高中化學 第三章 自然界中的元素 第2節(jié) 氮的循環(huán)學案（2）魯科版必修1.doc

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第2節(jié) 氮的循環(huán) 知識巧學升華 一、氮在自然界中的循環(huán) 1．氮元素的存在：游離態(tài)和化合態(tài)。 2．氮的循環(huán) 二、氮循環(huán)中的重要物質及其變化 1．氮氣與氮的固定 (1)N2的分子結構：N2是雙原子分子，2個N原子之間共用3個電子對，使每個N原子都達到了穩(wěn)定結構。2個N原子之間結合十分牢固，要破壞它，需要很多的能量。 (2)N2的化學性質 通常情況下，N2化學性質不活潑。在一定條件下，N2能跟O2或H2反應。 ①N2和O2的反應： ② N2和H2的反應 “”表示反應同時向正反應方向和逆反應方向進行。這樣的反應被稱為可逆反應。 ③N2與Mg的反應 3Mg+N2Mg3N2 (3)植物對氮的吸收和氮的固定 ①通常植物只吸收和 ②氮的固定：使空氣中游離態(tài)的氮轉化為可利用的含氮化合物的過程叫做氮的固定。簡稱固氮。游離態(tài)氮化合態(tài)氮，是氮的固定。如：N2NH3，N2NO等。 固氮 2．氮的氧化物 （1）NO的兩面性 ①NO是大氣污染物：是造成光學煙霧的主要氣體之一；NO還能與血紅蛋白結合，使血紅蛋白失去運O2能力。 ②NO是人體內的信使分子：NO在人體血管系統(tǒng)內具有傳送信號的功能，NO能讓體內某部位的信號傳送到另一部位，人體離不開少量的NO。 （2）NO的合成反應 N2+O22NO 大多數化合反應是放熱反應，但該反應卻是吸熱反應。 （3）NO的氧化反應 常溫下，NO很容易被空氣中的O2氧化為NO2 2NO+O2══2NO2 （無色） （紅棕色） （4）NO2的性質 ①物理性質：NO2是紅棕色易溶于水的有毒氣體，有刺激性氣味。 ②NO2溶于水的反應 該反應也是歧化反應，NO2既是氧化劑，又是還原劑。 ③NO2的自身聚合反應 2 （紅棕色）?。o色） （5）NOx+O2+H2O的反應 ①2NO+O22NO2 ②3NO2+H2O══2HNO3+NO ①+②2，消去NO得： 4NO2+O2+2H2O══4HNO3 ①③+②2，消去NO2得 4NO+3O2+2H2O══4HNO3 （6）N2O4的氧化作用 我國研制的火箭中，使用偏二甲肼（C2H8N2）作燃料，四氧化二氮作氧化劑，反應為 3．氨與銨態(tài)氮肥 （1）氨的物理性質 NH3是無色、有刺激性氣味的氣體，密度比空氣小，易液化，且極易溶于水。 （2）氨的化學性質 ①NH3與水反應 要點提示 注意此處空半格NH3是中學階段所學的唯一堿性氣體。氨水中有NH3、H2O、NH3H2O、、OH－等粒子,還有水電離出的H+。 ②NH3與酸反應 NH3+HCl══NH4Cl 濃鹽酸易揮發(fā)，濃氨水也易揮發(fā)，二者相遇有白煙生成。 ③NH3的催化氧化 反應常使用鉑(Pt)作催化劑。 這是工業(yè)上合成HNO3的一個重要反應。 知識拓展 注意此處空半格N-3H3中，N元素處在最低價，具有還原性。NH3可在純凈的O2和Cl2中燃燒：4NH3+3O22N2+6H2O　2NH3+3Cl2══N2+6HCl 8NH3+3Cl2══N2+6NH4Cl (3)氮肥 ①氮肥的類別 銨態(tài)氮肥：主要成分是。硝態(tài)氮肥：主要成分是。有機氮肥：尿素〔CO(NH2)2〕。 ②銨態(tài)氮肥的儲存：密封包裝、置于陰涼通風處。 ③銨態(tài)氮肥的使用：埋在土下，不能與堿性物質(如石灰、草木灰)混合施用。 （4）銨鹽的性質 實　驗 實驗現(xiàn)象 結論及化學方程式 取少量NH4Cl固體放在試管中加熱 ① 白色固體逐漸減少，最后完全消失 ② 在試管中上部出現(xiàn)白色固體 ① NH4Cl不穩(wěn)定，受熱分解 NH4ClNH3↑+HCl↑ ② NH3和HCl遇冷又結合為NH4Cl，NH3+HClNH4Cl 取少量NH4HCO3固體放在試管中加熱，將生成的氣體通入新制的石灰水中 ① 白色固體逐漸減少，最后完全消失，放出無色有刺激性氣味的氣體 ② 澄清石灰水變渾濁 ① NH4HCO3不穩(wěn)定，受熱分解 NH4HCO3NH3↑+H2O+CO2↑ ② Ca(OH)2+CO2══CaCO3↓+H2O 向NH4Cl固體中滴加10%的NaOH溶液，并將濕潤的紅色石蕊試紙靠近試管口 放出無色、有刺激性氣味的氣體，使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍色 銨鹽遇堿放出NH3 NH4Cl+NaOHNH3↑+H2O+NaCl （5）尿素和復合肥 ①尿素〔CO(NH2)2〕 尿素是一種白色晶體，易溶于水，是目前含N量最高的化肥，不能被作物直接吸收，但肥效持久。 CO(NH2)2+2H2O2+ 尿素的合成反應為 ②復合肥：復合肥是指含有N、P、K中兩種以上營養(yǎng)元素的化肥。如(NH4)2HPO4、NH4H2PO4等。 4．硝酸及其應用 硝酸的主要用途：HNO3可用于制造炸藥、染料、塑料、硝酸鹽等。 硝酸的性質： （1）物理性質 純凈的硝酸是無色、易揮發(fā)、有刺激性氣味的液體，熔、沸點低，密度比水大。 （2）化學性質 ①不穩(wěn)定性：見光受熱易分解 4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O 光線越強、溫度越高，HNO3越易分解。HNO3越濃，越易分解。 要點提示 注意此處空半格濃HNO3常呈黃色，是由于溶有NO2的緣故。 ②強氧化性： a．與金屬反應 能氧化Au、Pt、Ti以外的大多數金屬。 要點提示 注意此處空半格①硝酸與金屬反應不生成H2，而是生成氮的氧化物。②濃硝酸與金屬反應被還原為NO2，稀硝酸與金屬反應被還原為NO。③氧化性：濃硝酸>稀硝酸。 b．與金屬反應 加熱條件下，濃HNO3還能將C、P、S等非金屬氧化到最高價態(tài)。 S+6HNO3（濃）H2SO4+6NO2↑+2H2O 2P+10HNO3（濃）2H3PO4+10NO2↑+2H2O ③鈍化： 常溫下，F(xiàn)e、Al在濃HNO3中鈍化——表面形成致密氧化物保護膜，阻止了反應的進一步進行。 鈍化是化學變化?？捎描F制、鋁制容器盛裝濃HNO3。 如果加熱，則氧化層被破壞，F(xiàn)e、Al與HNO3反應劇烈。 要點提示 Fe、Al在稀HNO3中不鈍化： Fe(不足)+4HNO3(稀) ══Fe(NO3)3+NO↑+2H2O 　　　　　　　　　　　 棕黃色 3Fe(過量)+8HNO3(稀)══3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O 　　　　　　　　　　　 淺綠色 Al+4HNO3(稀)══Al(NO3)3+NO↑+2H2O 三、人類活動對自然界氮循環(huán)和環(huán)境的影響 1．活化氮 (1)N2是惰性的，可被植物吸收的和是活化氮的主要形態(tài)。 (2)人類的固氮活動使活化氮數量猛增，有利有弊。有利的是提高了農產品的產量；不利的是增大了溫室效應，造成水體污染和酸雨。 ①光化學煙霧 汽車尾氣中的氮氧化物與碳氫化合物經紫外線照射，發(fā)生反應形成的一種有毒的淺藍色的煙霧，稱為光化學煙霧。 ②酸雨：氮氧化物跟空氣中的水反應生成的硝酸和亞硝酸，也是酸雨的成分。 ③水體富營養(yǎng)化：水體中N、P含量的增加，會導致藻類的“瘋長”，迅速覆蓋水面，使水生動物死亡。 水體中氮的主要來源：工業(yè)廢水、生活污水、農田灌溉和淋洗、水產餌料、肥料等。 2．氮對環(huán)境的影響和控制 （1）減少人類活動對自然界中氮循環(huán)的影響：一方面應控制進入大氣、陸地和海洋的有害物質的數量，另一方面應增強生態(tài)系統(tǒng)對有害物質的吸收能力。因此，應保護森林，植樹造林，促進全球氮的良性循環(huán)。 （2）減少氮氧化物對環(huán)境的影響：減少產生氮氧化物的活動，吸收和轉化人類活動中產生的氮氧化物，減少氮氧化物向大氣中的排放。 