氮的循环（学生版）

学而优·教有方PAGEPAGE1第09讲氮的循环第09讲氮的循环目标导航目标导航1.通过了解自然界中氮循环的基本过程，认识氮循环过程中的重要物质，并了解含氮物质的相互转化在生产、生活中的应用及对生态环境的影响，增强科学态度与社会责任。2.通过实验探究和真实情境，了解氮气、一氧化氮和二氧化氮的性质，培养科学探究和创新意识。3.能从物质的类别、氮元素价态的角度，预测氨气、铵盐的性质与转化，掌握氨气、铵盐的物理性质和化学性质，提高宏观辨识与模型认知能力。4.能够根据氨气、铵盐的性质提出探究问题，并会设计实验探究氨气的制法、铵根离子检验等，培养科学探究与创新意识。5.能从物质类别、氮元素的价态的角度预测分析硝酸的性质，促进证据推理和模型认知化学核心素养的发展。6.了解硝酸对人类发展的贡献，了解人类活动对氮循环和环境的影响，增强节约资源、保护环境的可持续发展的意识。知识精讲知识精讲一、自然界中的氮循环氮气1．自然界中氮的循环(1)自然循环(2)人类活动的影响①氮气eq\o(→,\s\up7(化学方法))→含氮化合物(如铵盐、硝酸等)；②燃烧产生的参与氮的循环。2．氮的固定(1)含义：将空气中的氮转化为的过程。(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N2＋O2\o(=,\s\up11(放电))2NO,生物固氮豆科植物根瘤菌固氮)),人工固氮\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(合成氨N2＋3H2\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do4(催化剂))2NH3,仿生固氮))))3．氮气(1)物理性质颜色状态气味密度溶解性比空气溶于水(2)化学性质①稳定性在通常状况下，氮气的化学性质不活泼，很难与其他物质发生反应。②还原性a．实验探究：实验装置实验操作现象硬质玻璃管内充入N2和O2，然后给硬质玻璃管两端的电极上通电，在硬质玻璃管内能产生火花气体颜色由变为b．结论：在放电条件下，N2与O2反应生成NO，NO立即被氧化为NO2，化学方程式为N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放电))2NO、2NO＋O2=2NO2。③氧化性N2和H2反应生成NH3，化学方程式：N2＋3H2eq\o(,\s\up11(高温、高压),\s\do4(催化剂))2NH3。Mg在N2中燃烧反应生成Mg3N2，化学方程式：N2＋3Mgeq\o(=,\s\up7(点燃))Mg3N2。二、氮的氧化物1．氮的氧化物种类化合价＋1＋2＋3＋4＋5对应氧化物2.NO和NO2(1)物理性质物质NONO2颜色毒性有毒有毒溶解性气味气味(2)化学性质①实验探究实验装置实验操作现象向充满NO气体的试管中通入O2气体颜色由逐渐变为向充满NO2气体的试管中注入水气体逐渐减少，颜色由变为，得到溶液②结论：在一定条件下，NO和NO2可以相互转化a．NO→NO2：2NO＋O2=2NO2(NO表现)。b．NO2→NO：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO(NO2既表现，又表现)。(3)NO、NO2的其他性质①②三、氨的转化1．氨气的物理性质颜色状态气味密度溶解性沸点气体气味空气溶于水，1体积水能溶解体积的氨气沸点易2.氨气的化学性质(1)实验探究：预期转化NH3→NH3·H2ONH3→NH4Cl实验试剂及装置操作打开止水夹，挤压滴管的胶头撤去玻璃片现象烧杯中的溶液由玻璃管进入烧瓶，形成，瓶内液体呈集气瓶中产生大量结论NH3极易溶于水，水溶液呈碱性NH3和HCl反应生成白色NH4Cl小颗粒实验总结：(2)从氮元素化合价预测NH3的性质①NH3中N元素化合价为价，处于价态，因此NH3具有。②写出下列转化的化学反应方程式a．氨气与氧气在催化剂作用下生成NO：4NH3＋5O2eq\o(=,\s\up11(催化剂),\s\do4(△))4NO＋6H2O。b．氨气和氧化铜在加热条件下生成N2和Cu：2NH3＋3CuOeq\o(=,\s\up7(△))N2＋3Cu＋3H2O。(3)氨水的性质3．氨的用途(1)工业上：主要应用于氮肥工业和硝酸工业化学氮肥eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(铵态氮肥：主要成分含NH\o\al(＋,4),硝态氮肥：主要成分含NO\o\al(－,3),有机态氮肥：主要成分含有尿素[CONH22]))(2)生活中：NH3易液化，常用作制冷剂。四、氨的生成1．