鲁科版高中化学必修第一册第3章物质的性质与转化第3节氮的循环课件

1.自然界中氮的循环

第３节氮的循环知识点1

自然界中氮的循环必备知识清单破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,再根据需要把氨转化成其他含氮化合物(如铵

盐、硝酸等)。(2)化石燃料燃烧、农作物的秸秆燃烧等所产生的氮氧化物通过大气进入土壤和水体,参与

氮的循环。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)方式:自然固氮和人工固氮。自然固氮有生物固氮和闪电固氮两种途径。2.氮气(1)物理性质无色、无味的气体,在标准状况下密度比空气略小,难溶于水。(2)化学性质通常状况下,氮气的化学性质不活泼,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。①N2与O2的反应(N2表现还原性):N2+O2

2NO。知识点2氮循环中物质的性质及物质之间的转化②N2与H2的反应(N2表现氧化性):N2+3H2

2NH3。3.氮的氧化物(1)NO的性质NO是无色、难溶于水的气体;常温下NO与空气中的氧气迅速化合,生成NO2:2NO+O2

2NO2。NO结合血红蛋白的能力比CO还强,更容易造成人体缺氧。(2)NO2的性质NO2是红棕色、有刺激性气味的有毒气体,易溶于水;NO2与水反应生成硝酸和一氧化氮:3NO

2+H2O

2HNO3+NO。(3)氮氧化物的相互转化及相关计算(详见定点1)知识拓展

(1)NO和NO2都是有毒气体,NO结合血红蛋白的能力强于氧气,也比CO强,更容易

引起人体缺氧。(2)用水洗法可除去NO中的NO2杂质。4.氨和铵盐(1)氨①物理性质氨是无色、有刺激性气味的气体,易液化;在标准状况下密度比空气小,极易溶于水且能快速

溶解。②化学性质a.氨与水反应氨溶于水时能与H2O反应生成NH3·H2O:NH3+H2O

NH3·H2O。一水合氨可以部分电离出N

和OH-,使氨水显弱碱性:NH3·H2O

N

+OH-。

氨水受热有氨气逸出,化学方程式为NH3·H2O

NH3↑+H2O。b.氨与酸反应浓氨水与挥发性酸(如HCl、HNO3)反应,有白烟产生。氨与HCl反应的化学方程式为NH3+

HCl

NH4Cl。c.氨的还原性氨在催化剂(如铂等)存在的情况下与氧气反应生成一氧化氮:4NH3+5O2

4NO+6H2O。③NH3的实验室制法(详见定点2)④NH3的喷泉实验及原理(详见定点3)⑤用途氮循环中物质的性质及物质之间的转化(2)铵盐①铵盐:由铵根离子和酸根离子构成的盐。绝大多数铵盐是易溶于水的晶体。②铵盐的化学性质a.受热易分解,如NH4Cl

NH3↑+HCl↑、NH4HCO3

NH3↑+CO2↑+H2O。保存方法:密封、阴凉通风处保存。b.与强碱溶液反应:N

+OH-

NH3↑+H2O。③用途:用作氮肥。铵态氮肥不能与碱性物质如草木灰等混合施用。(3)铵根离子的检验5.硝酸(1)物理性质纯净的硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体,密度为1.5g·cm-3,易溶于水。(2)化学性质①酸性:具有酸的通性,但与金属反应不产生氢气。稀硝酸能使紫色石蕊试液变红,浓硝酸使

紫色石蕊试液先变红后褪色。②不稳定性:硝酸受热或见光分解会产生二氧化氮气体,反应的化学方程式为4HNO3

4NO2↑+O2↑+2H2O;硝酸越浓,越容易分解。长期存放的浓硝酸呈黄色,是由于HNO3分解产生的NO2溶于硝酸。实验室长期保存浓硝酸,可使用棕色试剂瓶,并放置在阴凉处。③强氧化性a.硝酸的氧化性很强,除金、铂、钛外的大多数金属都能被硝酸氧化。b.常温下,浓硝酸可使铁、铝钝化。c.与某些非金属单质反应,如C+4HNO3(浓)

CO2↑+4NO2↑+2H2O。d.硝酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合物或离子,如SO2、FeO、S