問題思路探究 問題 圖Ⅰ為什么能形成噴泉？如何使圖Ⅱ中所示裝置也順利產生噴泉現(xiàn)象？ 思路:形成壓強差是產生噴泉的關鍵，壓強由負壓差（如圖Ⅰ和圖Ⅱ）和正壓差（火山爆發(fā)和城市廣場中的人工噴泉）。 探究:圖Ⅰ形成噴泉的原理：當擠壓滴管的膠頭，膠頭滴管中的水進入燒瓶，大量的氨（約占擠入水體積的700倍）迅速溶解，使燒瓶內壓強迅速減小形成負壓，在外界大氣壓作用下，燒杯內的水迅速進入燒瓶形成噴泉。要使圖Ⅱ裝置也能形成噴泉，關鍵是一開始如何使燒瓶內形成負壓，即找到形成噴泉的“誘因”。裝置Ⅰ比較，本裝置沒有滴管，不可能有水“擠”入燒瓶內形成負壓，就考慮讓燒瓶中的氨氣溶于燒杯的水中，所以考慮打開止水夾，用熱毛巾捂燒瓶片刻，燒瓶中的氨受熱壓到燒杯中而迅速溶解，燒瓶內形成負壓而形成噴泉。 典題熱題新題 例1．將10 mL充滿NO2和O2的混合氣體的試管，倒置在水槽中，反應停止后試管內剩余2 mL無色氣體，求原混合氣中NO2和O2各多少毫升。 解析：剩余2 mL氣體可能是NO或O2，分兩種情況討論： （1）剩余的是NO： 可以看作先發(fā)生反應：4NO2+O2+2H2O══4HNO3。剩余的NO2又與水反應，最終有2 mL NO產生。由反應3NO2+H2O══2HNO3+NO得剩余的NO2體積為2 mL3=6 mL。則原有O2體積為（10 mL－6 mL）=0.8 mLNO2體積為10 mL－0.8 mL=9.2 mL。 （2）剩余的是O2 則有10 mL－2 mL=8 mL是NO2和O2的混合氣體，根據反應：4NO2+O2+2H2O══4HNO3。NO2的體積為8mL=6.4 mLO2體積為10mL－6.4 mL=3.6 mL。 答案：（1）若剩余的是NO，則NO2和O2體積分別為9.2 mL和0.8 mL； （2）若剩余的是O2，則NO2和O2體積分別為6.4 mL和3.6 mL。 深化升華 注意此處空半格因為反應后剩余氣體，所以，分析剩余氣體的成分，一般來說，兩種反應物，首先判斷過量，然后根據完全吸收的反應關系計算： 二氧化氮完全被水吸收：4NO2+O2+2H2O══4HNO3 一氧化氮完全被水吸收：4NO+3O2+2H2O══4HNO3 容易出現(xiàn)的錯誤是：剩余2 mL氣體可能是NO或O2，只計算一種情況，剩余NO2時忽略和水反應生成NO。 例2．都能用右圖所示裝置進行噴泉實驗的一組氣體是（　?。? A．HCl和CO2 B．NH3和CH4 C．SO2和CO D．NO2和N2 解析：只要能使燒瓶內外產生一定的壓強差，氣體與液體的組合就能形成噴泉。A選項中，HCl極易溶于水，CO2能完全溶于NaOH溶液中：2NaOH＋CO2══Na2CO3＋H2O，或 NaOH＋CO2══NaHCO3。B選項中，NH3極易溶于水，但CH4不易溶于水，也不與NaOH反應。C選項中，SO2能完全溶解在NaOH溶液中：2NaOH＋SO2══Na2SO3＋H2O，或 NaOH＋SO2══NaHSO3，但CO能與NaOH反應。D選項中，NO2能溶于NaOH溶液：2NO2＋2NaOH══NaNO3＋NaNO2＋H2O，如果N2含量大，也不能形成噴泉。 答案：A 深化升華 注意此處空半格只要充入的液體能使瓶內氣體溶解與之發(fā)生反應，且使瓶內氣體處于低壓狀態(tài)，就可以形成噴泉。 ①易溶于水的氣體與水的組合； ②酸性氣體與堿液的組合； ③堿性氣體與酸液的組合； ④有機氣體與有機溶劑的組合。 例3．往淺綠色的Fe（NO3）2溶液中逐滴加入稀鹽酸時，溶液的顏色變化應該是（　?。? A．顏色變淺 B．逐漸變紅色 C．沒有改變 D．變棕黃色 解析：Fe2＋和在溶液中可以大量共存，但加入鹽酸后，在酸性條件下表現(xiàn)出強氧化性（即可認為H＋與結合成了HNO3），把Fe2＋氧化成Fe3＋，溶液由淺綠色變成棕黃色。 答案：D 深化升華 注意此處空半格解題時要注意題目中的隱含條件，很多離子在特定的條件下才會具備某種性質。如本題中有強氧化性是指在酸性條件下。