铵盐(1)物理性质颜色溶解性状态易溶于水(2)化学性质①实验探究预期转化铵盐(NHeq\o\al(＋,4))→氨气(NH3)实验装置及操作现象试管中固体，试纸变蓝固体，产生有气体，试管口有生成试管中有，试纸变蓝结论NH4HCO3分解产生NH4Cl分解产生NH4Cl和NaOH反应生成②氨盐的化学性质2．铵盐性质的应用(1)NHeq\o\al(＋,4)的检验①原理②操作方法取少量固体样品(或溶液)于试管中，加入溶液，加热，用靠近试管口(或将蘸有的玻璃棒靠近试管口)，试纸(或产生白烟)，则证明固体样品(或溶液中)含有NHeq\o\al(＋,4)。(2)氨的实验室制法五、硝酸1．硝酸的性质(1)实验探究实验装置及操作实验现象实验结论瓶口产生，闻到气味硝酸易挥发，有刺激性气味将稀硝酸注入试管中，Cu和稀硝酸缓慢反应，产生气体，在试管口变为，溶液铜与稀硝酸常温下缓慢反应生成气体反应剧烈，有气体产生，溶液变为铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成气体无明显现象发生(2)硝酸的物理性质颜色状态气味密度特性ρ(HNO3)>ρ(H2O)挥发(3)化学性质写出下列反应的化学方程式：①和金属反应a．浓硝酸和铜：Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。b．稀硝酸和铜：3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。c．稀硝酸和少量铁：Fe＋4HNO3(稀)=Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O。②和非金属反应a．浓硝酸和碳共热：C＋4HNO3(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。b．浓硝酸和硫共热：S＋6HNO3(浓)eq\o(=,\s\up7(△))H2SO4＋6NO2↑＋2H2O。③不稳定性：4HNO3eq\o(=,\s\up7(受热或光照))4NO2↑＋O2↑＋2H2O。2．硝酸用途及保存方法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，是实验室里重要的化学试剂，硝酸一般保存在试剂瓶里，并放置在阴凉处。对点训练对点训练题型一：氮气【例1】下列关于N2的说法错误的是A．通常情况下，N2的性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气B．氮气的电子式为C．N2的质量约占空气总质量的D．氮气的结构式为N≡N【变1-1】下列关于氮气的说法中，正确的是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．1molN2与3molH2完全反应生成2molNH3D．氮元素是活泼的非金属元素，氮气在化学反应中作氧化剂【变1-2】下列关于氮气的说法错误的是A．氮气在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸B．液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境C．利用氮气的稳定性，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气D．在高温高压、催化剂条件下与氢气反应时，氮气作还原剂题型二：氨气【例2】利用某分子筛作催化剂，可脱除废气中的NO和，生成两种无毒物质，其反应历程如图所示，下列说法正确的是A．反应过程中与之间的反应是氧化还原反应B．上述历程的总反应可表示为C．X和Y分别为和中的一种D．是反应过程中的催化剂【变2-1】下列关于氨气的叙述错误的是A．氨气极易溶于水B．氨气可以使湿润的蓝色石蕊试纸变红C．氨气容易液化，且液态氨在工业上常用作制冷剂D．可以用玻璃棒蘸取浓盐酸检验氨气的存在【变2-2】对于氨水的组成的叙述正确的是A．只含有氨分子和水分子B．只含有一水合氨分子和水分子C．只含有氨分子、水分子和一水合氨分子D．含有氨分子、水分子、一水合氨分子、铵根离子、氢离子和氢氧根离子题型三：氮的氧化物【例3】下列关于NO的说法正确的是A．NO是一种红棕色且难溶于水的气体B．等物质的量的NO和CO所含电子数相等C．NO只有氧化性，无还原性D．NO易与人体血红蛋白结合，使人中毒【变3-1】无色的混合气体甲，可能含NO、CO2、NO2、NH3、N2中的几种，将100mL甲气体经过图中实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则甲气体的组成为A．NH3、NO2、N2 B．NO、CO2、N2 C．