氮的循环

2020/1/271第二节氮的循环第三章自然界中的元素一、氮循环中的重要物质及其变化二、人类活动对自然界氮循环和环境的影响三、硝酸的化学性质一、氮循环中重要物质及其变化1、氮气与氮的固定N2分子中两个氮原子共用三对电子，结构特别稳定。氮气：无色、无味、密度比空气小、难溶于水的气体。N2＋3H22NH3高温、高压催化剂N2＋O22NO放电N2＋3MgMg3N2点燃氮的固定使游离态的氮转化成含氮的化合物的方法。自然固氮人工固氮通过闪电等固氮占10%通过微生物种群固氮占90%合成氨仿生固氮当前最为关注的研究课题思考:解释“雷雨发庄稼”的原理+l+2+3+4+4+5N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O52、氮的氧化物：1、N2O3是HNO2的酸酐N2O5是HNO3的酸酐2、它们都是大气污染物无色有毒的气体，难溶于水（1）NO2NO+O2=2NO2（红棕色）物理性质化学性质NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O6NO+4NH3=5N2+6H2O(使用催化剂)4NO+3O2+2H2O=4HNO3（1）NO制法8HNO3(浓)+3Cu=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O收集方法？收集NO只能用排水法不能用排空气法（2）NO2物理性质红棕色刺激性气味气体，有毒，溶于水并跟水反应化学性质3NO2+H2O=2HNO3+NO2NO2N2O4（无色液体）2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O（尾气吸收）NO+NO2+2NaOH＝＝2NaNO2+H2O4NO2+O2+2H2O=4HNO31、自身缩合2、歧化反应3、氧化反应（2）NO2NO+NO2+2NaOH＝＝2NaNO2+H2O3、氧化反应NO2+2KI+H2O=NO+2KOH+I2（使KI碘化钾淀粉试纸变蓝，可用于NO2的检验）6NO2+8NH3=7N2+12H2O(催化剂)NO2+SO2=NO+SO3（铅室法制硫酸）尾气吸收：NaOH溶液2．NO2制法4HNO3(浓)+Cu=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O收集方法？收集NO2只能用向上排气法不能用排水法NO2检验方法NO2具有氧化性，可使KI淀粉试纸变蓝氮的氧化物NO、NO2性质的对比。NONO2物理性质颜色气味水溶性毒性化学性质与O2反应与H2O反应还原性氧化性无色红棕色无味有刺激性气味难溶于水可溶于水与CO相似刺激器官病变2NO+O2=2NO2常温下不反应不反应3NO2+H2O=2HNO3+NO强弱弱强，使KI碘化钾淀粉试纸变蓝，使石蕊试纸先变红后褪色小结（3）二氧化氮和溴蒸气的鉴别NO2和溴蒸气在性质上的相似之处：A．均有氧化性B．溶于水后溶液呈酸性C．能与碱溶液反应，颜色消失鉴别两者不能用淀粉KI试纸、碱溶液等。（3）二氧化氮和溴蒸气的鉴别NO2和溴蒸气在性质上的差异之处：A．通入水中，NO2溶于水发生反应后溶液无色而溴蒸气溶于水溶液呈橙色B．通入AgNO3溶液，有淡黄色沉淀生成的为溴蒸气C．通入CCl4有机溶剂中，溶于CCl4而且CCl4溶液呈橙红色的为Br2(g)D．将盛有溴蒸气和NO2气体试管放入冷水中冷却，气体颜色变浅的为NO2（4）NO、NO2对环境的污染：光化学烟雾酸雨石油产品和煤燃烧的产物汽车尾气制硝酸的工厂污染源危害NO+NO2+2NaOH＝2NaNO2+H2O2NO2+2NaOH＝NaNO3+NaNO2+H2O例1、一个容积为18mL装满NO2气体的试管，倒立于装满水的水槽中，经过一段时间后，反应已进行完全，液面上升一段距离，问：试管中剩余哪种气体？体积为多少？生成溶液的物质的量浓度为多少？典型例题：NONO2H2O的有关计算NO6mL1/22.4mol·L-1例2、标准状况下，将10mLNO和NO2混合气体缓慢通入倒立于水槽中的盛满水的试管中，充分反应后，有6mL剩余气体，求:（1）原混合气体NO和NO2的体积比；（2）所得溶液是什么溶液，其物质的量浓度为多少？