高中化学必修一 《氮的循环》物质的性质与转化PPT(第1课时自然界中的氮循环氮气和氮的氧化物)优质课

氮的循环
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 游离态
氮的固定
放电
化合态
如：N2+O2 N2+3H2 氮的固定
2NO 2NH3
高能固氮
生物固氮
自然固氮 人工固氮
NO与NO2的比较
NO
物理 性质 化学 性质 无色无味气体, 难溶于水，剧毒！
NO2
红棕色有刺激性气味气体， 能溶于水，剧毒！
2 ）硝酸的不稳定性 4 HNO3 ==== 2H2O+4NO2 ↑ +O2 ↑ 思考：
▲浓硝酸为什么常呈黄色？
硝酸分解发出的二氧化氮气体溶于硝酸 而使硝酸呈黄色 ▲如何保存硝酸？ 阴凉、避光（棕色试剂瓶）
受热或见光
3）氧化性（HNO3）
⑴硝酸与大部分的金属能反应
3Cu +8HNO3(稀）=3Cu(NO3)2+2NO ↑ +4H2O Cu +4HNO3(浓）=Cu(NO3)2+2NO2 ↑ +2H2O 3Mg+8HNO3(稀）=3Mg(NO3)2+2NO ↑ +4H2O
纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。
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
1） 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 2HNO3+CuO=Cu(NO3)2+H2O • 与某些盐起反应 2HNO3 +CaCO3=Ca(NO3)2 +CO2↑+ H2O • 与碱起反应 HNO3+NaOH=NaNO3+H2O
一水合氨很不稳定 △ NH 3· 2O == NH3↑ +H2O H

解析：二氧化氮溶于水后，发生如下反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，NO2 气体为红棕色，NO 气体无色。从反应的化学方程式可以看出，3 体积的 NO2 与水反应后，只生成 1 体积的 NO，随着反应的进行，试管内气压会减小，所 以试管内液面上升，A 正确；试管内气体由 NO2 转化为 NO，所以气体的颜 色逐渐变浅，直至消失，B 正确；试管内的 NO 与空气接触，生成 NO2，试 管口有红棕色出现，C 正确；反应后，试管内液体为稀硝酸，滴加石蕊试液， 溶液只变红不褪色，D 错误。 答案：D
1．下列关于自然界中氮循环(如图)的说法错误的是
()
A．碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环 B．含氮的无机物和含氮的有机物可以相互转化 C．仿生固氮和根瘤菌固氮均为天然固氮 D．氮元素有的发生氧化反应，有的发生还原反应 解析：仿生固氮是模仿生物将大气中的氮固定，非天然固氮，故 C 错误。 答案：C
第3节 氮的循环
第1课时 自然界中的氮循环 氮气和氮的氧化物
[素养发展目标]
1．通过自然界中的氮循环，了解氮循环的基本过程，能列举自然固氮与人工 固氮的过程，知道人工固氮对社会发展的重要意义，培养科学态度与社会 责任的化学学科核心素养。
2．认识氮循环过程中重要的含有氮元素的物质，能够对含有氮元素的物质进 行分类，形成宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
②
①×2＋②⇒4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
③
①×2＋②×3⇒4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
④
(2)氮的氧化物与氧气混合后溶于水的情况分析
①NO2 和 O2 的混合气体溶于水(足量)时，情况分析见下表：
气体比例
Hale Waihona Puke 剩余气体情况V(NO2)∶V(O2)＝4∶1 时 V(NO2)∶V(O2)＜4∶1 时

第2节 氮的循环
第1课时 自然界中氮的循环 氮气 一氧化氮和二氧化氮
雷雨发庄稼
【思考】 （1）闪电发生时，空气 里的氮气和有关的含氮化 合物之间发生了哪些反应， 产生了哪些物质？ （2）为什么说雷雨发庄 稼？
1.了解氮循环的基本过程，认识氮循环过程中的重 要物质以及人类活动对氮循环的影响，树立环保意 识。 2.了解氮的物理性质，掌握氮的化学性质。(重点)
（2）化学性质 ①与H2O反应： NO2与H2O反应
实验总结：
a.红棕色气体变为无色气体
现 b.集气瓶中水面上升到原体积的约三分之一处 象 c.让集气瓶内无色气体接触到空气，又变成红棕色
d.向溶液中滴入石蕊试液变成红色。
结 论
化学 方程 式
a.二氧化氮能与水反应生成无色气体一氧化氮，同 时生成酸性物质； b.一氧化氮易与氧气反应生成二氧化氮。
③化学性质 氮气的化学性质稳定，通常很难与其他物质发生反 应，在一定条件下能与氧气、氢气等物质反应。
Ⅰ.与氧气反应： N2＋O2 Ⅱ.与氢气反应: N2＋3H2
放电
2NO （表现还原性）
高温、高压 催化剂
2NH3
（表现氧化性）
氮气与氢气反应:
N2＋3H2
高温、高压 催化剂
2NH3
可逆反应：相同条件下，同时向正反两个方向
氨溶解于水仅是简单的溶解过程吗？ 氨水中如果滴加酚酞试液，氨水呈现红色说明了 什么？
喷泉实验
实验现象 实验操作 实验原理
烧杯中的水进入烧瓶形成喷泉， 烧瓶内液体呈现红色
挤压滴管的胶头，打开止水夹
使烧瓶内外在短时间内迅速产 生较大的压强差，利用大气压 将烧杯中的液体压入烧瓶内
结合比较牢固 D.跟氢气在一定条件下发生反应，氮气是氧化剂

