《氮的循环》

普通高中课程标准实验教科书化学1（必修）第三章第二节氮的循环联想·质疑闪电闪电时空气中会发生哪些化学反应？这些反应和生成的物质对人类的生产生活有什么影响？一、氮在自然界中的循环二、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，结构特别稳定常温下性质稳定高温高压催化剂，放电氮的化合物游离态化合态氮的固定放电如：N2+O22NON2+3H22NH3概括·整合人工固氮生物固氮高能固氮自然固氮氮的固定NO与NO2的比较NONO2物理性质化学性质无色有刺激性气味气体难溶于水，剧毒！红棕色有刺激性气味气体，能溶于水，剧毒！2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO0.005mol×30g/mol+0.045mol×46g/mol0.05mol==44.4g/molM1==（体积比）138依题意：3/2x+y/2==0.03mol依题意：y/2+z==0.03mol解得：y==0.04mol0.004mol×46g/mol+0.01mol×92g/mol0.05mol==55.2g/molM2==转换机智在化学计算中的应用左香华（广东省深圳市宝安区教研室，广东深圳518101）转换机智是人们在解决问题的过程中，利用知识之间的相互联系，把题目中的已知条件或所求问题转换成自已熟悉的便于理解的，且又易作出判断的等价形式的思维过程。转换的特征是“等价”，转换的目的是便于解决原问题。一、利用极限思维的观点将三组份体系转化为两组份体系【例1】0.03mol铜完全溶于硝酸，产生氮的氧化物（NO、NO2、N2O4）混合气体共0.05mol。该混合气体的平均相对分子质量可能是（2002年上海市高考题）（A）30（B）46（C）50（D）66【解析】：设生成的气体产物中NO、NO2、N2O4的物质的量分别为x、y、z按极限思维的观点，将三组分体系转化为二组分体系。①若气体产物中只生成NO、NO2的混合物。则由3Cu～2NOCu～2NO232123/2xxy/2yx+y==0.05mol解得：x==0.005moly==0.045mol②若气体产物中只生成NO2、N2O4的混合物则由Cu～2NO2Cu～N2O4y/2yzzy+z===0.05molz==0.01mol∴M1＜M＜M2，即44.4＜M＜55.2。故答案为（B）（C）。评述：按平均值法的思想，似乎所求答案在30（最小的相对分子质量）和92（最大的相对分子质量）之间，但需注意到此处给定了铜和气体的物质的量，须进行半定量计算进行判断。这里的半定量计算中洋溢着一种转换的思想，同时也渗透了平均值法的思想，它是一种高层次的平均值法思想的体现。二、利用某些物质的特殊属性（如相对分子质量、组成、特殊性质等）将三组份体系转化为两组份体系【例2】由CO2、H2和CO组成的混合气体同温同压下与氮气的密度相同。该混合气体中CO2、H2和CO的体积比为（1999年上海市高考题）（A）29：8：13（B）22：1：14（C）13：8：29（D）26：16：57【解析】∵M（CO）===M（N2）==28（特殊值）∴CO可为任意体积。原问题转换为CO2和H2的体积比的求算，由十字交叉法可知：CO2442628H2216即V（CO2）：V（H2）===26：16===13：8观察备选答案可知，答案为（C）（D）。评述：抓住某些物质的特殊性质将原问题适当转换，从而使原问题得以简化。这种转换是从一突破口开始进行，因而找准解题的突破口或题眼至关重要。三、利用特殊的化学式，将有关物质的化学式进行转换，从而突破难点【例3】由环已烷、乙醇、乙醚组成的混合物，经测定其中碳的质量分数为72.0%，则氧的质量分数为（A）14.2%(B)16.0%(C)17.8%(D)19.4%【解析】将环已烷、乙醇、乙醚的化学式C6H12、C2H6O、C4H10O适当变形，即C6H12、C2H4·H2O、C4H8·H2O，混合物的组成可以认为是CnH2n·xH2O，显然，由CnH2n知，混合物中部分氢的质量分数为72%×1/6==12%，故水的含量为100%—72%—12%==16%，又由水的组成知，氧的含量为16%×16/18==14.2%，故答(A).