NO:NO2=2:3HNO31/22.4mol·L-12、ＮＯ、Ｏ２和H2O计算2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO过程总反应：4NO+3O2+2H2O=4HNO31、ＮＯ２、Ｏ２和H2O计算3NO2+H2O=2HNO3+NO2NO+O2=2NO2过程总反应：4NO2+O2+2H2O=4HNO3例4、将盛有20mLNO气体的试管倒置于盛有水的水槽中，向试管中缓慢通入一定量的氧气后，最后试管里充满了水，问通入多少毫升氧气？例3、将20mLNO2和O2的混合气体通入水中无剩余，则原混合气体中NO2和O2各为多少毫升？NO2=16mL;O2=4mLO2=15mL例6、将20mLNO2和O2的混合气体通入水中剩余5mL气体，则原混合气体中NO2和O2各为多少毫？例5、将盛有20mLNO气体的试管倒置于盛有水的水槽中，向试管中缓慢通入一定量的氧气后，试管中还有6mL剩余气体，求向试管中通入的氧气是多少毫升？O2=21mL或10.5mLNO2=12mL;O2=8mL或NO2=19mL;O2=1mL6.1、将40mLNO与___mLO2混合，与水反应无气体剩余；6.3、将40mLNO与_______________mLO2混合，与水反应后余气10mL.6.2、将40mLNO与21mLO2混合，与水反应后余_____气体_____mL;30NO40或22.512（1）无色、有刺激气味的气体；（2）标况下密度0.771g/L，比空气轻；1、氨的物理性质（3）氨易液化得液氨（NH3），可做制冷剂。（4）极易溶于水且快速溶解；在常温常压下，1体积水溶解约700体积氨气；其溶液叫做氨水，氨水的密度小于水的密度。氨水的浓度越大,密度越小。在常温下，冷却到-33～35℃或常温下加压到0.7×105～0.8～105Pa，就凝结成无色的液体，同时放出大量的热。二、氨与氮肥2、氨的化学性质（1）氨跟水反应NH3+H2ONH3·H2ONH3·H2ONH4++OH-溶质为NH3，一水合氨是弱电解质。氨水的成分：NH3，H2O,NH3·H2O，NH4+，OH-，H+（少量）NH3·H2ONH3↑+H2O（2）氨跟酸的反应NH3+HCl=NH4Cl（白烟）NH3+HNO3=NH4NO3（白烟）2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4（3）、氨气的还原性：a、氨跟氧气反应：4NH3+5O24NO+6H2O；放热反应催化剂例、如右图所示把一根红热的铂金丝伸进盛有浓氨水的试剂瓶中看到现象是：，原因是，，。铂丝持续红热，有红棕色气体产生，并有少量白烟生成。正反应是放热反应，有NO生成，继而转变为NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3与挥发的NH3生成NH4NO3。b、氨在纯氧中可燃烧：2NH3+3Cl2N2+6HCl（氨气适量）8NH3+3Cl2N2+6NH4Cl（氨气过量）2NH3+3CuON2↑+3Cu+3H2O4NH3+3O2点燃2N2+6H2Oc、氨与氯气反应：d、氨气与氧化铜反应：e、氨气与氮的氧化物反应：NH3+NOxN2+H2O(未配平)4、氨气的用途NH3碱性还原性有机反应的原料制氮肥（铵盐）制硝酸液态气化吸热作致冷剂提供氨基5、氨气的制法：工业制法：N2+3H22NH3（人工固氮）高温高压催化剂实验室制法：1、药品：2、原理：3、装置：铵盐（氯化铵）与消石灰固体混合加热固体加热气体，同于实验室用KClO3和MnO2固体混合加热制O2装置2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3+2H2O5、收集：只能用向下排空气法。6、验满：用湿润的红色石蕊试纸放在试管口，也可用玻璃棒蘸有浓盐酸，靠近试管口。7、注意：a．棉花的作用：4、干燥：常用碱石灰作干燥剂，不能用酸性干燥剂如浓H2SO4、P2O5等。为防止气体对流，提高收集氨气的速率和纯度；也可用来吸收尾气。b．不使用NaOH的原因：是加热时NaOH碱性强，容易腐蚀试管。消石灰碱性相对弱，且比较疏松，氨气容易逸出。c．制取干燥氨气也不能用CaCl2作干燥剂：原因是CaCl2和NH3加合生成CaCl2·8NH3。d．