2019-2020学年新教材高中化学 3.3 第一课时 自然界中的氮循环 氮的固定课件 鲁科版必修第

第3节氮的循环第一课时自然界中的氮循环氮的固定[新教材内容有哪些][新课程标准是什么]1.了解氮、氮的氧化物的主要性质。2认知氮、氮的氧化物在生产中的应用和对生态环境的影响。[自学新教材]阅读教材，回答下列问题：1．在春夏之际，常有雷雨现象，民间有谚语：“雷雨发庄稼”，即在雷雨过后，植物会生长得更旺盛。(1)“雷雨发庄稼”蕴含了什么样的化学原理？(2)上述过程中包含了哪些化学反应？提示：(1)空气中的N2和O2在放电的条件下生成NO，NO被O2氧化成NO2，NO2在雨水中与水反应生成硝酸，硝酸被雨水淋洒到土壤中，并与土壤中的矿物质作用生成能被植物吸收的硝酸盐，使土壤从空气中得到氮元素，促进了植物的生长。(2)N2＋O2=====放电2NO、2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO、硝酸＋矿物质===硝酸盐。2．如图所示，中间玻璃管中盛有NO。(1)用一侧针管注入氧气，观察到的现象是____________，用化学方程式表示其反应原理：_____________________。(2)再用另一侧针管注入水，观察到的现象是__________，用化学方程式表示其反应原理：__________________。提示：(1)试管中气体变为红棕色2NO＋O2===2NO2(2)试管中气体由红棕色变为无色3NO2＋H2O===2HNO3＋NO3．大多数植物只能吸收化合态的氮元素，空气中的氮气不能被植物直接吸收。(1)氮气常用作保护气，原因是___________________；医疗上可在液氮冷冻麻醉条件下做手术，原理是____________。(2)氮的固定指的是将空气中_________的氮转化为_________的过程。(3)氮的固定主要有__________和__________两种方法。自然固氮的途径主要有__________和__________两种。种植豆科农作物时不需要施加氮肥，原因是______________________________________________________________。(4)氮的固定过程中涉及物质主要有N2、NO、NO2、HNO3、NH3等，请将它们标注在图中，并用箭头表示在氮的固定过程中的转化关系。提示：(1)氮气的化学性质不活泼液氮汽化时吸收大量热(2)游离态含氮化合物(3)自然固氮人工固氮高能固氮生物固氮豆科植物的根瘤菌能将空气中的氮气通过生物化学过程转化为含氮化合物(4)[落实新知能]1．自然界中氮的循环2．氮气(1)物理性质水溶性气味状态颜色(2)化学性质化学性质不活泼，很难与其他物质发生反应。但在一定条件下能与下列物质发生反应：①与氧气反应：N2＋O2=====放电2NO，反应中N2表现还原性。②与氢气反应：N2＋3H2高温、高压催化剂2NH3，反应中N2表现氧化性。难溶于水无味气体无色3．氮的固定(1)概念：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。(2)分类：氮的固定自然固氮高能固氮占自然固氮总量的10%生物固氮占自然固氮总量的90%人工固氮合成氨仿生固氮4．NO和NO2(1)性质对比NO2NO物质向上排空气法排水法收集方法3NO2＋H2O===2HNO3＋NO不反应与水反应不反应2NO＋O2===2NO2与氧气反应易溶于水难溶于水水溶性红棕色、有刺激性气味的有毒气体无色、无味的有毒气体颜色、气味、毒性、状态反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO中，NO2既是氧化剂又是还原剂，且氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2。(2)NO和NO2对生活的影响①NO结合血红蛋白的能力比CO还强，更容易造成人体缺氧；同时NO作为一种传递神经信息的“信使分子”，在扩张血管、提高免疫力、增强记忆力等方面有着重要的作用。②NO2能使多种织物褪色，损坏多种织物和尼龙制品，对金属和非金属材料也有腐蚀作用。[演练新学考]1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)氮在自然界中的循环过程主要生成一些含氮元素的盐类物质，无其他类别物质生成()(2)实验室可用排空气法收集N2()(3)N2在通常状况下与O2反应生成NO2()(4)合成氨反应属于自然固氮中的高能固氮()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×2．下列关于氮气的说法中错误的是()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．通常情况下，氮气在水中的溶解度很小D．跟氢气在一定条件下发生反应时，氮气是氧化剂解析：N2不能在O2中燃烧，与O2在闪电时反应生成NO。答案：B3．(2019·北京合格考)下列关于二氧化氮性质的描述中，不正确的是()A．无色气体B．有刺激性气味C．相同条件下密度比空气的大D．能与水反应解析：二氧化氮是红棕色、具有刺激性气味的气体，相同条件下密度比空气的大，能与水反应，化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。答案：A4．下列属于人工固氮的是()A．闪电条件下N2与O2反应B．NH3与HCl直接化合生成NH4ClC．在高温、高压、催化剂条件下合生成NH3D．豆科植物根瘤菌将N2转化为含氮化合物解析：空气中的游离态氮转化为化合态氮的过程称为固氮。人工固氮主要是针对生物固氮而言，通过化学方法，制备出类似生物“固氮菌”的物质，使空气中的氮气在常温常压下与水及二氧化碳等反应，转化为氨态氮或铵态氮，进而实现人工合成大量的蛋白质等，最终实现工厂化生产蛋白质食品。A、D是自然固氮，故错误；NH3与HCl直接化合生成NH4Cl不是将空气中的游离态氮转化为化合态氮的过程，不是固氮，故B错误。答案：C5．在NO2被水吸收的反应中，发生还原反应的物质和发生氧化反应的物质的质量比为()A．3∶1B．1∶3C．1∶2D．2∶1解析：3N＋4O2＋H2O===2HN＋5O3＋N＋2O,3molNO2中，有2mol氮的价态升高，1mol氮的价态降低，所以发生还原反应的NO2与发生氧化反应的NO2的质量比为1∶2。答案：C6．