高中化学必修1：3.3.1 自然界中的氮循环　氮气与氮氧化物

高中化学必修课程PAGEPAGE1第3节氮的循环第1课时自然界中的氮循环氮气与氮氧化物[核心素养发展目标]1.了解自然界中的氮循环，认识氮循环中的物质及其相互转化在生产生活中的应用和对生态环境的影响，增强社会责任意识。2.通过雷电固氮实验、NO和NO2的性质实验，认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动。一、自然界中的氮循环1.自然界中氮元素循环示意图2.氮循环中涉及许多含氮物质，请填写下表：含氮物质N2NH3NH4HCO3NONO2HNO3KNO3氮元素价态0－3－3＋2＋4＋5＋5物质类别单质氢化物铵盐氧化物氧化物含氧酸硝酸盐(1)自然界中氮的存在形式多种多样，除N2、NH3、NOx、铵盐、硝酸盐等无机物外，还能以蛋白质等有机物的形式存在。(2)氮的循环中氮元素可被氧化，也可被还原，判断的依据主要是看反应过程中氮元素化合价的变化情况。3.氮循环中含氮物质有多种形式的转化，有的对人类生产生活有益，有的则产生了负面作用，请举例说明。[答案]对人类有益的有：游离态的氮转化为化合态的氮，被作物吸收等。对人类有害的有：工业废气、汽车尾气中的氮氧化物会造成大气污染等。工厂废液、生活废水中的氮元素对水体造成污染。二、氮气和氮氧化物1.氮气(1)氮气的性质通常状况下，氮气是无色、无味、无毒的气体。密度比空气的稍小，难溶于水。氮气分子的结构稳定，其化学性质不活泼。在一定条件下能与某些物质发生反应：①与O2反应：N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放电))2NO(可解释汽车尾气中含有NO)。②与H2反应：N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3(工业合成氨，为可逆反应)。③与Mg反应：N2＋3Mgeq\o(=,\s\up7(点燃))Mg3N2(镁在空气中燃烧可能的产物)。氮元素是多价态元素，氮气中氮元素呈0价，处于中间价态，故氮气既有氧化性(与H2反应)，又有还原性(与O2反应)。(2)氮的固定(3)氮气的主要用途①氮气常做焊接金属、充填灯泡，保存食品的保护气；②氮气是合成氨、制硝酸的重要原料；③液氮可用作制冷剂，应用于医学、科技等领域。2.氮的氧化物(1)不同价态的氮的氧化物氮的氧化物N2O(笑气)NON2O3NO2N2O4N2O5氮元素化合价＋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中氮元素的化合价都是＋4价。(2)一氧化氮的性质①无色无味的有毒气体，难溶于水。②具有还原性，在空气中易被氧化：2NO＋O2=2NO2。③具有弱氧化性：6NO＋4NH3eq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))5N2＋6H2O。(3)二氧化氮的性质①红棕色有刺激性气味的有毒气体。②易溶于水且与水反应：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。③具有强氧化性：能与SO2反应，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。④能与碱溶液反应：2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O。⑤自身二聚：2NO2N2O4(无色气体)。(1)NO虽易与O2化合，但N2与O2反应时，不论O2是否足量，其一步反应都只能得到NO，不能生成NO2()(2)由于NO极易与O2反应，并且其密度与空气相差不多，因此收集NO只能用排水法()(3)由于NO2极易与水反应且密度比空气大，因此收集NO2只能用向上排空气法()(4)NO2能与碱反应生成硝酸盐、亚硝酸盐和水，NO2是酸性氧化物()(5)NO和NO2都是大气污染物()[答案](1)√(2)√(3)√(4)×(5)√NO和NO2性质比较NONO2色、味、态无色无味气体红棕色有刺激性气味气体溶解性不溶于水易溶于水且与水反应氧化物类别非酸性氧化物(不成盐氧化物)非酸性氧化物(不成盐氧化物)氧化还原性既有氧化性又有还原性，主要表现强还原性既有氧化性又有还原性，主要表现强氧化性毒性有毒(易结合血红蛋白使人中毒)有毒(刺激腐蚀呼吸道黏膜)相互转化NOeq\o(,\s\up7(O2),\s\do5(H2O))NO23.