第三章 第二讲 氮的循环 Word版含解析
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高一化学自然界中的元素氮的循环一. 教学内容:第3章第2节氮的循环二. 教学目的1. 能简要说明氮循环的基本过程,知道固氮的本质以及生物固氮和人工固氮这两种固氮形式。
2. 了解氮循环过程中的重要物质以及人类活动对氮循环和环境的影响(知道酸雨、光化学烟雾和富营养化等环境问题)3. 能列举含氮元素的单质及其化合物了解氮气、氨气、铵盐及硝酸的主要物理性质和化学性质,知道NH4的检验方法和氨气的实验室制法,能书写相关反应的化学方程式。
三. 教学重点、难点氮气、氨、铵盐和硝酸的性质四. 知识分析空气中的主要物质?植物生长需要的主要元素?(一)氮在自然界中的循环和存在形式1. 氮元素在自然界中的存在形式自然界中氮元素存在的形式一种是游离态,如N2,一种是化合态,如铵盐、硝酸盐、氨、蛋白质等。
2. 氮在自然界中的循环(1)氮在自然界中的循环的基本过程自然界里,空气的氮气转化为植物可以直接吸收含氮化合物的两种主要形式,豆科植物的根瘤菌把N2转化为硝酸盐;闪电使少量N2与O2化合生成NO,随之变为硝酸随降水进入土壤和水体。
植物的根从土壤中吸收铵盐、硝酸盐,经过复杂的生物转化,形成了各种氨基酸,氨基酸最后变成蛋白质。
动物以植物为食而获得植物蛋白,并将其转化为动物蛋白,动物遗体中的蛋白质被微生物分子分解成铵离子、硝酸根和氨,又回到了土壤和水体中,被植物再次吸收利用。
(2)氮循环的重要意义由于存在着氮元素的循环,其他生命元素的循环,以及水的循环,地球的生命才生生不息,生机勃勃。
(二)氮循环的重要物质及其变化1. 氮气(1)物理性质无色无味的难溶于水的气体;密度比空气小,在空气中约占总体积的78%,占其它质量的75%。
(2)分子结构两个氮原子之间的强烈作用,要破坏这种牢固的结合,需要很高的能量。
常温下,N2的化学性质很不活泼,但在高温、放电、点燃等条件下能与O2、Mg、H2等反应。
(3)化学性质①与O2反应:N2+O2=2NO ②与H2反应:N2+3H2=2NH3③与Mg的反应:N2+3Mg=Mg3N2温馨提示:●由于N2的化学性质不活泼,所以N2与其它物质的反应,需特别注意标明条件。
氮循环氮循环是自然界中重要的生物化学循环之一,主要涉及氮在大气、土壤、水体和生物体之间的转化过程。
氮是构成生物体的基本成分之一,对维持生物体的生长和繁殖起着重要的作用。
尽管氮在地球上的存在量是相对丰富的,但氮的利用和转化并不容易,因为大气中的氮气(N2)对大多数生物体是不可利用的。
氮的循环过程可以分为氮固定、氮硝化、氮还原和氮脱氧四个主要环节。
首先是氮固定的过程。
氮固定是指将大气中的氮气转化为可供生物利用的形式,主要由两种方式完成:生物固氮和非生物固氮。
生物固氮主要是通过一些特殊的细菌和蓝藻完成的,它们能够将大气中的氮气固定为氨(NH3)或硝酸盐(NO3-)等形式。
非生物固氮是指氮的人为固定过程,主要包括工业固氮和农业固氮。
工业固氮是指通过工业化的过程将氮气转化为氨或尿素等化合物,用于农业生产或其他用途。
农业固氮是指通过农业实践,如植物和微生物的共生关系,将氮气转化为可供植物吸收的形式。
接下来是氮硝化的过程。
氮硝化是指将氨或亚硝酸盐(NO2-)转化为硝酸盐的过程。
这个过程主要由一些氧化细菌完成,最终产生的硝酸盐可供植物吸收。
氮硝化是一个氧化过程,需要氧气作为电子受体,而产生的亚硝酸盐则是进一步氧化的中间产物。
然后是氮还原的过程。
氮还原是指将硝酸盐还原为亚硝酸盐、氨或一氧化氮(NO)等形式的过程。