、Fe2+、S2-、I-等均能被HNO3氧化。注意事项

N

在离子共存问题中的特殊性:在中性或碱性的稀溶液中,N

无氧化性,当水溶液中有大量H+存在时,N

就表现出强氧化性。在H+、N

存在的溶液中不能大量存在S

、Fe2+、S2-、I-等还原性离子,且向溶液中投入铁、铝等活泼金属不会放出氢气。(3)用途硝酸是一种重要的化工原料,可用于制造炸药、染料、塑料和硝酸盐等。在实验室里,硝酸

是一种重要的化学试剂。(4)守恒思想在硝酸与金属反应有关计算中的应用(详见定点4)1.含氮物质的来源及危害

知识点3人类活动对氮循环和环境的影响2.减少人类活动对氮循环和环境影响的措施(1)控制进入大气、土壤和水体中含有氮元素的物质的量。(2)增强生态系统对含有氮元素的物质的吸收能力。1.大豆的根瘤菌将空气中的N2转化为植物蛋白质属于氮的固定,这种说法正确吗?(

)将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程属于氮的固定。2.NO2溶于水时生成HNO3,所以NO2是酸性氧化物,这种说法正确吗?(

)NO2与水反应生成NO和HNO3,所以NO2不是酸性氧化物。3.实验室收集NO,既可以用排水法又可以用排空气法,这种说法正确吗?(

)NO能与O2反应,所以不能用排空气法收集。4.氨气、液氨、氨水是同一物质,这种说法正确吗?(

)氨水是氨气的水溶液,属于混合物;氨气、液氨都是由氨分子构成的纯净物,属于

同一种物质。5.可用浓硫酸或无水氯化钙对氨气进行干燥,这种说法正确吗?(

)氨气是碱性气体,能被浓硫酸吸收;氨气也能与氯化钙反应。知识辨析判断正误，正确的画“√”，错误的画“✕”。√✕✕✕✕提示提示提示提示提示1.氮的氧化物与O2、H2O反应主要反应的化学方程式:2NO+O2

2NO2、3NO2+H2O

2HNO3+NO。当体系中同时存在氮氧化物、O2和H2O时,最终反应结果可表示为4NO+3O2+2H2O

4HNO3、4NO2+O2+2H2O

4HNO3。2.氮的氧化物与氧气混合后通入水中的计算(1)NO2和O2的混合气体通入水(足量)中时,反应可表示为4NO2+O2+2H2O

4HNO3。情况分析见下表:关键能力定点破定点1氮氧化物的相互转化及相关计算气体比例剩余气体情况V(NO2)∶V(O2)=4∶1恰好反应,无气体剩余V(NO2)∶V(O2)<4∶1剩余氧气V(NO2)∶V(O2)>4∶1NO2过量,剩余气体为NO,且NO体积为过量

NO2体积的

(2)NO和O2的混合气体通入水(足量)中时,反应可表示为4NO+3O2+2H2O

4HNO3。情况分析见下表:气体比例剩余气体情况V(NO)∶V(O2)=4∶3恰好反应,无气体剩余V(NO)∶V(O2)<4∶3剩余氧气V(NO)∶V(O2)>4∶3剩余NO(3)NO、NO2、O2的混合气体通入水(足量)中的计算方法一:先将NO和O2转化为NO2,再按上述各种情况分别处理;也可先将NO2和H2O反应转化

为NO,再按上述各种情况分别处理。方法二:原子守恒法在4NO+3O2+2H2O

4HNO3、4NO2+O2+2H2O

4HNO3反应中,4NO+3O2和4NO2+O2从组成上均相当于2N2O5,都与反应N2O5+H2O

2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。N(N)∶N(O)