实验探究——模拟工业生产硝酸的原理实验装置实验步骤(1)将充满NO2的试管倒置于水槽中(2)向(1)中充分反应后的试管中缓慢地通入O2实验现象红棕色气体逐渐变为无色气体；气体体积逐渐减小，试管内液面上升；试管内液面最终上升至试管容积的eq\f(2,3)处无色气体先变成红棕色，后逐渐变为无色，试管内液面上升，持续通入适量O2，试管内可充满水反应方程式3NO2＋H2O=2HNO3＋NO2NO＋O2=2NO2、3NO2＋H2O=2HNO3＋NO总反应方程式4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3(1)工业上用水吸收NO2制取硝酸的反应过程中，常需要不断地补充一些空气，其目的是什么？提示使生成的NO再氧化为NO2，NO2溶于水又生成HNO3和NO。经过多次的氧化和吸收，NO2可以比较完全地被水吸收，能够尽可能多地转化为硝酸。(2)俗话说“雷雨发庄稼”，试说出其中的原理，写出反应的化学方程式。提示雷电发生时，N2和O2化合生成NO，NO迅速被氧化为NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3跟土壤作用生成硝酸盐，NOeq\o\al(－,3)可被植物吸收。N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放电))2NO,2NO＋O2=2NO2,3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。1.氮的循环在自然界元素的循环中具有重要的意义，有些氮的转化是从氮气转化为含氮的化合物，有的转化发生在含氮的化合物之间。下列过程中，以游离态的氮为原料，最终产生含氮的化合物的是()A.汽车尾气中的氮氧化物形成酸雨B.硝化细菌的硝化过程C.动物尸体腐烂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与水反应生成硝酸的缘故；硝化细菌的硝化过程是将氨或铵盐转化成硝酸盐；动物尸体腐烂是从高分子有机氮到小分子有机氮的过程；豆科植物的根瘤菌固氮过程是在固氮酶的作用下将氮气转化为含氮的化合物。2.(2019·唐山高一调研)下列化学反应中属于氮的固定的是()A.N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放电))2NOB.O2＋2NO=2NO2C.H2O＋3NO2=NO＋2HNO3D.4NH3＋5O2eq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))4NO＋6H2O[答案]A3.生物固氮是指()A.植物从土壤中吸收含氮养料B.豆科植物的根瘤菌将氮气转变为氮的化合物作为养料吸收C.将氮转变为硝酸及其他氮的化合物D.反硝化细菌将硝酸转变为氮气放出[答案]B4.通常情况下，下列各组物质混合，不能发生化学反应的是()A.H2O和NO2 B.N2和H2C.NO和O2 D.NO2和SO2[答案]B5.可用于区别溴蒸气和NO2气体的试剂是()A.淀粉碘化钾溶液 B.FeCl2溶液C.AgNO3溶液 D.NaOH溶液[答案]C[解析]用AgNO3溶液检验，能产生浅黄色沉淀的为溴蒸气。6.(2018·江苏淮阴中学期中)下列关于氮的氧化物的叙述正确的是()A.氮的氧化物只有NO、NO2B.氮的氧化物均为红棕色气体C.氮的氧化物均有毒D.氮的氧化物在空气中能稳定存在[答案]C[解析]氮的氧化物包括NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等，A项错误；NO、N2O4等均为无色气体，B项错误；氮的氧化物均有毒，C项正确；NO在空气中易被O2氧化为NO2，D项错误。7.将充满NO2和O2的量筒倒立于盛有水的水槽中，经过一段时间后，水上升到量筒体积的一半处停止，则剩余气体的成分是()A.NO2B.NOC.O2D.NO或O2[答案]C[解析]设量筒体积为VL，剩余eq\f(V,2)L的气体可能是NO或O2。①若气体为NO，根据反应3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，则过量NO2为eq\f(3V,2)L，不合题意。②若气体为O2，则有eq\f(V,2)LNO2与O2发生反应4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，符合题意。8.(2018·郑州高一检测)以下是氮循环的一部分：(1)反应②的化学方程式是________________________________________________。(2)NO2易溶于水并和水发生化学反应，该反应中氧化剂是________。(3)化合物A的化学式是________。(4)治理汽车尾气的一种方法是用催化剂使NO与CO发生反应：2NO＋2CO=2CO2＋N2，当生成1molN2时，被还原的NO为________mol。[答案](1)2NO＋O2=2NO2(2)NO2(3)HNO3(4)2[解析](1)反应②是NO与氧气化合生成NO2，反应的化学方程式是