这个过程主要由一些还原细菌完成,还原细菌可以利用硝酸盐作为电子受体来进行能量代谢。
在有缺氧的环境下,氮还原是一个重要的能量供应途径,同时还可以产生一些氮气。
最后是氮脱氧的过程。
氮脱氧是指将氨、亚硝酸盐或硝酸盐等形式的氮还原为氮气的过程。
这个过程主要由一些脱氧细菌完成,这些细菌能够利用还原形式的氮来进行能量代谢,并产生氮气作为代谢产物。
氮脱氧是一个重要的过程,可以防止氮积累过多从而对环境造成污染。
总之,氮循环是一个复杂而重要的生物化学循环,通过氮固定、氮硝化、氮还原和氮脱氧等过程,实现了氮在大气、土壤、水体和生物体之间的循环转化。
第2节氮的循环本节分析知识脉络氮及其化合物是元素化合物知识的重要组成部分。
本节教材通过闪电这一自然现象,激发学生思考自然界中的含氮物质,通过自然界中的氮循环,引出氮循环中的重要物质——氮气、NO、NO2、氨、铵盐、硝酸等,然后通过观察思考、实验探究认识这些重要物质的性质、用途。
在学习过程中了解人类活动对自然界氮循环和环境的影响。
本节教材内容知识框架教材特点从培养学生终身发展所必备的知识和能力出发,重点介绍重要代表物的性质与用途,同时注重培养学生的观察能力和综合分析问题的能力。
课时分配:共2课时第1课时自然界中的氮循环氮气、一氧化氮和二氧化氮整体构思教学目标1.课标要求(1)掌握氮气的化学性质(与氧气、氢气的反应)(2)了解一氧化氮、二氧化氮的物理性质(3)掌握一氧化氮与氧气的反应,二氧化氮与水的反应(4)认识氮循环对维持生态平衡的作用2.三维目标(1)知识与技能①了解自然界中的氮循环及人类活动对氮循环的影响;②通过了解生物固氮和人工固氮形式,认识N2、NO、NO2的性质。
(2)过程与方法①培养学生搜集信息、处理信息的能力;②培养学生探究、观察、总结、分析问题的能力。
(3)情感态度与价值观①通过介绍合成氨发展的艰辛历程,体会从实验室研究到工业生产的过程,渗透化学与技术关系的教育;②通过介绍酸雨,光化学烟雾和富营养化等环境问题,了解人类活动对氮循环的影响,树立保护环境的意识。
教学分析1.教材分析本节教材是以氮元素在自然界存在的形式为背景,引发学生联想自然界中的“闪电”现象,让学生带着“闪电时,空气中的氮气发生了哪些化学变化?变化过程产生的物质对人类的生活与生产有什么意义?”等质疑进入自然界中氮循环的学习,并以氮循环中N2、NO、NO2、HNO3、NH3、铵盐等重要的物质的性质及相互转化为核心知识,同时联系环境保护问题,让学生初步了解人类活动对自然界氮循环和环境的影响。
教材采用了“从自然界→化学→社会→实验室→社会生活”教学脉络,进一步拓宽了学生认识元素与物质的视野,为今后构建重要的元素及物质的知识网络奠定重要基础。
第2节氮的循环1氮在自然界中的循环1.自然界中氮元素循环示意图(1)游离态T化合态①是豆科植物根部的根瘤菌,把氮气转变为硝酸盐等含氮化合物;②放电条件下,与氧气结合为氮氧化合物,并随降水进入水体中;③合成氨工厂、汽车发动机都可以将一部分氮气转化成化合态。
(2)化合态T游离态:硝酸盐在某些细菌作用下转化成氮气。
(3)化合态-化合态:化石燃料燃烧、森林和农作物枝叶燃烧所产生的氮氧化合物通过大气进入陆地和海洋,进入氮循环。
3.氮气与氮的固定(1)氮气的物理性质:无色无味气体,难溶于水,与空气密度相近。
(2)氮气的化学性质:① 与Q 的反应在放电条件下,氮气跟氧气能直接化合生成无色的一氧化氮( NQ 。
反应式为:N +Q 竺昱2NQ说明:在雷雨天气,汽车的发动机中均可以发生该反应。
在该反应中, 表现出还原性。
② 与H 反应咼温、咼压N+3冬催化剂2曲说明:a 该反应是工业上合成氨的反应原理,具有非常重要的现实意义。
