2019-2020新教材高中化学 3.3.1 自然界中的氮循环 氮的固定课件 鲁科版必修第一册

第3节氮的循环第1课时自然界中的氮循环氮的固定一、自然界中的氮循环1.氮元素的存在在自然界中的存在形式有_____态和_____态。化合游离2.自然界中氮的循环3.人类活动对自然界中的氮循环的影响二、氮气的性质及氮的固定1.氮气的性质(1)物理性质。颜色状态气味密度溶解性_____气体_____密度与空气接近___溶于水无色无味难(2)化学性质。氮气的化学性质_____,通常很难与其他物质发生反应。①还原性:稳定a.实验探究:实验装置实验操作现象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___________________由无色变为红棕色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:_______________________________。②氧化性:N2与H2反应生成NH3,反应的化学方程式为:_________________。N2+O22NO,2NO+O2====2NO2N2+3H22NH3放电====【情境·思考】氮气保护技术通常应用于珍贵文物的保存和保护,国内外不乏先例。美国的《独立宣言》就密封在氮气环境中;中国博物馆和中南海毛主席故居纪念馆也是应用氮气保护法;北京房山云居寺“99石经回藏”也是氮气保护的成功典范。为什么氮气可以作为保护气?提示:氮气性质稳定,常温下不与任何物质发生反应,故用作保护气。2.氮的固定(1)含义:使空气中_______的氮转化为___________的过程叫做氮的固定。(2)分类。游离态含氮化合物【巧判断】(1)氮的固定中氮元素一定被氧化。()提示:×。人工固氮合成氨反应中氮元素被还原。(2)雷雨天含氮物质发生的反应都是氮的固定。()提示:×。雷雨天只有反应N2+O22NO属于氮的固定。放电====三、NO和NO21.物理性质物质颜色状态气味毒性水溶性NO_____气体_____有毒___溶于水NO2_______气体_______有毒___溶于水无色无味难红棕色刺激性易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______________________向充满NO2气体的试管中注入水气体逐渐减少,颜色__________________,得到_____溶液由无色逐渐变为红棕色由红棕色变为无色无色(2)结论:在一定条件下,NO与NO2可以相互转化,反应的化学方程式为①NONO2:___________________②NO2NO:________________________(工业制取硝酸的关键一步)。2NO+O2====2NO2;3NO2+H2O====2HNO3+NO【微思考】(1)NO和NO2分别采用什么方法收集?说明原因。提示:常温下NO能与O2反应,只能用排水法收集;NO2能与水反应生成NO,故只能用排空气法收集。(2)NO2转化为NO的反应中,NO2只能作氧化剂吗?提示:NO2与水反应转化为NO的反应中,NO2既作氧化剂又作还原剂。3.其他性质(1)NO。①结合血红蛋白的能力比CO还强,更容易造成人体缺氧;②一种传递神经信息的“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。(2)NO2。①能使多种织物褪色,损坏多种织物和尼龙制品;②对金属和非金属材料也有腐蚀作用。【情境·思考】某山谷经常电闪雷鸣、雷雨交加,但树木、灌木、草等植被非常茂密,很少有人敢进入这个山谷。你能解释该山谷植被茂密的原因吗?提示:雷雨天时在闪电的作用下,空气中的氮气与氧气反应生成NO,然后发生NONO2HNO3的反应,HNO3随雨水进入土壤,为植被提供了丰富的氮肥。知识点氮的氧化物的性质及有关计算【重点释疑】1.NO、NO2性质的比较物质NONO2色、态、味、毒性无色、无味、有毒气体红棕色、有刺激性气味、有毒气体水溶性不溶于水易溶于水与氧气反应2NO+O2====2NO2不反应与水反应不反应3NO2+H2O====2HNO3+NO(自身氧化还原)物质NONO2与氧气、水同时作用4NO+3O2+2H2O====4HNO34NO2+O2+2H2O====4HNO3氧化性有氧化性,但通常情况下表现出还原性强氧化性,在溶液中生成硝酸,能氧化S2-、I-、Fe2+等离子对环境的影响有毒,大气污染物之一有毒,大气污染物之一2.氮的氧化物与O2、H2O反应的3种情况(1)NO和O2的混合气体通入水中。由2NO+O2====2NO2和3NO2+H2O====2HNO3+NO得总反应为4NO+3O2+2H2O====4HNO3。由总反应可知:(2)NO2和O2的混合气体通入水中。由3NO2+H2O====2HNO3+NO和2NO+O2====2NO2得总反应为4NO2+O2+2H2O====4HNO3。由总反应可知:(3)NO、NO2和O2三种混合气体通入水中。先按3NO2+H2O====2HNO3+NO计算出生成的NO体积,再加上原来混合气体中的NO体积,再按(1)计算。【知识拓展】氮的氧化物溶于水的计算的其他方法(1)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。(2)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,在这当中,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,NOHNO3,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。【思考·讨论】(1)要使充满NO2和O2混合气体的试管倒置在水槽中,让水充满试管,必须按什么样的体积比混合?提示:由3NO2+H2O====2HNO3+NO和2NO+O2====2NO2得4NO2+O2+2H2O====4HNO3,即当NO2和O2的体积比为4∶1时可完全溶于水。