典例充满NO2和O2混合气体30mL的试管倒立于水中,最终试管中剩余5mL气体,则原试管中

NO2和O2的体积比可能是

(

)A.1∶1B.3∶1C.5∶1D.9∶1思路点拨

最终试管中剩余的5mL气体可能是O2,也可能是NO,据此结合相关计算确定原试

管中NO2和O2的体积比(相同条件下气体的体积比等于物质的量之比)。解析

若O2过量,则剩余的5mL气体为O2,根据反应4NO2+O2+2H2O

4HNO3可知,原试管中NO2的体积为(30mL-5mL)×

=20mL,O2的体积为30mL-20mL=10mL,则NO2和O2的体积比为20mL∶10mL=2∶1;若NO2过量,先发生反应4NO2+O2+2H2O

4HNO3①,后发生反应3NO2+H2O

2HNO3+NO②,剩余5mL为NO,由反应②可知,发生反应①后NO2剩余5mL×3=15mL,原试管中O2的体积为(30mL-15mL)×

=3mL,NO2的体积为30mL-3mL=27mL,则NO2和O2的体积比为27mL∶3mL=9∶1;故选D。答案

D1.氨气的实验室制法(用氯化铵与熟石灰反应制备)(1)制备原理:2NH4Cl+Ca(OH)2

CaCl2+2NH3↑+2H2O。(2)实验装置

(3)收集方法:通常用向下排空气法收集。(4)验满:①将湿润的红色石蕊试纸放置在试管口附近,若试纸变蓝,说明已经收集满。②将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口,若有白烟生成,说明已经收集满。定点2氨气的实验室制法(5)干燥:用碱石灰干燥,装置如图所示。(6)尾气处理为避免污染空气,多余的氨气一定要吸收掉(可在收集的试管口放一团用水或稀硫酸浸湿的

棉花)。在尾气吸收过程中要注意防止倒吸,常采用的防倒吸装置有以下几种(CCl4是一种常

用的有机溶剂,密度比水的大,不与NH3或H2O发生反应):2.实验室快速制取氨气的方法气体发生装置如下:

方法原理加热浓氨水NH3·H2O

NH3↑+H2O(NH3·H2O不稳定,受热易分解)浓氨水+NaOH固体NaOH固体溶于水放热,促进NH3·H2O分解放出NH3浓氨水+CaO固体CaO固体与水反应,放出大量的热,导致温度升高,使得氨气在水中的溶解度进一步减小,使NH3·H2O分解放出NH3浓氨水+碱石灰CaO固体与水反应、NaOH固体溶于水都放出大量的热,导致温度升高,使得氨气在水中的溶解度进一步减小,使NH3·H2O分解放出NH31.NH3的喷泉实验定点３NH3的喷泉实验及原理实验装置

实验操作如图所示,打开止水夹,挤压胶头滴管的胶头,烧杯中的溶液由玻璃管进入烧瓶,形成红色喷泉原理烧瓶内气体与液体接触→气体溶解或发生化学反应→烧瓶内压强减小→外部液体迅速进入形成喷泉实验关键①气体和烧瓶要干燥;②气体要充满烧瓶;③装置气密性良好知识拓展常见气体与吸收剂的组合气体HCl、HBrNH3CO2、SO2吸收剂水或NaOH溶液水或盐酸NaOH等碱的溶液组合时的条件气体在液体中的溶解度很大或与液体发生反应,使气体的物质的量

迅速减小,产生足够的压强差2.常见的喷泉实验装置

甲

乙

丙(1)图甲装置形成“喷泉”是因为烧瓶内气体极易溶于烧杯和胶头滴管中的液体或与烧杯和

胶头滴管中的液体反应,使烧瓶内的压强迅速减小而产生压强差,烧杯中的液体被压入烧瓶

内形成“喷泉”。(2)图乙装置形成“喷泉”可采用使烧瓶受热的方法,瓶内气体膨胀,打开止水夹,止水夹下部

导管中的空气受热排出,烧瓶内气体与液体接触溶解(或反应),使烧瓶内压强减小产生压强差

而形成“喷泉”。(3)图丙装置下部锥形瓶内的物质反应产生气体(或锥形瓶中液体受热挥发出气体),使锥形瓶内气体压强增大而产生压强差,打开止水夹,锥形瓶中液体被压入烧瓶中形成“喷泉”。1.原子守恒法HNO3与金属反应时,一部分HNO3体现酸性,以N

的形式存在于溶液中,一部分HNO3体现氧化性,转化为还原产物,这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物

质的量。2.得失电子守恒法HNO3与金属反应时,HNO3中氮原子得到电子的总物质的量等