在 该反应中,2表现出氧化性。
b 在氮气跟氢气反应生成氨的同时,氨气也在分解生成氮和氢气。
像这样同时向正反两个方向进行的反应称为可逆反应。
在可逆反应的化学方程式中用(3)氮的固定将空气中游离的氮转变成氮的化合物的方法叫做氮的固定。
②分类:「高能固氮(闪电,约占10%) 广自然固氮< 生物固氮(约占90%)合成氨L 人工固氮3I 仿生固氮①定义: 氮的固定(3) NO和NO2氨与铵态氮肥1 .氨(1)物理性质:无色、有刺激性气味比空气轻;极易溶于水,在常温、常压下1体积水能溶解约700体积氨气。
(2)化学性质:①碱性:氨与水、酸反应时显碱性与水反应:NH+ HO =^NH • H2^=^NH++ OH与酸反应:NH+ HCI= NHCI说明:a氨溶于水,大部分与水结合成一水合氨(NH • H0), —水合氨少部分电离,因此,氨水显弱碱性。
氨气是中学阶段唯一的一种碱性气体,利用这一点,可以检验NH。
第1讲氮的循环第二节氮的循环(1)氮气的物理性质:在通常状况下,氮气是一种无色无味、难溶于水的气体。
在空气中约占其体积的78%(2)化学性质:在通常情况下,氮气的化学性质不活泼,很难与其他物质发生反应。
但在一定条件下,氮气能与氧气、氢气等物质发生反应。
反应方程式:(3)使空气中游离态的氮转化为含氮化合物的方法叫氮的固定,简称固氮。
分为自然固氮和人工固氮。
(4)氮的氧化物有六种:N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5 。
NO是无色、难溶于水的气体,易被空气中的氧气氧化为NO2:______________ ;NO2是红棕色、有刺激性气味有毒的气体,易溶于水,重要的反应有:(5)氨是没有颜色、有刺激性气味的气体,比空气轻,极易溶于水而且能快速溶解,在常温下1体积水大约能溶700体积的氨气。
易液化,常作制冷剂。
(6)氨的喷泉实验要成功,需保证烧瓶和烧杯液体之间有足够大的压强差,为此需注意三方面:①氨气要收集满②氨和烧瓶都要干燥③气密性要良好(7)氨的化学性质:a、与水反应______________________,溶液显碱性。
b、与酸反应NH3+HCl==NH4Cl 将分别蘸有浓盐酸和浓氨水的两根玻璃棒靠近(不要接触),会有白烟产生,原因是挥发出来的HCl和NH3两气体相遇,生成了NH4Cl固体小颗粒。
这也是检验氨气的方法之一。
c、与O 2反应______ ___________________(8)氨的实验室制法原理:装置:固——固反应加热装置(与制取O2装置相同)收集方法:只能用向下排空气法干燥方法:用碱石灰、固体NaOH等检验方法:①用湿润的红色石蕊试纸(变蓝)②蘸有浓盐酸的玻璃棒接近瓶口(产生白烟)棉花团的作用:防止NH3与空气形成对流,提高了收集NH3的纯度。
(9)铵盐都是白色晶体,都溶于水。
不稳定,受热易分解:与碱反应都能生成氨气,离子方程式为:,产生的气体能使红色石蕊试纸变蓝,故一般用这个原理来检验铵盐。
第三章第二节氮的循环(1)一、氮气及氮的氧化物1.氮气占空气体积的。
在放电条伴下跟氧气化合生成NO直接跟化合生成化学方程式:N2分子的结构很,N2化学性质。
2.N2的化学性质N2 + H2→N2 + O2→N2+Mg→氮的固定是指的方法,氮的固定主要有自然固氮和人工固氮。
自然固氮的途径主要有两种:和,人工固氮包括和练习1、起氮的固定作用的化学反应是()A .NH3经催化氧化生成NOB .NO与O2反应生成NO2C .N2与H2在一定条件下反应生成NH3 D. NH3与NO2作用生成N23.NO的性质无色有毒、不溶于水的气体,能与血红蛋白作用。
