余气体为NO ,且体积为过量NO2体积的(3)NO和O2同时通入水中此时的反响可表示为4NO3O22H2O=4HNO3。气体比例剩余气体情况V(NO)V(O2)43时恰好反响 ,无剩余气体V(NO)V(O2)<43时剩余氧气V(NO)V(O2)>43时剩余NO1酸酐指含氧酸分子中H、O原子按21的个数比脱去水后的氧化物。如H2CO3的酸酐为CO2 ,H3PO4的酸酐为P2O5。以下关于氮的氧化物的说法中 ,正确的选项是()A氮的氧化物都是酸性氧化物B氮的氧化物都既有氧

9、化性 ,又有复原性CNO2与H2O反响生成HNO3 ,所以HNO3的酸酐是NO2D只能用排水法收集NO解析：选DNO、NO2不是酸性氧化物 ,A项错误；N2O5中氮元素为最高价 ,只有氧化性 ,B项错误；酸酐是相应酸失水所得 ,中心元素化合价不变 ,HNO3的酸酐是N2O5 ,C项错误。2在一大试管中装入10 mL NO倒立于水槽中 ,然后向其中缓慢通入6 mL O2(气体体积均在相同条件下测定) ,下面有关实验最终状态的描述 ,正确的选项是()A试管内气体呈红棕色B试管内气体呈无色 ,是2 mL NO2C试管内气体呈无色 ,是2 mL O2D试管内液面上升解析：选D根据4NO3O22H2O=

10、4HNO3可知 ,V(NO)V(O2)43时 ,NO有剩余。由题意 ,V(NO)V(O2)53可知 ,NO剩余2 mL ,那么试管内液面上升。3将盛有12 mL NO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中 ,充分反响后 ,还剩余2 mL 的无色气体 ,求原混合气体中NO2和O2的体积分别为多少？解析：依据化学反响方程式：4NO2O22H2O=4HNO33NO2H2O=2HNO3NO设混合气体中O2的体积为x mL ,剩余的气体有两种可能：(1)假设O2过量 ,剩余O2 ,那么只发生反响：4NO2O22H2O=4HNO34 1(12x)mL(x2)mL那么 ,解得x4 ,那么NO2的体积为8 mL

11、。(2)假设NO2过量 ,剩余NO ,发生反响和 ,反响：4NO2O22H2O=4HNO3414x mL x mL反响：3NO2H2O=2HNO3NO31(12x4x)mL 2 mL ,解得x1.2 ,那么NO2的体积为10.8 mL。答案：8 mL、4 mL或10.8 mL、1.2 mL三级训练·节节过关1氮气能大量存在于空气中的根本原因是()A氮气性质稳定 ,即使在高温下也很难与其他物质发生反响B氮气比空气轻 ,且不溶于水C氮分子中两个氮原子结合得很牢固 ,分子结构稳定D氮气无氧化性 ,也无复原性 ,不与其他物质反响解析：选CN2性质稳定 ,但在高温下可与Mg、Al、H2等物质反

12、响表现出氧化性 ,与O2在放电条件下反响表现出复原性 ,A、D项不正确；氮气比空气轻且不溶于水不是N2能大量存在于空气中的根本原因 ,即B项不正确。2研究说明 ,一氧化氮在治疗心血管疾病中具有重要的作用。以下对一氧化氮的表达正确的选项是()A一氧化氮是一种红棕色的气体B一氧化氮的摩尔质量为30C常温常压下 ,一氧化氮能与空气中的氧气直接化合D一氧化氮易溶于水 ,不能用排水法收集解析：选CA项 ,一氧化氮是无色气体；B项 ,NO的摩尔质量为30 g·mol1；D项 ,NO不溶于水。3以下物质不能由单质直接化合生成的是()ACuCl2BNO2CFeCl3 DNa2O2解析：选B金属铜、铁