1． 空气是由哪些成分组成的？其体积分数各是多少？
提示：N2：78%，O2：21%，稀有气体：0.94%， CO2：0.03%，其他：0.03%。
2．氮气的性质与相应的用途是什么？
提示：(1)化学性质稳定——作粮食、果瓜、焊接金属的保护气。 (2)不燃烧、不支持燃烧——灭火。 (3)与 H2 反应——制造硝酸、氮肥的原料。 (4)液态温度低、性质稳定、无毒——做冷冻麻醉剂。
)
解析：在反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 中，NO2 中 N 元 素为＋4 价，而 HNO3 中 N 元素为＋5 价，NO 中 N 元素为＋ 2 价，反应前后 N 元素化合价既升高又降低，故 NO2 既作氧 化剂又作还原剂。
答案：D
考查氮气的组成、结构、性质和制法
1.氮分子的结构 氮分子是由氮原子构成的双原子分子。由于氮分子中两个 氮原子之间共用三对电子，使每个原子都达到稳定结构，因此 氮分子的结构很稳定。
自然界中氮的循环
[新知探究] 探究 1 存在及应用
游离态 和_______ 化合态 。 (1)氮元素在自然界中的存在形式：_______ 5 个电子，在反应中易得 ___ 3 个电 (2) 氮原子最外电子层有 ___ －3 价。 子，显____ －3 、0、＋1、＋2、＋3、＋4、____ ＋5 。 (3)氮元素有多种价态：____
游离态 氮转化为_______ 化合态 氮的过程。 (1)定义：使_______
(2)分类：
高能 固氮 _____ 自然固氮 生物固氮 氮的固定 合成氨 人工固氮 仿生 固氮 _____
[必记结论] (1)N2 和 CO 的相对分子质量相同， 与空气接近， 故 N2、 CO 的密度与空气接近，实验室只能用排水法收集。 (2)氮分子中两个氮原子之间存在很强的作用力， 故 N2 性质 很稳定。 (3)可逆反应必须满足“两同”：①相同条件；②正反方向 同时进行。 (4)高能固氮指 N2 在雷电作用下生成 NO；生物固氮指植物 根瘤菌把 N2 转化成 NH4 、NO3 。

3. 在新疆和青海的交界处，有一处山谷，每当 牧民和牲畜进入后，风和日丽的晴天顷刻电闪雷 鸣，人、畜遭雷击而毙命，奇怪的是这里牧草茂 盛、四季常青，被当地人称为魔鬼谷。最近地 质工作者揭开了谜底—该地质表层处有一巨大磁 铁矿，当人畜进入后形成尖端放电。请同学们解 释牧草茂盛的原因，并用简单的化学方程式来表 示。
2NH3
2、一氧化氮和二氧化氮
氮的氧化物很多：如NO、 N2O、 NO2、 N 2O 3 、 N 2O 4 、 N 2 O 5等 (1）一氧化氮
无色、难溶于水的气体；在常温下能与氧气 反应生成二氧化氮气体。
缺点：NO结合血红蛋白的能力比一氧化碳还强， 更容易造成人体缺氧。 优点：一氧化氮分子作为一种传递神经信息的“信使分子” 在使血管扩张、免疫、增强记忆力等方面有着极 其重要的作用。
• 1、NO、O2和H2O反应
• 4NO+3O2+2H2O=4HNO3 • 2、NO2、O2和H2O反应
• 4NO2+O2+2H2O=4HNO3
【课堂练习】
1.下列几种固氮方式中属于人工固氮的有（ D ） 属于自然固氮的有（ A B ） A. 闪电时空气中的氮气转化为一氧化氮 B.豆科作物根瘤菌将氮气转化为化合态氮 C. NO 与 O2 反应制备NO2 D. 由 N2与3H2在一定条件下反应合成NH3 2.现有两个集气瓶它们分别盛装 O2与 NO气体， 你怎样通过最简单的方法将它们区别开？
二、氮循环中重要物质
1、氮气：常温下性质稳定，很难与其它物 （1）与氧气的反应
质反应。但在一定条件下，能与氧气、氢 气等物 质发生反应 注意：
N2 分子中 氮气与氧气在放电条件下直接化合生成 两个氮原子 一氧化氮气体 放电 共用三对电 N2 + O2 == 2NO 子，结构特 一氧化氮气体在常温下与空气中的氧气迅速化合， 别稳定 生成二氧化氮气体。二氧化氮溶解于水时与水反