NO + O2→不与碱作用生成盐,为不成盐氧化物。
4.NO2的性质(1)______色有毒、有_______气味的气体。
(2)二氧化氮与水反应:练习2、将盛有氮气和二氧化氮混合气体的试管倒立于水中,经过足够时间后,试管内气体体积缩小为原体积的一半,则原混合气体中氮气和二氧化氮的体积比是。
[思考]1.在新疆与青海交界处有一山谷,人称“魔鬼谷”。
经常电闪雷鸣,狂风暴雨,把人畜击毙。
然而谷内却是牧草茂盛,四季常青。
这是为什么?2. Murad等三位教授最早提出NO分子在人体内有独特功能,近年来此领域研究有很大发展,因此这三位教授荣获1998年诺贝尔医学及生理学奖。
关于NO的下列叙述不正确的是()A.NO可以是某些含低价N物质的氧化产物B.NO不是亚硝酸酸酐C.NO可以是某些高价N物质的还原的产物D.NO是红棕色气体[思考]3.NO2是否时硝酸的酸酐?说明理由。
填表:二、31、物理性质:色有气味的气体,密度比空气,溶于水且能快速溶解,常温常压下1体积水能溶解约体积氨气。
(1)练习3会看到烧瓶中的液体呈喷泉状喷出,最终几乎充满整个烧瓶。
则a和b不可能是()A、HCl和水B、O2和水C、NH3和水D、CO2和NaOH2、氨的化学性质(1)NH3与水的反应。
NH3·H2O很不稳定,受热会分解。
氮及其化合物一、选择题1. 解析 硝酸是一种具有强氧化性的强酸,并且浓度越大,氧化性越强。
浓硝酸可使蓝色石蕊试纸先变红后退色,故选项A 错;硝酸是一种氧化性酸,可氧化很多还原性物质,所以硝酸与Na 2S 反应不能生成H 2S ,与Na 2CO 3反应能生成CO 2,所以选项B 、C 错;选项D 准确。
2.答案 C 解析 A 项,NO 在空气中不能稳定存有,易被O 2氧化为NO 2;B 项,n (NO)=1 mol ×23=23mol ,N (NO)=23N A ;C 项,pH =1时,NO -3氧化Fe 2+;D 项,溶液变黄,Fe 被HNO 3氧化为Fe 3+。
3. 解析 1个NH 4+中含有10个电子,A 错;NH 4+中N 元素的化合价为-3价,化合价最低在氧化还原反应中常作还原剂;B 错误;0.1 L 3 mol·L -1的NH 4NO 3溶液中的氮原子数为0.6 N A ;C 准确;铵根离子中,氮与氢原子之间为共价键,D 错。
答案 C4.解析 3体积的NO 2通过饱和NaHCO 3溶液,发生的反应有3NO 2+2NaHCO 3===2NaNO 3+H 2O +NO +2CO 2,剩余气体通过浓硫酸后除去H 2O ,通过Na 2O 2时发生反应2Na 2O 2+2CO 2===2Na 2CO 3+O 2,此时剩余气体为1体积O 2和1体积NO ,排水法收集气体时发生反应4NO +3O 2+2H 2O===4HNO 3,显然O 2过量,剩余14体积O 2。
答案 C 5. 答案 B 解析 蛋白质遇浓硝酸显黄色,此反应常用于检验蛋白质,A 准确。
NH 4Cl分解生成的HCl 和NH 3遇冷又生成NH 4Cl(在试管中凝结),B 错。
NO 2不溶于CCl 4,Br 2易溶于CCl 4,根据CCl 4层的颜色区分红棕色气体是NO 2或是Br 2,C 准确。
在常温下,稀硝酸能氧化铜,而浓硫酸不能氧化铜,由此可推出稀硝酸的氧化性强于浓硫酸,D 准确。
6.解析 因为常温常压下在1 L 水中NO 2可溶解40 L ,即易溶于水,所以在吸收装置中需要防止倒吸,只有B 中不能防止倒吸。