NH3、NO2、CO2 D．NH3、NO、CO2【变3-2】绿水青山是习近平总书记构建美丽中国的伟大构想，某工厂拟综合处理含废水和工业废气(主要含N2、CO2、SO2、NO、CO，不考虑其他成分)，设计了如下流程：下列说法正确的是()A．固体1中主要含有CaCO3、CaSO3B．X可以是空气，且需过量C．捕获剂所捕获的气体主要是COD．处理含废水时，发生的反应为：＋5＋4H＋=6NO↑＋4H2O题型四：硝酸【例4】下列关于硝酸的说法正确的是A．硝酸与金属反应时，主要是+5价的氮得电子B．浓硝酸与浓盐酸按3:1的体积比混合，所得的混合物叫王水C．硝酸电离出的能被Fe等金属还原成D．常温下，向浓硝酸中投入Fe片，会产生大量的红棕色气体【变4-1】用以下三种途径来制取相同质量的硝酸铜：①铜跟浓硝酸反应；②铜跟稀硝酸反应；③铜跟氧气反应生成氧化铜，氧化铜再跟稀硝酸反应。以下叙述正确的是A．三种途径所消耗的铜的物质的量不相等B．三种途径所有耗的硝酸的物质的量相等C．所消耗铜的物质的量：途径③＞途径①＞途径②D．所消耗硝酸的物质的量：途径①＞途径②＞途径③【变4-2】如图表示与反应的量的关系，、、、四点中表示铜与稀硝酸反应中被还原的与的量的关系的点是A．点 B．点 C．点 D．点题型五：铵盐【例5】肥田粉是我国最早使用的氮肥，主要成分易溶于水，其水溶液呈弱酸性。有关的说法错误的是A．能与溶液反应 B．长期使用会导致土壤酸化C．能与溶液反应 D．其水溶液中的阳离子只有【变5-1】下列关于铵盐的说法中正确的是A．所有铵盐受热均可以分解，其产物中都有氨B．所有铵盐都易溶于水，所有铵盐中的N均呈-3价C．氯化铵溶液中加入烧碱浓溶液共热时反应的离子方程式为＋OH-NH3↑＋H2OD．氯化铵和氯化钠的固体混合物可用升华法分离【变5-2】下列有关铵根离子(NH)或铵盐的性质的叙述中，不正确的是A．溶液中NH和OH-在加热时可生成NH3B．铵盐受热分解均有生成NH3放出C．铵盐均易溶于水D．铵盐属于离子化合物提分特训提分特训【题1】汽车尾气装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示，下列说法正确的是·A．反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物B．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应D．催化转化总化学方程式为2NO+O2+4CO4CO2+N2【题2】一氧化氮是一种大气污染物，是吸烟、汽车尾气及垃圾燃烧等释放出的有害气体，但是这种最常见、最简单的气体小分子在生物体内却是一种重要的信使分子，具有保护心血管，降低血压等作用。下列关于NO的说法中错误的是A．NO是无色气体B．NO是汽车尾气的有害成分之一C．可以用向上排空气法收集NOD．NO在一定条件下也可作氧化剂【题3】如图为中学化学教材上的喷泉实验装置。在烧瓶中充满了干燥气体，胶头滴管及烧杯中分别盛有液体，下列各组中能形成这样的喷泉但液体不能充满烧瓶的是A．HCl和H2OB．以4∶1混合的NO2、O2混合气体和H2OC．NO2和H2OD．CO2和NaOH溶液【题4】下列各项属于自然固氮的是A．植物从土壤中吸收含氮肥料B．由合成氨制取氮肥C．豆科植物的根瘤菌将氮气转变成硝酸盐等含氮的化合物D．仿生固氮【题5】下列关于和的说法正确的是A．是红棕色气体，易溶于水，属于酸性氧化物B．可由和直接化合得到C．和均既可以用排空气法收集又可以用排水法收集D．和在一定条件下可以相互转化【题6】不仅化工生产应遵循绿色化学的原则，化学实验也应遵循绿色化学的原则，实现原料和过程的绿色化。下列实验或实验过程遵循绿色化学原则的是A．用过量的氯气进行性质实验B．用双氧水代替高锰酸钾制取氧气C．用溴水代替碘水进行萃取实验D．用铜粉代替铜丝进行Cu与浓硝酸的反应【题7】检验某晶体是否为铵盐时，将待测物取出少量放在试管中后A．加烧碱溶液，加热，用湿润的红色石蕊试纸在管口检验B．直接加热，用湿润的红色石蕊试纸在管口检验C．加烧碱溶液，加热，向试管中滴加紫色石蕊溶液D．加烧碱溶液，用湿润的红色石蕊试纸在管口检验【题8】发射卫星的运载火箭，其推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷出。引燃后产生的高温气体主要是CO2、H2O、N2、NO，这些气体均为无色，但在卫星发射场看到火箭喷出大量“红烟”，产生“红烟”的原因是A．高温下N2遇空气生成NO2B．NO遇空气生成NO2C．CO2与NO反应生成CO和NO2D．NO与H2O反应生成H2和NO2【题9】依据图中氮元素及其化合物的转化关系，判断下列说法不正确的是A．X是N2O5B．