(2)将10mL充满NO2和O2混合气体的试管倒置在水槽中,反应停止后试管内剩余2mL的无色气体,则原混合气体中O2为多少毫升?提示:①若剩余的是NO,由反应3NO2+H2O====2HNO3+NO得,剩余的NO2体积为2mL×3=6mL。则原有O2体积为(10mL-6mL)×=0.8mL。②若剩余的是O2,则有10mL-2mL=8mLNO2和O2的混合气体参加反应,按反应4NO2+O2+2H2O====4HNO3进行,所以NO2的体积为8mL×=6.4mL,O2体积为10mL-6.4mL=3.6mL。141441【案例示范】【典例1】(2018·南阳高一检测)下列对NO、NO2的描述中正确的是()A.NO是酸性氧化物B.NO2可用排水法收集,且可由N2和O2直接化合而得到C.NO、NO2在一定条件下可相互转化,且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物D.一氧化氮在反应中只能作还原剂【解析】选C。NO不与碱反应,不是酸性氧化物,故A项错误;NO2与水反应:3NO2+H2O====2HNO3+NO,N2与O2在放电的条件下反应生成NO,故B项错误;NO与O2发生反应:2NO+O2====2NO2,NO2与H2O反应生成NO,光化学烟雾主要是由NOx引起的,故C项正确;NO中氮的化合价为+2价,既可升高又可降低,既可以作氧化剂又可以作还原剂。【易错提醒】(1)NO不能和碱反应,是不成盐化合物;NO2和碱反应化合价发生了变化,所以二者均不是酸性氧化物。(2)N2和O2反应,不管量和条件如何变化,均只能生成NO。【典例2】在一定条件下,将NO2和O2的混合气体12mL通入足量水中,充分反应后剩余2mL气体(同温同压下),则原混合气体中氧气的体积为()世纪金榜导学号①1.2mL②2.4mL③3mL④4mLA.①②B.②③C.③④D.①④【思维建模】解答有关氮的氧化物与氧气混合气体通入水中后剩余气体计算问题的思维流程如下:【解析】选D。4NO2+O2+2H2O====4HNO3。若剩余的气体是O2,则V(NO2)=×(12-2)mL=8mL,V(O2)=12mL-8mL=4mL。若剩余的气体是NO(2mL)⇒6mLNO2,则V(O2)=×(12-6)mL=1.2mL。4515【母题追问】(1)盛有1molNO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中,剩余气体0.4mol,则NO与NO2体积比为多少?提示:1∶9。设n(NO2)=amol3NO2+H2O====2HNO3+NO气体减少3mol1mol2molamol(1-0.4)mola=0.9故NO与NO2体积比为1∶9。(2)1molNO和NO2混合气体中两者体积之比为1∶1,试管倒立于盛满水的水槽中,为使整个试管充满水,需通入多少O2?提示:0.5。通入的氧气的物质的量为×0.5mol+mol=0.5mol。340.54【规律方法】氮的氧化物溶于水的计算方法(1)NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应:4NO2+O2+2H2O====4HNO3,其计算如下表:x=反应情况所列方程0xO2过量,剩余气体为O222VNOVO（）（）22VNO4VOV1剩（）＝（）41x=反应情况所列方程x=恰好完全反应,无气体剩余xNO2过量,剩余气体为NO4122VNOVO（）（）22VNO4VO1（）（）4122VNO3V4VO1剩（）（）(2)NO和O2的混合气体溶于水时涉及反应:4NO+3O2+2H2O====4HNO3,其计算如下表:x=反应情况所列方程0xO2过量,剩余气体为O22VNOVO（）（）432VNO4VOV3剩（）＝（）x=反应情况所列方程x=恰好完全反应,无气体剩余xNO过量,剩余气体为NO2VNOVO（）（）432VNO4VO3（）＝（）432VNOV4VO3剩（）＝（）【迁移·应用】1.运载火箭的推进剂引燃后产生的气体主要是CO2、H2O、N2、NO,这些气体均为无色,但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红色烟雾。产生红色烟雾的原因是()A.高温下N2遇空气生成NO2B.NO遇空气生成NO2C.CO2遇NO反应生成CO和NO2D.NO和H2O反应生成H2和NO2【解析】选B。根据火箭喷出的大量红色烟雾可推知其应是NO2,而高温下N2与O2不能生成NO2。2.(2019·郑州高一检测)将盛有1molNO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中,再通入0.4molO2,充分反应后,整个试管充满水,则原混合气体中NO与NO2体积比为世纪金榜导学号()A.1∶2B.2∶5C.3∶7D.无法确定【解析】选C。设1molNO和NO2的混合气体中有amolNO和(1-a)molNO2,根据4NO+3O2+2H2O====4HNO3和4NO2+O2+2H2O====4HNO3可得:+=0.4,所以a=0.3,V(NO)∶V(NO2)=3∶7。3a41a4【补偿训练】1.将盛有N2和NO2混合气体的试管倒立于水中,经过足够长的时间后,试管内气体的体积缩小为原来的一半,则原混合气体中N2和NO2的体积比是()A.1∶1B.1∶2C.1∶3D.3∶1【解析】选C。将试管倒立于水中,只有NO2和H2O反应,生成的NO与不反应的N2为剩余气体。设原混合气体的体积为V,NO2的体积为x,根据差量法求解:3NO2+H2O====2HNO3+NOΔV减312x解得:x=,V(N2)=V-=,故V23V43V4V422VN1VNO3。2.把3体积的NO2气体,依次通过下列3个分别装有足量①NaHCO3饱和溶液,②浓硫酸,③Na2O2的装置后,用排水法把残留气体收集到集气瓶中,集气瓶内气体应是(同温同压下测定)()A.1体积NOB.2体积NO2和0.5体积O2C.2体积O2D.0.25体积O2【解析】选D。本题涉及的化学过程如下:第①步生成2体积CO2、1体积NO;第②步得到干燥的2体积CO2、1体积NO;第③步得到1体积NO