新教材鲁科版高中化学必修一 3.3.1 自然界中的氮循环 教学讲义

1、精品文档 精心整理精品文档 可编辑的精品文档第3节氮的循环第1课时自然界中的氮循环发展目标体系构建1.通过自然界中的氮循环，了解氮循环的基本过程，能举例自然固氮与人工固氮的过程，知道人工固氮对社会发展的重要意义；认识氮循环过程中重要的含有氮元素的物质，能够对含有氮元素的物质进行分类。2.通过对固氮的分析，认识氮气、一氧化氮、二氧化氮的物理性质、化学性质以及典型的实验现象，能书写主要反应的化学方程式，知道他们的主要应用。一、自然界中的氮循环1氮元素在自然界中的存在形式：游离态和化合态。2自然界中氮的循环3人类活动的影响(1)氮气eq o(,sup8(化学方法)氨气氮肥、硝酸等含氮化合物。(2)燃

2、烧反应产生的氮氧化物参与氮的循环。二、氮循环中物质的性质及物质之间的转化1氮的固定(1)定义：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。(2)分类氮的固定eq blcrc (avs4alco1(自然固氮blcrc (avs4alco1(高能固氮：N2O2o(=,sup8(放电)2NO,生物固氮：豆科植物的根瘤菌)微点拨：(1)含氮化合物之间的转化不属于氮的固定。(2)固氮反应一定属于氧化还原反应。2氮气(1)物理性质颜色状态气味密度溶解性无色气体无味与空气接近难溶于水(2)化学性质氮气的化学性质不活泼，通常很难与其他物质发生反应。还原性：与O2反应产生NO，反应的化学方程式为N2O2eq o(

3、=,sup8(放电)2NO。氧化性：与H2反应生成NH3，反应的化学方程式为N23H22NH3。微点拨：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，化学反应的条件也比较苛刻。3一氧化氮和二氧化氮(1)物理性质物质颜色状态气味毒性水溶性NO无色气态无味有毒难溶于水NO2红棕色气态刺激性有毒易溶于水(2)相互转化NONO2：2NOO2=2NO2。NO2NO：3NO2H2O=2HNO3NO。微点拨：NO和NO2的收集方法NO的收集：排水法。NO2的收集：向上排空气法。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NO

4、2。()(3)合成氨反应属于自然固氮中的高能固氮。()(4)NO在空气中易转化为红棕色NO2。()(5)NO2与H2O的反应，NO2只作氧化剂。()答案(1)(2)(3)(4)(5)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B氮的固定过程是使游离态的氮转化为含氮化合物的过程，B项，NH3转化为HNO3和其他氮的氧化物与氮的固定无关。3宇宙飞船的运载火箭的推进器引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体，从火箭尾部喷出。引燃后的高温气体成分有

5、CO2、H2O、N2、NO等，这些气体均无色，但在卫星发射现场看到火箭喷射出大量的红色物质，产生红色的原因是()A高温下N2遇空气生成NO2BNO与空气反应生成NO2CCO2遇NO反应生成NO2DNO遇H2O反应生成NO2B根据原高温气体均为无色，但现场却能看到红色可推知，是因为发生反应：2NOO2=2NO2。氮气的性质和用途1实验室可以通过向下排空气法收集氮气吗？原因是什么？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作氧化剂吗？提示：不是。氮气是非金属单质，在化学反应中既可以作氧化剂又可以作还原剂，如与H2、

6、Mg反应作氧化剂，与O2反应作还原剂。3将1 mol N2、3 mol H2充入密闭容器中，在一定条件下反应，能否得到2 mol NH3？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。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。氮气与氢气反应：，该反应是工业合成氨的原理。氮气与氧气反应：N2O2eq o(=,sup8(放电)2NO。氮气与镁反应：3MgN2eq o(=,sup8(点燃)Mg3N2。(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

7、是分离液态空气，并制得液态氧。 1下列关于氮气的有关说法中，正确的是()A氮气的化学性质很不活泼，不与任何物质发生反应B纯净的氮气是不溶于水的无色气体，无毒无味且比空气略重C一定条件下氮气与氢气发生化合反应生成氨，反应中N2表现还原性D氮气常用作焊接金属的保护气，是利用氮气化学性质的不活泼性D氮气的化学性质不活泼，可用作焊接金属的保护气。2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应B氮气比空气轻，且不溶于水C氮分子中两个氮原子间结合得很牢固，分子结构稳定D氮气无氧化性，也无还原性，不与其他物质反应CN2性质稳定，但在高温下可与Mg、Al、H2等物

8、质反应表现出氧化性，与O2在放电条件下反应表现出还原性，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。3(素养题)大家在吃薯条等膨化食品时，会发现袋子里东西并不多却鼓鼓囊囊的，袋子里填充的是食品级的氮气而非空气。主要作用有三个方面：延长食品的保质期；可以抵御外界潮气的侵入；保护食品不被压碎。下列关于N2性质的叙述中错误的是()A氢气在氮气中能燃烧B氮气既具有氧化性，又具有还原性C将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定D氮气与氧气在一定条件下反应生成一氧化氮AN2不是助燃气体，N2与H2化合需在高温、高压、催化剂的条件下进行。氮氧化物的性质中国汽车

