2024-2025学年新教材高中化学第3章物质的性质与转化第3节第1课时自然界中氮的循环氮的固定学案鲁科版必修1

PAGE7-第1课时自然界中氮的循环氮的固定[学习目标]1．了解氮循环的基本过程，相识氮循环中的重要物质以及人类活动对氮循环的影响，树立环保意识。2．知道氮气在肯定条件下能够与氧气、氢气反应，了解氮的固定的相关学问。3．了解NO、NO2的物理及化学性质。(重点)授课提示：对应学生用书第61页一、自然界中氮的循环1．自然界中氮的循环2．人类活动的影响(1)氮气eq\o(→,\s\up7(化学方法))氨→氮肥、硝酸等含氮化合物。(2)燃烧反应产生的氮氧化物参与氮的循环。二、氮的固定1．氮气(1)物理性质：无色无味的气体，难溶于水。(2)化学性质：通常状况下，化学性质不活泼。2．氮的固定(1)定义：使空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。(2)分类。eq\a\vs4\al(氮,的,固,定)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(自然固氮\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(高能固氮N2＋O2\o(=,\s\up7(放电))2NO,生物固氮豆科植物的根,瘤菌固氮)),人工固氮\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(工业合成氨,仿生固氮))))留意：含氮化合物之间的转化不属于氮的固定。3．一氧化氮(1)无色、难溶于水的气体；(2)结合血红蛋白的实力比CO强，毒性较大；(3)是一种“信使分子”；(4)常温下与空气中的氧气快速化合。2NO＋O2=2NO2。4．二氧化氮(1)红棕色有刺激性气味的有毒气体，易溶于水；(2)能使多种织物褪色，有腐蚀作用；(3)与水反应3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。留意：NO2不是酸性氧化物。■多维思索·自主预习1．下列说法不正确的是()A．豆科植物通过根瘤菌汲取空气中的氮是化学改变B．汽车尾气中排放的氮氧化合物是由游离态氮转化来的C．化石燃料燃烧通常不释放出氮氧化合物D．植物秸秆燃烧时放出氮氧化合物，参与了氮的循环答案：C2．在通常状况下，氮气很稳定，这句话是指氮气的()A．物理性质 B．化学性质C．物理改变 D．化学改变答案：B3．下列反应中氮元素只发生还原反应的是()A．N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放电))2NOB．2NO＋O2=2NO2C．N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3D．3NO2＋H2O=2HNO3＋NO答案：C4．一氧化氮对SARS病毒的抑制作用明显。下列关于NO的说法正确的是()A．NO是酸性氧化物B．NO只能通过人工合成C．NO是大气污染物，会形成酸雨D．NO可以用向下排空气法收集答案：C5．下列反应属于氮的固定的是()A．工业合成氨B．由氨气制备碳酸氢铵C．铜与浓硝酸反应产生NO2D．NH4Cl与Ca(OH)2反应生成NH3答案：A授课提示：对应学生用书第62页要点一自然界中氮的循环1．自然界中氮的循环2．人类活动的影响(1)氮气eq\o(→,\s\up7(合成氨))氨→氮肥、硝酸等含氮化合物。(2)燃烧反应产生的氮氧化物参与氮的循环。3．预料下列物质的氧化性、还原性物质NH3N2NONO2HNO3N化合价－30＋2＋4＋5预料性质还原性氧化性还原性氧化性还原性氧化性还原性氧化性[探究应用]下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是()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、氧三种元素也参与了氮循环答案：A要点二氮气从元素化合价分析氮气具有既有氧化性又有还原性(填“氧化性”“还原性”或“既有氧化性又有还原性”)，从分类的角度分析氮气可能具有的性质：与金属单质反应，与某些非金属单质反应。1．化学性质(1)N2＋H2：N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3。(表现了氧化性)应用：工业上制氨气可逆反应：在相同条件下能同时向正反两个方向进行的反应。(2)N2＋O2：N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放电))2NO。(表现了还原性)2．氮的固定(1)定义：使游离态的氮转化为含氮化合物的过程。(2)分类：氮的固定eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(自然固氮\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(高能固氮,生物固氮)),人工固氮\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(合成氨,仿生固氮))))说明：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NHeq\o\al(＋,4)、NOeq\o\al(－,3)。3．氮气的用途(1)化学性质稳定——做粮食、瓜果、焊接金属的爱护气。(2)不燃烧、不支持燃烧——灭火。(3)与H2反应生成氨气——制造硝酸、氮肥的原料。