评述：将有关物质的化学式进行变形处理，这就是一种转换。这种转换仍然是一种等价转换。通过转换，使原问题化隐为现、化难为易，因此，灵活的转换机智是思维创新的基础和前提。四、利用某些特殊的化学反应将多组份体系转化为三组份体系【例4】120℃、101.3KPa的条件下，有2LH2O（气）、2LCO、1LCO2、0.5LO2和1LH2组成的混合气体。将混合气体通过分别盛有足量铜粉、炭粉和氧化铜粉的三个灼热的反应管。假设气体通过每个反应管都能充分反应，且不论三个反应管以何种顺序排列。问：（1）尾气是否可能是单一气体？（填“可能”或“不可能”），若可能，该气体是。（2）原气体中是否有几种（或一种）不可能再存在于尾气之中？（填“有”或“没有”）。（3）原气体中是否有几种（或一种）肯定存在于尾气之中？（填“有”或“没有”）。若有，它们（或它）是。【解析】：3个灼热反应管中Cu和C是还原剂，CuO是氧化剂。而Cu只能还原O2，不能还原H2O（气）、CO2；C却可以还原H2O（气）、CO2、O2；CuO可以氧化H2、CO。由题给数据知无论铜管在先还是在后，均有以下反应发生，即：2Cu+O2====2CuO①2H2+2CuO===2Cu+2H2O（气）②①＋②得：2H2＋O2===2H2O（气）③1L0.5L1LH2和O2恰好反应转化为1LH2O（气）,Cu可视作催化剂，因此，通过铜管后，5组分体系转化为三组分体系，三个灼热管可视作只剩下C和CuO两个灼热管。故本题只需考虑C和CuO管的先后问题。即：CCO2、H2OCO、H23LH2O（气）2LCO1LCO2CuOCCO2、H2OCO、H2故答案为：（1）不可能；（2）有；（3）没有。评述：氢气和氧气的反应可以认为是铜作催化剂的反应，由此将5组份体系转化为三组分体系。这种转换符合化学反应原理，是一种等价转换。真是三管变两管，就简又删繁。思考·讨论1、现给你一试管二氧化氮，其它药品和仪器自选，根据上述反应，请你设计实验，要求尽可能多的使二氧化氮被水吸收。2、你的设计对工业上生产硝酸有什么启示？充分利用原料，减少污染物的排放4NO2+O2+2H2O=4HNO33、NO2和O2混合溶于水1）在一烧瓶中将NO2和O2以4:1的体积比（标准状况）混合,倒置于足量水中充分反应后所得溶液的物质的量浓度为mol/L2）将12mlNO2和O2的混合气体通入足量的水中，充分反应后余气2ml（气体均在相同状态下测定）求原各气体的体积。0.036NO28ml、O24ml或NO210.8ml、O21.2ml第3章自然界中的元素第2节氮的循环（第2课时）3.氨与铵态氮肥三、氨与氮肥【实验记录】实验实验现象结论NH3的喷泉实验NH3与HCl的反应形成红色喷泉产生大量白烟氨气极易溶于水生成NH4Cl固体1、氨气的性质（阅读课本76-77页内容）取两支玻璃棒，分别蘸取浓氨水和浓盐酸后，再将两支玻璃棒靠近，观察现象。现象：产生大量的白烟。【探究实验】：观察·思考观察实验，你看到了什么现象？形成喷泉，烧瓶内溶液呈红色色气味的体，密度比空气的密度，溶于水没有颜有刺激性气小极易1体积水能溶解约700体积氨气1.氨的物理性质为什么烧瓶内溶液呈红色？2、氨的化学性质（1）氨跟水反应——显弱碱性NH3·H2O=NH3↑+H2O一水合氨很不稳定NH3+H2ONH3·H2ONH3·H2ONH4++OH-（2）氨跟酸的反应NH3+HCl=NH4Cl（白烟）NH3+HNO3=NH4NO3（白烟）与挥发性的酸反应有白烟2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4【知识延伸】：挥发性酸（HCl、HNO3等）遇氨气均有白烟生成；难挥发性酸H2SO4无此现象。这个反应叫做氨的催化氧化，它是工业上制硝酸的基础.高温4NH3+5O2===4NO+6H2O催化剂-3+2（3）NH3具有还原性-33CuO+2NH3===3Cu+N2↑+3H2O△1.