9、销量增长幅度很大，同时也带来了空气污染。汽车尾气转化装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。1汽车尾气的主要污染物包括哪些？提示：汽油不完全燃烧生成CO，放电条件下氮气与氧气反应生成NO，部分NO与氧气反应生成NO2，故汽车尾气的主要污染物为CO、NO2、NO等。2由图分析写出汽车尾气转化装置里发生的反应。在反应中氮的氧化物分别表现什么性质？提示：由图中进出的物质可知，发生反应为2NOO2=2NO2、2NO24COeq o(=,sup8(催化剂)4CO2N2，第一个反应中NO表现还原性，第二个反应中NO2表现氧化性。3由图可以推出NO和O2必须在催化剂表面才能反应吗？提示：NO和

10、O2在空气中就能迅速反应生成NO2。4汽车尾气的排放有哪些危害？提示：汽车尾气被人吸收造成伤害，排入大气会引起光化学烟雾、硝酸型酸雨等。NO、NO2性质比较物质NONO2色、态、味、毒性无色、无味、有毒气体红棕色、有刺激性气味、有毒气体水溶性不溶于水易溶于水与氧气反应2NOO2=2NO2不反应与水反应不反应3NO2H2O=2HNO3NO(自身氧化还原)与氧气、水同时作用4NO3O22H2O=4HNO34NO2O22H2O=4HNO3氧化性有氧化性，但通常情况下表现出还原性强氧化性，在溶液中生成硝酸，能氧化S2、I、Fe2等离子对环境的影响有毒，大气污染物之一有毒，大气污染物之一1NO不能和碱反

11、应，是不成盐化合物；NO2和碱反应化合价发生了变化，所以二者均不是酸性氧化物。2N2和O2反应，不管量和条件如何变化，均只能生成NO。1下列对NO、NO2的描述中正确的是()ANO是酸性氧化物BNO2可用排水法收集，且可由N2和O2直接化合而得到CNO、NO2在一定条件下可相互转化，且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物D一氧化氮在反应中只能作还原剂CNO不与碱反应，不是酸性氧化物，故A项错误；NO2与水反应：3NO2H2O=2HNO3NO，N2与O2在放电的条件下反应生成NO，故B项错误；NO与O2发生反应：2NOO2=2NO2，NO2与H2O反应生成NO，光化学烟雾主要是由NOx引起的，故C

12、项正确；NO中氮的化合价为2价，既可升高又可降低，既可作氧化剂又可作还原剂。2下列关于一氧化氮的叙述正确的是()A一氧化氮是一种红棕色的气体B常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合C一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到D一氧化氮易溶于水，只能用向上排空气法收集CNO难溶于水，易与O2化合，不能用排空气法收集。3对3NO2H2O=2HNO3NO反应，下列说法正确的是()A氧化剂与还原剂的质量比为12B氧化产物与还原产物的物质的量之比为12CNO2是氧化剂，H2O是还原剂D在反应中若有6 mol NO2参与反应时，有3 mol电子发生转移A氧化剂、还原剂均为NO2，HNO3为氧化

13、产物，来源于还原剂，NO为还原产物，来源于氧化剂，故氧化剂、还原剂质量比为12。某山谷经常电闪雷鸣、雷雨交加，但树木、灌木、草等植被非常茂密，很少有人敢进入这个山谷。你能解释该山谷的植被茂密的原因吗？提示：植物生长需要氮肥，N2在雷电的作用下发生一系列变化：N2O2eq o(=,sup8(放电)2NO2NOO2=2NO23NO2H2O=2HNO3NOHNO3与土壤成分反应，产生硝酸盐，被植物吸收，所以经常有雷电的地方，植被生长的茂盛。通过本情境素材中对自然现象的观察、解释，提升了学生探究事物内在原理的认识能力，培养了学生对待事物变化的科学态度。1(素养题)下列关于自然界中氮循环(如下图)的说法

14、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AA项，人工固氮合成氨反应中，氮元素的化合价降低被还原，错误；B项，工业合成氨属于人工固氮，正确；C项，硝酸盐转化为蛋白质及经动物消化使蛋白质转化为氨气和铵盐，实现了含氮无机物和含氮有机物的相互转化；并且碳、氢、氧三种元素也参加了氮的循环，C正确，D正确。2下列关于氮气的说法中，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BN2不能在O2中燃烧，与O2在放电时反应生

15、成NO。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DNO2是红棕色，A不正确；NO2易溶于水，B不正确；NO、NO2均不是酸性氧化物，C不正确；氮的氧化物均是大气污染物，D正确。4一定条件下，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()A.eq f(1,4)B.eq f(3,4)C.eq f(1,8) D.eq f(3,8)C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4NO3O22H2O=4HNO34 mol 3 mol设初始时NO和O2的物质的量均为4 mol，则4 mol NO反应掉3 mol O2，还剩余1 mol