工业上以NH3、空气、水为原料生产硝酸C．可用排空气法收集NO气体D．由NH3→N2，从原理上看，NH3可与NO2反应实现【题10】对于某些离子的检验及结论一定正确的是A．加入稀盐酸产生无色气体，将气体通入澄清石灰水中，溶液变浑浊，一定含有COB．加入氯化钡溶液有白色沉淀产生，再加盐酸，沉淀不消失，一定有SOC．加入氢氧化钠溶液并加热，产生的气体能使湿润红色石蕊试纸变蓝，一定有NHD．加入碳酸钠溶液产生白色沉淀，再加盐酸白色沉淀消失，一定有Ba2+提分作业提分作业【练1】下列有关浓硝酸说法不正确的是A．实验室常用浓硝酸与金属锌反应制备氢气B．常温下浓硝酸能使金属铝钝化C．浓硝酸不稳定，见光易分解，需要避光保存D．浓硝酸易挥发，打开瓶塞，瓶口有白雾产生【练2】某无色混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的一种或几种。现将此混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，向剩余气体中通入空气，很快变为红棕色。下列对原混合气体成分的判断正确的是A．肯定只有SO2 B．肯定没有Cl2、O2和NO2C．可能有Cl2和O2 D．肯定只有NO【练3】足量铜与一定量的浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和、的混合气体(已换算成标准状况，不考虑与的转化)，这些气体与一定体积(标准状况下)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入4溶液至恰好完全沉淀，则消耗溶液的体积是，下列说法正确的是A．参加反应的硝酸是B．消耗氧气的体积为C．铜和浓硝酸反应过程中转移的电子为D．混合气体中含【练4】如图所示，用传感技术测定喷泉实验中的压强变化来认识喷泉实验的原理。下列说法正确的是A．制取氨氨气时烧瓶中的固体常用或B．喷泉实验结束后，发现水未充满三颈烧瓶，肯定是因为装置气密性不好C．关闭a，将单孔塞(插有吸入水的胶头滴管)塞紧颈口c，打开b，完成喷泉实验，电脑绘制三颈烧瓶内压强变化曲线如图乙，则E点时喷泉最剧烈D．工业上，若出现液氨泄漏，可通过喷水处理【练5】某装有红色溶液的试管，加热时溶液颜色逐渐变浅，则原溶液可能是①滴有酚酞的氨水②滴有酚酞的氢氧化钠溶液③溶有SO2的品红溶液④滴有酚酞的饱和氢氧化钙溶液A．①② B．①③ C．③④ D．①④【练6】已知氨气可以与灼热的氧化铜反应得到氮气和金属铜，用如图中的装置可以实现该反应。实验时C中粉末逐渐变为红色，D中出现无色液体。下列有关说法正确的A．装置C中氧化剂和还原剂的物质的量之比为2：3B．装置B中加入的物质可以是碱石灰或无水氯化钙C．装置D中液体可以使湿润的红色石蕊试纸变蓝D．装置A中加入的固体，可以是NH4HCO3或NH4Cl【练7】农业生产离不开氮肥，几乎所有的氮肥都以氨为原料，某化学兴趣小组利用图1所示装置制备氨气并探究其相关性质。(1)装置A中，盛有浓氨水的仪器名称为_______。烧瓶内药品可选用_______。装置B的作用是_______。(2)连接好装置并检验装置的气密性后，装入药品，然后应先_______(填“a”或“b”)。a．逐滴向圆底烧瓶中加入氨水b．加热装置C(3)实验中观察到C中粉末变红，D中无水硫酸铜变蓝，并收集到一种单质气体，则该反应的化学方程式为_______，该反应证明氨气具有_______性。(4)该实验缺少尾气吸收装置，图2中能用来吸收尾气的装置是_______(填序号)。【练8】某化学兴趣小组为了制取并探究氨气性质，按下列装置(部分夹持装置已略去)进行实验。(制取氨气的反应原理：2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O)(实验探究)(1)A装置N元素的化合价是__该反应是否是氧化还原反应：__。(2)用5.35gNH4Cl固体与足量Ca(OH)2反应，最多可制得标准状况下氨气的体积为___L。(NH4Cl的摩尔质量为53.5g•mol-1)(3)气体通过C、D装置时，试纸颜色会发生变化的是D，原因是：___。(4)当实验进行一段时间后，挤压E装置中的胶头滴管，滴入1～2滴浓盐酸，可观察到的现象是___。(5)检验氨气是否收集满的方法是___。(6)某同学用如图所示装置进行氨气的性质实验，根据烧瓶内产生红色喷泉的现象，说明氨气具有__性质填序号。a.还原性b.极易溶于水c.与水反应生成碱性物质(7)氨气的用途很广。如可用氨气处理二氧化氮：8NH3+6NO2=7N2+12H2O该反应中氨气体现___(填“氧化性”或“还原性”)。【练9】某课外活动小组在实验室用下图所示装置快速制