实验室制备气体后，在收集气体时，往往根据气体的性质选择不同的收集方法，在实验室制备下列气体时，只能使用排水法收集的是()A．HClB．CO2C．NOD．NO2答案：C7．俗话说：“雷雨发庄稼”，其中涉及到下列变化：N2――→①NO――→②NO2――→③HNO3――→土壤硝酸盐(氮肥)(1)上述三步变化中，属于氮的固定的是_____(填标号)。(2)写出①②③三步反应的化学方程式。①_____________________________________________；②_____________________________________________；③_____________________________________________。解析：把游离态的氮转化为含氮化合物的过程叫氮的固定。答案：(1)①(2)①N2＋O2=====放电2NO②2NO＋O2===2NO2③3NO2＋H2O===2HNO3＋NO新知探究(二)氮的氧化物与O2、H2O反应的计算[难度增一点][典例]现有NO2、O2混合气体12mL，通入足量水中，充分反应后逸出气体2mL(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积是()A．2.2mLB．2.4mLC．3mLD．4mL[解析](总反应式法)根据有关的反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。设原混合气体中O2的体积为V(O2)，剩余气体可能是O2，也可能是NO。①若剩余O2，则V剩＝V(O2)－14[12mL－V(O2)]＝2mL，解得V(O2)＝4mL，D正确；②若剩余NO，则V剩＝13[12mL－V(O2)－4V(O2)]＝2mL，解得V(O2)＝1.2mL。[答案]D[知能深一点]氮的氧化物与O2、H2O反应的计算3种方法1．加合式法(1)NO2和O2的混合气体溶于水的计算：由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知，当体积比：VNO2∶VO2＜4∶1剩余O2＝4∶1恰好完全反应＞4∶1剩余NO2(2)NO与O2同时通入水中：2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，总的化学方程式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。当体积比：V(NO)∶V(O2)＜4∶3剩余O2＝4∶3恰好完全反应＞4∶3剩余NO(3)NO2、NO、O2的混合气体通入水中：①可先将NO和O2转化为NO2，再按上述各种情况分别处理。②也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3情况处理。2．原子守恒法4NO2＋O2和4NO＋3O2从组成上均相当于2N2O5的组成，都与N2O5＋H2O===2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。n(N)∶n(O)＜2∶5剩余O2＝2∶5恰好完全反应＞2∶5剩余NO3．电子守恒法NO与O2的混合气体通入水中发生反应：2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，在反应中，存在着NO向NO2转化、NO2向HNO3转化的同时又生成NO的循环反应。但总体来讲，NO→HNO3，N的化合价升高是由于被O2氧化，因此可写出在氧化还原反应中得失电子数必然相等。[选考难一点]1．一定条件下，将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原气体总体积的()A.14B．34C.18D.38解析：由题目叙述可知，是关于NO和O2的混合气体溶于水的有关计算，应该选择反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3来计算。等体积混合时，O2过量，O2剩余14体积，原混合气体2体积，剩余气体为原气体总体积的18。答案：C2．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其充分反应，则烧瓶内溶液中溶质的物质的量浓度为()A.122.4mol·L－1B．139.2mol·L－1C.128mol·L－1D.45mol·L－1解析：此类题目可用赋值法来计算。设烧瓶体积为1L，因V(NO2)∶V(O2)＝4∶3，故在1L混合气体中V(NO2)＝47L，V(O2)＝37L。设生成HNO3的物质的量为x，根据反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，则有(4×22.4L)∶47L＝4mol∶x，解得x＝139.2mol。烧瓶中残留O2的体积：37L－17L＝27L，故溶液充满烧瓶体积的57。所以c(HNO3)＝139.2mol÷57L＝128mol·L－1。答案：C3．将容积为50mL的量筒内充满NO2和O2的混合气体，将量筒倒置在盛满水的水槽里，一段时间后，量筒里剩余气体体积为5mL。则原混合气体中NO2和O2体积比可能是________或________。解析：假设剩余的为O2，则参加反应的NO2和O2的总体积为50mL－5mL＝45mL。根据化学方程式4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可以求出原混合气体中NO2的体积为45mL×45＝36mL，O2的体积为50mL－36mL＝14mL。即NO2和O2体积比为36∶14＝18∶7；假设剩余的为NO，由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO得到过量的NO2体积为15mL，则发生反应的NO2和O2的总体积为50mL－15mL＝35mL。则原混合气体中，O2的体积为35mL×15＝7mL，NO2的体积为50mL－7mL＝43mL。即NO2和O2体积比为43∶7。答案：18∶743∶74.如图所示，室温下向盛有3.0mLNO的试管中缓缓通入1.5mLO2(所有气体体积均在标准状况下测定)。请回答下列问题：(1)写出观察到的现象(可不写满，也可补充)：①____________________________________________；②____________________________________