13、在氯气中燃烧生成氯化铜和氯化铁 ,金属钠在空气中燃烧可生成过氧化钠。N2和O2反响生成NO ,不能直接生成NO2。4在NO2与水的反响中()A氮元素的化合价不发生变化BNO2只是氧化剂CNO2只是复原剂DNO2既是氧化剂 ,又是复原剂解析：选D在反响3NO2H2O=2HNO3NO中 ,NO2中N元素为4价 ,而HNO3中N元素为5价 ,NO中N元素为2价 ,反响前后N元素化合价既升高又降低 ,故NO2既作氧化剂又作复原剂。5目前 ,汽车尾气已成为许多大城市空气的主要污染源。汽车尾气中含有CO、NO等多种污染物。(1)汽车燃料中一般不含氮元素 ,尾气中所含的NO是如何产生的？说明原因并写出有关反

14、响的化学方程式：_。(2)治理汽车尾气中NO和CO的一种方法是：在汽车的排气管上装一个催化转化装置 ,使NO与CO反响 ,生成CO2和N2。反响的化学方程式为_。(3)以下措施中 ,能减少或控制汽车尾气污染有效且可行的是_。制定严格的汽车尾气排放标准 ,并严格执行开发清洁能源汽车 ,如氢能汽车、太阳能汽车等市民出行戴防护面具市民大量移居城市郊区答案：(1)空气中的N2与O2在放电条件下产生NO：N2O22NO(2)2NO2CON22CO2(3)1以下关于氮气的说法中 ,错误的选项是()A通常情况下 ,氮气性质比拟稳定B可在氧气中燃烧 ,生成一氧化氮C镁能在N2中燃烧 ,反响中N2表达氧化性D实

15、验室可用排水法收集氮气解析：选BN2分子中N原子结合得比拟牢固 ,这使得N2化学性质比拟稳定 ,但在放电条件下可与O2化合生成NO ,N2密度与空气相近 ,只能用排水法收集。2以下气体中 ,不能用排空气法收集的是()AH2BCO2CNO DO2解析：选CNO极易与O2反响：2NOO2=2NO2 ,故不能用排空气法收集。3.如下图 ,试管中盛装的是红棕色气体 ,当倒扣在盛有水的水槽中时 ,试管内水面上升 ,但不能充满试管 ,当向试管内鼓入氧气后 ,可以观察到试管中水柱继续上升 ,经过屡次重复后 ,试管被水充满 ,原来试管中盛装的气体是()A肯定是NO2气体B肯定是O2与NO2的混合气体C肯定是N

16、O气体D可能是NO与NO2的混合气体解析：选D由气体“红棕色推测肯定含有NO2 ,与水反响后生成物有NO ,由“向试管内鼓入氧气屡次后 ,试管被水充满 ,那么试管中原来可能还含有NO或含有O2。由4NO2O22H2O=4HNO3,4NO3O22H2O=4HNO3这两个方程式进行判断 ,可能是NO与NO2的混合气体；假设是O2与NO2的混合气体 ,当O2过量 ,试管就不可能被水充满 ,因此 ,原试管中可能情况之一是O2与NO2的混合气体且O2不过量。4以下物质的转化必须参加氧化剂且通过一步反响就能完成的是()N2NO2NO2NONO2HNO3N2NON2NH3A BC D解析：选C该题有两个要求

17、：(1)必须参加氧化剂；(2)通过一步反响就能完成。反响、从化合价角度来看都是升高 ,但反响N2NO2不能通过一步反响完成；而反响NO2HNO3虽然氮的化合价升高 ,但不加氧化剂也能完成 ,如3NO2H2O=2HNO3NO ,在该反响中 ,NO2既是氧化剂又是复原剂；只有反响N2NO必须参加氧化剂且通过一步反响就能完成。5将盛满等体积NO和NO2混合气体的试管倒置于水槽中 ,反响完毕后 ,溶液的体积是试管容积的()A. B.C. D.解析：选B设NO2、NO的体积各为1 L ,那么试管的容积为2 L。3NO2H2O=2HNO3NO311 L L反响后NO的体积为L L ,进入试管的液体为L L

18、 ,那么 L÷2 L ,即溶液的体积是试管容积的。6一定条件下 ,将等体积的NO2和O2的混合气体置于试管并将该试管倒置于水槽中至液面不再上升时 ,剩余气体的体积约为原体积的()A. B.C. D.解析：选D根据4NO2O22H2O=4HNO3可知 ,O2过量。设NO2和O2的体积各1 L ,那么1 L NO2消耗O2 L ,剩余O2 L ,所以×。7某氮的氧化物是大气污染物之一 ,在一定温度和有催化剂存在下 ,该氧化物与氨气(NH3)反响只生成氮气和水 ,假设生成的氮气和水的物质的量之比为56 ,该氧化物的化学式为()ANO BN2O3CNO2 DN2O5解析：选A由n(