刚做过的氨的喷泉实验体现了氨的哪些性质？（）A.还原性B.极易溶解于水C.与水反应生成碱性物质D.氧化性BC2.氯气管道泄漏，可以用浓氨水检验，漏气处会出现白烟，这白烟就是NH4Cl，反应的化学方程式为3Cl2+8NH3=N2+6NH4Cl。该反应中氧化剂为，还原剂为，NH3表现了性。Cl2NH3还原、碱性迁移·应用种类化学式含氮量性状铵态氮肥NH4HCO317.7%白色结晶，吸湿性很强，易潮解，溶于水，弱碱性NH4Cl26.2%白色或淡黄色结晶，有吸湿性，溶于水，酸性.NH4NO335%白色结晶，易潮解，结硬块，溶于水，微酸性，（NH4)2SO421.2%白色粒状结晶，吸湿性不大，不易结块有机氮肥CO（NH2)246.7%白色或浅黄色针状结晶或小颗粒，溶于水，中性氮肥（阅读课本78页内容）四、铵盐的性质实验现象结论及化学方程式物理性质加热与碱反应都是晶体，都易溶于水NH4Cl===NH3↑+HCl↑NH4HCO3===NH3↑+CO2↑+H2O△△产生氨气NH4++OH-===NH3↑+H2O检验NH4+的方法！△产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体（阅读课本78-79页内容）迁移·应用3.请写出NH4Cl与NaOH溶液反应的离子方程式NH4++OH-NH3+H2O并思考如何检验某溶液中是否含有NH4+？取待测液少许于试管中，加入NaOH溶液，加热，将湿润的红色石蕊试纸贴在玻璃棒上靠近试管口，若试纸变蓝，证明溶液中含有NH4+，否则没有。五、探究实验室制取氨气（阅读课本79页内容）原理：制取装置：收集方法：向下排空气法验满方法：湿润的红色石蕊试纸（变蓝）2NH4Cl+Ca(OH)2==2NH3+CaCl2+2H2O固+固气体棉花的作用：防止空气对流（5）验满：a：湿润的红色石蕊试纸变蓝（唯一的一种碱性气体）（4）收集装置：向下排空气法b：蘸有浓HCl的玻璃棒接近试管口产生白烟。⑹环保措施:浓硫酸吸收多余的氨气.或用水吸收⑺干燥装置装置：倒扣漏斗用碱石灰干燥。浓氨水方法二：加热浓氨水制氨气NH3·H2O===NH3↑+H2OCaO或NaOH浓氨水4.大气压对许多物理实验和化学实验有着重要影响。制取氨气并完成喷泉实验（夹持装置均已略去）。(1)写出实验室制取氨气的化学方程式：______________________________(2)收集氨气应使用______法，要得到干燥的氨气可选用_______做干燥剂。(3)用右图装置进行喷泉实验，上部烧瓶已装满干燥氨气，引发水上喷的操作是_____________________________________2NH4Cl+Ca(OH)2==2NH3↑+CaCl2+2H2O向下排空气碱石灰打开止水夹，挤出胶头滴管中的水。迁移·应用归纳·整理催化剂（3）与氧气反应（氨的催化氧化）一.氨1.物理性质2.化学性质（1）与水反应NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-（2）与酸反应NH3+HCl=NH4ClNH3+HNO3=NH4NO32NH3+H2SO4=(NH4)2SO44NH3+5O24NO+6H2O高温二.铵盐1.物理性质2.化学性质（1）受热易分解（2）与碱反应生成氨NH4HCO3NH3+CO2+H2ONH4ClNH3+HCl三.氨的实验室制法2NH4Cl+Ca(OH)2==2NH3+CaCl2+2H2O第3章自然界中的元素第2节氮的循环（第3课时）硝酸的性质六、硝酸的性质1、物理性质（阅读课本81页内容）•纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。•硝酸能以任意比溶解于水。•质量分数为69%的硝酸为浓硝酸；质量分数为95%以上的硝酸为发烟硝酸。2、硝酸的化学性质1）具有酸的通性2）不稳定性3）具有强氧化性go1）具有酸的通性•使紫色的石蕊试液变红•与某些金属氧化物起反应•与某些盐起反应•与碱起反应2H