答案 B二、非选择题7. 答案 (1)4NH 3+5O 2=====催化剂△4NO +6H 2O(2)放热(3)浓硫酸 生成的NO 与O 2反应生成NO 2,NO 2与水反应生成HNO 3,NH 3与HNO 3反应生成了NH 4NO 3(4)1 NH 4Cl 与HCl 反应生成氧气(合理答案即可)解析 氨的催化氧化,首先要制备NH 3和O 2,可得出装置1的作用:制备NH 3和O 2。
在装置2中NH 3和O 2在催化剂、加热条件下,反应生成NO 和H 2O 。
(3)利用装置3除去H 2O 及未反应的NH 3,在装置4中NO 被氧化为NO 2。
若取消装置3,在装置4中生成的NO 与O 2反应生成NO 2,NO 2与水反应生成HNO 3,NH 3与HNO 3反应生成了NH 4NO 3。
(5)装置5是制备NH 3和O 2。
8. 解析 本题探究NO 与过氧化钠的反应,实验设计必须考虑如下因素:①产生NO 时,要除尽装置中的空气;②装置必须干燥,防止水与过氧化钠反应;③排尽装置中的二氧化碳,防止二氧化碳与过氧化钠反应;④采取措施,防止空气进入装置。
新信息挖掘:反应①暗示如果产物中有硝酸钠,受热会产生氧气;信息②暗示若D 中固体呈黄色,一定有硝酸钠、亚硝酸钠以外的物质生成;亚硝酸钠具有还原性,加入强氧化剂如酸性高锰酸钾溶液,会发生反应,高锰酸钾溶液由红色变成无色。
信息③暗示亚硝酸钠溶液呈弱碱性,若产物溶于水呈强碱性,说明有强碱生成。
若显中性,说明没有亚硝酸钠生成。
由以上分析,若Na 2O 2已反应完全,D 中固体产物溶于水,溶液显强碱性说明含有Na 2O ,向溶液中加入酸性KMnO 4溶液,紫色退去,说明存有还原性物质,即可能有NaNO 2,D中白色固体产物密闭加热部分变为淡黄色,说明其中还有NaNO 3,2NaNO 3=====△2NaNO 2+O 2↑、生成的O 2再次把Na 2O 氧化为Na 2O 2而显淡黄色,由此可知Na 2O 2与NO 反应的产物有NaNO 3、NaNO 2和Na 2O ,其反应的化学方程式为:2Na 2O 2+2NO===NaNO 3+NaNO 2+Na 2O答案 (1)使碳酸钙与稀硝酸反应生成CO 2,排除装置中的空气(2)NaOH 溶液 浓硫酸 防止空气中的CO 2、水蒸气进入装置D 中,干扰产物的判断 (3)将带火星的木条放在E 装置的气体出口处,观察木条是否复燃,若复燃,则说明有氧气生成;若不复燃,说明无氧气产生(4)Na 2O 、NaNO 2(5)NaNO 3 2Na 2O 2+2NO===NaNO 3+NaNO 2+Na 2O氮及其化合物化学辅导第九周资料(2016-11-9)辅导老师__________辅导学生___________________________________________________一、选择题1.下列相关硝酸化学性质的叙述中,准确的是 ( )。
A .浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色B .硝酸能与Na 2CO 3反应,但不生成CO 2C .硝酸可与Na 2S 反应制得H 2S 气体D .浓硝酸因分解放出的NO 2又溶解于硝酸而呈黄色2.下列说法准确的是( )。
A .CO 、NO 、NO 2都是大气污染气体,在空气中都能稳定存有B .1 mol Cu 和足量稀HNO 3反应产生N A 个NO 分子(N A 为阿伏加德罗常数)C .pH =1的溶液中,Fe 2+、NO -3、SO 2-4、Na +不能大量共存D .铁溶于稀HNO 3,溶液变黄,发生离子反应为3Fe +8H ++2NO -3===3Fe 2++2NO ↑+4H 2O 3.铵盐是一类重要的氮的化合物,设N A 表示阿伏加德罗常数的值,下列叙述准确的是( )。