19、N2)n(H2O)56 ,可得生成物为5N26H2O ,反响物为NH3和氮氧化物 ,由氢原子守恒得NH3的系数为4 ,即为4NH3=5N26H2O ,再由氮原子和氧原子守恒得中有6个氮原子和6个氧原子 ,为6NO ,那么所求化学式为NO。8无色的混合气体甲 ,可能含NO、CO2、NO2、N2中的几种 ,将一定量的甲气体经过以下图实验的处理 ,结果得到酸性溶液 ,而几乎无气体剩余 ,那么甲气体的组成为()ANO2、N2 BNO、CO2CNO2、CO2 DNO、CO2、N2解析：选B混合气体无色 ,气体中不含NO2 ,气体通过Na2O2后显红棕色 ,说明原混合气体中含有NO ,且有与Na2O2反响

20、生成O2的气体CO2 ,通入水中 ,溶液呈酸性 ,且几乎无气体剩余 ,说明原气体中不含N2。9以下图中H是无色液体 ,号称生命之源 ,B是空气中含量最多的物质 ,E是红棕色气体。 (1)C的化学式是_。(2)D和E都是大气污染物 ,D转化成E的化学方程式是_。(3)E和H的反响中 ,氧化剂和复原剂的质量比是_。解析：根据题给信息推知：H为H2O、B为N2、E为NO2 ,进而推知A为H2、C为NH3、D为NO、F为HNO3、G为NH4NO3。答案：(1)NH3(2)2NOO2=2NO2(3)1210氮氧化物进入大气后 ,不仅会形成硝酸型酸雨 ,还可能形成光化学烟雾 ,因此必须对含有氮氧化物的废气

21、进行处理。(1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物 ,反响的化学方程式如下：NO2NO2NaOH=2NaNO2H2O2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O在反响中 ,氧化剂是_ ,复原剂是_。在反响中 ,氧化剂是_ ,复原剂是_。(2)汽车尾气中含有二氧化氮和一氧化碳 ,消除这两种物质对大气污染的方法是安装催化转化器 ,使它们发生反响生成氮气和二氧化碳 ,该反响的化学方程式为_。(3)氨气亦可用来处理氮氧化物。例如 ,氨气与二氧化氮发生如下反响：6NO28NH3=7N212H2O ,假设某工厂排出的尾气中二氧化氮含量为0.5%(体积分数) ,处理1×103 m3(标准状况

22、)这种尾气 ,需要氨气的质量是_ kg。解析：反响：O2NaO2中 ,N元素化合价降低 ,NO2作氧化剂；ONaO2中 ,N元素化合价升高 ,NO作复原剂；反响：O2NaO2、O2NaO3 ,可知NO2既是氧化剂又是复原剂。(2)根据氧化复原反响中得失电子守恒可得：2NO24CO4CO2N2。(3)n(NO2) mol6NO28NH3=7N212H2O6 mol8 mol mol n(NH3)n(NH3) molm(NH3) mol×17 g·mol15 059.5 g ,即5.06 kg。答案：(1)NO2NONO2NO2(2)2NO24CO4CO2N2(3)5.061一

23、定条件下 ,将盛满NO2气体的试管倒立于盛水的水槽中 ,充分反响后 ,剩余气体占试管总体积的()A.B.C. D.解析：选D由反响的化学方程式：3NO2H2O=2HNO3NO可知 ,反响后NO的体积为反响前NO2体积的。2.按如图进行实验 ,试管内装有12 mL NO ,然后间歇而缓慢地通入8 mL O2 ,下面有关实验最终状态的描述正确的选项是()A试管内气体呈红棕色B试管内气体为无色的NOC试管内气体为无色的O2D试管内充满了液体解析：选B据题意在装有NO的试管内通入O2时依次发生反响2NOO2=2NO2,3NO2H2O=2HNO3NO ,二者相加得总反响为4NO3O22H2O=4HNO3