尾气不能排放到大气中的原因:氨气有毒,污染环境例、已知氨气跟氧化铜反应可以制备氮气(2NH3+3CuO====3Cu+3H2O+N2)，纯氮气跟镁在高温下反应可得到氮化镁，但氮化镁遇水即反应生成氢氧化镁和氨气。（1）下面是某化学课外小组的同学提出的实验室制备氨气的几种方案A.硫酸铵固体与消石灰共热B.浓氨水逐滴加到新制的生石灰C.在一定条件下，氮气与氢气化合D．加热分解氯化铵固体你认为其中较简便易行的方案有（填字母）；其反应的化学方程式为:___A、B(NH4)2SO4+Ca(OH)2===CaSO4+2NH3↑+2H2ONH3.H2O+CaO==Ca(OH)2+NH3↑（2）该小组同学设计的制备氮化镁的方案有以下两个。分别见实验方案的装置图（夹持及加热仪器没有画出）且在实验前系统内的空气均已排除①该实验完成后，能否得到纯净的氮化镁（填“能”或“不能”）；简述理由_____不能由于在F装置后缺少一干燥装置，部分氮化镁将与空气中的水蒸气发生水解反应生成氢氧化镁，导致产品不纯②装置C的作用是:做安全瓶，防止装置D中的水倒吸方案一①该方案中存在的主要问题是:由于与镁粉反应的氮气中混有氨气，且氨气也可与镁粉反应，造成产品不纯②如何才能解决上述问题:可将装置D换成一装有浓硫酸的洗气瓶，并在装置C与装置D之间加一安全瓶（或在装置C与装置D之间顺序加入安全瓶和装有水的洗气瓶）已知：6NH3+3Mg==3Mg(NH2)2+3H2↑高温方案二三、HNO3的化学性质1.不稳定性4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O或光照2.强氧化性(1)与不活泼金属反应(Pt、Au除外)Cu＋4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑＋2H2O3Cu＋8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑＋2H2O(2)与活泼金属反应Fe、Al遇浓硝酸钝化，加热则反应(一般生成NO2)Mg、Zn常温下可以与任何浓度的硝酸反应（还原产物可以是NO2、NO、N2、NH4NO3等。）(3)与非金属反应(C、S、P等)灼热的木炭放入热的浓硝酸中，木炭燃烧C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O(4)与其它还原性物质反应SO2H2SO4FeOFe(NO3)2Na2SO3Na2SO4Na2SS或H2SO4一般地，浓HNO3的还原产物是NO2；稀HNO3的还原产物是NO1.可以干燥氨气的物质是（）A.碱石灰B.氯化钙C.浓硫酸D.P2O5固体A2.氯化铵和氯化钠可用（）方法分离A.加入氢氧化钠B.加入AｇNO3C.加热法D.加入一种合适的酸C课堂练习：4.密度为0.91g·cm-3的氨水，质量分数为25%，设氨水用等体积的水稀释后，所得溶液的溶质的质量分数为（）A.等于12.5%B.小于12.5%C.大于12.5%D.无法确定B3.在下列情况中，能产生白烟的是（）A.浓氨水与浓硝酸相遇B.钠在空气中燃烧C.浓氨水与浓H2SO4相遇D.铁在氯气中燃烧A5.下列气体中，只能用排水集气法收集的是()A.NH3B.NOC.NO2D.O26.加入氢氧化钡溶液共热，有气体放出又有不溶于稀硝酸的白色沉淀生成的是()A.KNO3溶液B.NH4NO3C.(NH4)2SO4溶液D.Na2SO4溶液BC7.下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂，其中错误的是（）ABCDBD8.标准状况下350体积的氨气溶解在1体积的水中，求这种氨水的物质的量浓度和质量分数。（氨水密度为0.924g/cm3）ω(氨)＝265.2g÷1265.2g＝21%n(NH3)＝350L÷22.4L/mol＝15.6mol解析：以概念为基础，确定计算题的解题思路，求出n(NH3)和V(氨水)是关键。m(NH3)＝15.6mol×17g/mol＝265.2gm(氨水)＝265.2g＋1000mL×1g/cm3＝1265.2gV(氨水)＝1265.2g÷0.924g/cm3＝1.369Lc(一水合氨)＝15.6mol÷1.369L＝11.4mol/LN