A .1 mol NH 4+含有的电子数为11N AB .NH 4+中N 元素的化合价为-3,在氧化还原反应中常作氧化剂C .0.1 L 3 mol ·L -1的NH 4NO 3溶液中氮原子数等于0.6N AD .硫酸铵中既含有离子键,又含有共价键,而氯化铵中只含有离子键4.把3体积NO 2气体依次通过①饱和NaHCO 3溶液;②浓硫酸;③Na 2O 2后(假设每一步的反应都是充分的),再用排水法收集残留气体,则收集到的气体是( )。
A .1体积NOB .1体积NO 2和12体积O 2 C.14体积O 2 D.13体积NO 5.氮的多样性主要体现在含氮化合物及其性质的多样性上,下列说法不准确的是( )。
A.用浓硝酸与蛋白质的颜色反应鉴别部分蛋白质B.实验室可采用如图所示装置制取NH3C.实验室可用CCl4检验NO2和溴蒸气D.在常温下,稀硝酸的氧化性强于浓硫酸的6.已知常温常压下在1 L水中可溶解40 L NO2,NO2能与NaOH溶液发生反应:2NaOH+2NO2===NaNO3+NaNO2+H2O。
以下各种尾气吸收装置中,不适合吸收NO2气体的是( )二、非选择题7.某兴趣小组用如图装置探究氨的催化氧化。
(1)氨催化氧化的化学方程式为______________________________________________。
(2)加热玻璃管2一段时间后,挤压1中打气球鼓入空气,观察到2中物质呈红热状态;停止加热后仍能保持红热,该反应是________反应(填“吸热”或“放热”)。
(3)为保证在装置4中观察到红棕色气体,装置3应装入________;若取消3,在4中仅观察到大量白烟,原因是_________________________________________________________。
(4)为实现氨的催化氧化,也可用装置5替换装置________(填装置代号);化合物X为________(只写一种),Na2O2的作用是____________________________。
8.某化学活动小组想通过如图所示装置(夹持装置已略去)实行实验,探究Na2O2与NO反应的产物。
实验前,他们查阅相关资料得到如下信息:①2NaNO 3=====△2NaNO 2+O 2↑;②NaNO 2为白色粉末状固体,既有氧化性又有还原性;③NaNO 2溶液显弱碱性(原因:强碱弱酸盐的水解)。
实验开始时,先在A 装置中加入适量的碳酸钙和足量稀硝酸,待不再有气体产生时,将铜丝插入稀硝酸中。
请回答下列问题:(1)A 装置中放入碳酸钙的目的是_____________________________________。
(2)装置B 、C 中的试剂分别是:B________、C________,E 的作用是______________________________________________________________。
(3)如何检验反应中是否有氧气生成? _______________________________。
(4)假如Na 2O 2已反应完全,为确定D 中固体产物的成分,甲同学将固体溶于水后,经测定发现溶液显强碱性,再向溶液中加入酸性高锰酸钾溶液,紫色退去。
由此现象推断固体产物中可能含有的物质是________(填化学式)。
(5)乙同学取适量固体于试管中密闭加热,发现白色固体部分变为淡黄色。
此现象说明固体中还可能含有的成分是________(填化学式)。
根据以上推测,请写出Na 2O 2与NO 反应的化学方程式_________________________________。