24、 ,由于> ,即NO过量 ,试管内剩余气体为无色的NO ,液体未充满试管。3将盛有N2和NO2混合气体的试管倒立于水中 ,经过足够长的时间后 ,试管内气体的体积缩小为原来的一半 ,那么原混合气体中N2和NO2的体积比是()A11 B12C13 D31解析：选CN2与水不反响 ,NO2与水反响3NO2H2O=2HNO3NO ,设N2和NO2的体积分别为x、y ,由题意得xy(xy) ,xy13。4把少量NO2气体通入过量小苏打溶液中 ,再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的枯燥管 ,最后收集到的气体是()A氧气 B二氧化氮C二氧化氮和氧气 D二氧化氮和一氧化氮解析：选C少量NO2气体通

25、入过量小苏打溶液中 ,逸出的气体为NO、CO2 ,二者物质的量之比为12 ,同时还有少量水蒸气逸出 ,再使逸出的气体通过装有足量过氧化钠颗粒的枯燥管 ,CO2与过氧化钠反响生成的O2与NO反响生成NO2 ,O2有剩余 ,同时逸出的少量水蒸气与过氧化钠反响生成O2 ,所以最后收集到的气体是NO2和O2。5在汽车尾气净化装置里 ,气体在催化剂外表吸附与解吸作用的过程如下图。以下说法错误的选项是()ANO2是该过程的中间产物BNO和O2必须在催化剂外表才能反响C汽车尾气的主要污染成分包括CO和NOD催化转化总反响为2NOO24CO4CO2N2解析：选B汽车尾气的主要污染成分包括CO和NO；根据图示关

26、系 ,NO与O2反响转化为NO2 ,NO2再与CO反响转化为CO2和N2 ,NO2是中间产物；该过程的总反响可以表示为2NOO24CO4CO2N2；NO和O2在没有催化剂存在时也能反响生成NO2 ,B选项错误。6将22.4 L某气态氮氧化合物与足量的灼热铜粉完全反响后 ,气体体积变为11.2 L(体积均在相同条件下测定 ,铜的反响产物为CuO) ,那么该氮氧化合物的化学式为()ANO2 BN2O3CN2O DN2O4解析：选A由题意知反响后的气体为N2 ,可得N(氮氧化物)N(N2)n(氮氧化物)n(N2)22.411.221 ,再由氮原子守恒知 ,每一个氮氧化合物分子中含有一个氮原子 ,符合

27、题意的是A选项。7将3 mol 的NO2气体依次通入以下三个分别装有足量NaHCO3饱和溶液浓H2SO4Na2O2的装置后 ,用排水法把残留气体收集起来 ,那么收集到的气体是(同温、同压下测定)()A1 mol NOB1 mol NO2和0.05 mol O2C2 mol O2D0.25 mol O2解析：选D3NO2H2O=2HNO3NO由此可知有1 mol NO产生 ,有2 mol HNO3生成 ,根据HNO3NaHCO3=NaNO3H2OCO2可知 ,2 mol HNO3与足量NaHCO3反响有2 mol CO2产生。2CO22Na2O2=2Na2CO3O2由此可知有1 mol O2产生

28、 ,所以此时剩余气体为1 mol NO和1 mol O2。用排水法收集时 ,发生如下反响4NO3O22H2O=4HNO3 ,由此可知最后剩余0.25 mol O2 ,应选D。8在标准状况下 ,将O2和NO2按14的体积比充满枯燥的烧瓶 ,把烧瓶倒置于水中 ,瓶内液体逐渐上升 ,假设烧瓶内溶液不扩散 ,最终烧瓶内溶液溶质的物质的量浓度为()A. mol·L1 B. mol·L1C. mol·L1 D. mol·L1解析：选C根据化学方程式4NO2O22H2O=4HNO3 ,设烧瓶的容积为V L ,那么NO2的体积为V L。又因NO2与O2的体积比为41 ,所以最终液体充满烧瓶 ,溶液的体积为V L。NO2的物质的量为V L/22.4 L·mol1 ,HNO3的物质的量也为V L/22.4 L·mol1 ,烧瓶内HNO3的物质的量浓度为c(HNO3) mol·L1。9.如下图 ,室温下向盛有3.0 mL NO的试管中缓缓通入1.5 mL O2(所有气体体积均在标准状况下测定)。试答复以下问题：(1)写出观察到的现象(可不写满 ,也可补充)：_；_；_。