(4)液态温度低、性质稳定、无毒——做冷冻麻醉剂。4．工业制法空气中含有大量的氮气，空气是工业制取氮气的主要原料，生产方法主要是分别液态空气，并制得液氧。[问题探究]1．试验室收集N2的方法是什么？为什么？答案：只能用排水法收集，不能用排空气法。N2的密度与空气接近，试验室只能用排水法收集。2．2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2H2↑＋O2↑和2H2＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2H2O是否属于可逆反应？CO2＋H2O=H2CO3和H2CO3=CO2↑＋H2O是否属于可逆反应？答案：可逆反应必需满意“两同”：①相同条件；②正反方向同时进行。2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2H2↑＋O2↑和2H2＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2H2O不是可逆反应，因为反应的条件不同；CO2＋H2O=H2CO3和H2CO3=CO2↑＋H2O是可逆反应，因为在相同的条件下，同时进行。[题组过关]推断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)试验室可用排空气法收集N2。()(2)N2在通常状况下与O2反应生成NO2。()(3)含成氨反应属于自然固氮中的高能固氮。()(4)N2与H2反应时，N2做氧化剂；N2与O2反应时，N2做还原剂。()(5)游离态氮转化成化合态氮时，氮元素被氧化。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×要点三氮的氧化物1．常见氮的氧化物有：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5。2．NO、NO2的收集方法及相互转化NONO2收集方法排水法向上排空气法转化NOeq\o(→,\s\up7(O2))NO2NO2eq\o(→,\s\up7(H2O))NO[问题探究]1．请写出NO2与H2O反应的离子方程式，标出电子转移的方向及数目，并指出反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比。答案：2．如何除去NO中的NO2?答案：将气体通过盛有水的洗气瓶。3．放电条件下，N2和过量氧气反应的产物是什么？NO2能不能由单质干脆化合而成？答案：放电条件下N2和O2反应的产物是NO，NO与过量的氧气反应生成NO2；NO2不能由单质干脆化合而成。[归纳总结]1．氮氧化物与O2、H2O反应的计算NO2和O2的混合气体溶于水时，依据反应：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3若NO2有剩余，再依据3NO2＋H2O=2HNO3＋NO2．NO和O2同时通入水中时，此时的反应为：4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3[题组过关]1．用排水法收集12mLNO于试管中，然后向倒立于水槽中的该试管内间歇地通入O2共12mL。下面的说法中，正确的是()A．剩余NOB．剩余NO2C．试管中气体为红棕色D．试管内气体先变为红棕色，后红棕色消逝，反复几次，最终剩余无色气体解析：向NO中间歇通入O2发生的反应为：2NO＋O2=2NO2①3NO2＋H2O=2HNO3＋NO②由①×3＋②×2得：4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3，等体积的NO和O2反应最终剩余O2。答案：D2．标准状况下，将NO2和O2按体积比4∶3混合后充入干燥烧瓶中，然后将烧瓶倒立于水中使混合气体充分反应，则烧瓶内溶液中溶质的物质的量浓度为()A.eq\f(1,22.4)mol·L－1B.eq\f(1,39.2)mol·L－1C.eq\f(1,28)mol·L－1D.eq\f(4,5)mol·L－1解析：此类题目可用赋值法来解。设烧瓶的体积为1L，因V(NO2)∶V(O2)＝4∶3，故在1L混合气体中V(NO2)＝eq\f(4,7)L，V(O2)＝eq\f(3,7)L。烧瓶中残留O2的体积：eq\f(3,7)L－eq\f(1,7)L＝eq\f(2,7)L，故溶液充溢烧瓶体积的eq\f(5,7)。所以c(HNO3)＝(eq\f(4,7)×eq\f(1,22.4))mol÷eq\f(5,7)L＝eq\f(1,28)mol·L－1。答案：C学科素养培育(十七)——改变观念授课提示：对应学生用书第64页[培育方向]能多角度、动态地分析化学反应，运用化学反应原理解决实际问题。[素养特训]如图所示，向盛有3.0mLNO的试管中缓缓通入1.5mLO2(全部气体体积均在标准状况下测定)。试回答下列问题：(1)写出视察到的现象(可不写满，也可补充)：①________________________________________________________________________。②________________________________________________________________________。③________________________________________________________________________。(2)最终试管中剩余的气体是________，其体积为________。解析：(1)NO遇O2快速反应生成NO