毒性、状态
毒气体
味的有毒气体
水溶性
难溶于水
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
收集方法
排水法
向NO3＋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。
(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。
3．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
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。

平衡的重要性
硝化作用和反硝化作用之间的平衡对于维持自然界的氮素循环和 生态平衡具有重要意义。
影响因素
影响硝化作用和反硝化作用的平衡的因素包括环境条件、微生物活 性、土壤和水域的特性等。
平衡的维护
维护硝化作用和反硝化作用的平衡需要采取一系列措施，包括合理 使用化肥、控制土壤和水域的污染等。
05
氮的循环与环境
细菌完成。
氨化是将含氮有机物转化 为氨的过程，是许多植物 和微生物的重要营养来源
。
氮的循环的重要性
氮的循环对维持地球生态平衡具有重要意义 ，是生物圈中氮素循环的重要环节。
氮的循环对农业生产也具有重要意义，通过 合理利用和管理氮肥，可以提高农作物的产 量和质量。
同时，氮的循环也对全球气候变化产生影响 ，如过量排放含氮气体可能导致温室效应加 剧。
感谢您的观看
THANKS
应加剧，进而影响全球气候。
减少氮气排放、改善氮的循环利 用是减缓全球气候变化的重要措
施之一。
氮的循环与水体富营养化
水体富营养化是指水体中营养物质（如氮、磷等）过多，导致水生生物大量繁殖的 现象。
氮的循环过程中，过量的氮气排放和流失会导致水体富营养化。
控制氮的排放和合理利用是防治水体富营养化的重要措施之一。
硝酸盐
氨在有氧条件下被氧化成硝酸盐 ，这是植物生长所需的氮肥之一
，对农业非常重要。
硝酸
氨氧化成硝酸的过程会产生大量能 量，这是人类利用能源的一种方式 ，如通过汽车尾气中的一氧化氮和 氧气反应生成硝酸。
氮气
在自然环境中，氨通过生物固氮作 用和闪电等自然现象转化成氮气， 重新回到大气中，完成氮的循环。
04
反硝化作用
01

③对汽车尾气进行净化处理。
东京展出富士重 工电动汽车概念
车R1e
酸雨
酸雨的形成
酸雨的 危害
光化学烟雾
广 州
洛杉矶光化学烟雾
伦敦光化学烟雾
水体富营养化
被污染的河流
悲哀的海豚
【练一练】1、写出Ag与浓、稀硝酸的反应方程式 2、写出Fe与足量的稀硝酸的反应方程式
【小结】
①浓、稀硝酸均具有强氧化性；
2、化学性质
⑴不稳定性：
加热或光照
4HNO3 2H2O 4NO2 O2
[思考]为什么浓硝酸常呈黄色？
硝酸分解放出的二氧化氮气体溶于硝酸而使浓硝酸呈黄色。
[思考]浓HNO3如何保存？
保存在棕色试剂瓶，置于冷暗处。
(2)具有酸的通性:
⑶强氧化性： ①与金属的反应：
Cu片与浓硝酸反应的现象： Cu片逐渐溶解，有红棕色气体 放出，反应较快，溶液变为绿色。
中不可能形成喷泉的是（B）
A、HCl和H2O
B、O2和H2O
C、NH3和H2O
D、CO2和NaOH
（2）如果用图甲装置产生喷泉成败的关键原因是：
。
练课堂习
1. 打 开 盛 浓 硝 酸 的 试 剂 瓶 盖 ， 观 察 到 的 现 象
是
，原因是
。用两只玻璃棒
分别蘸取浓氨水和浓硝酸，现象是
，
反应的化学方程式为
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
氮在自然界中的循环示意图
思考：氮循环过程中的重要物质有哪些？
N2、氮的氧化物、氨气、氨盐、HNO3
N2O5 HNO3 NO2 N2O4 N2O3 HNO2 NO

答:若剩余的是 NO,则原混合气体中 NO2 和 O2 的体积分别为 9.2
mL 和 0.8 mL。若剩余的是 O2,则原混合气体中 NO2 和 O2 的体积分
别为 6.4 mL 和 3.6 mL。
课堂篇探究学习
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
课堂篇探究学习
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
1.下列属于人工固氮的化学反应是(
O2的体积比为4∶3时水可以充满试管,需通入7.5 mL O2。
课堂篇探究学习
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
知识归纳
氮的氧化物溶于水的计算
(1)氮的氧化物溶于水的反应分析
2NO+O2
2NO2①
3NO2+H2O
2HNO3+NO②
由①+②×2 得 4NO2+O2+2H2O
当体积比V(NO2)∶V(O2)
第3节 氮的循环
第1课时
自然界中的氮循环
氮气和氮的氧化物
-1-
1.通过了解自然界中氮循环的基本过程,逐步认识氮循环过程中
的重要物质。
2.知道氮气在一定条件下能够与氧气、氢气发生反应,了解氮的
固定的相关知识,体会合成氨过程中的科学态度与社会责任的
核心素养。
3.熟知一氧化氮和二氧化氮的性质,通过反应了解自然界中形成
答案:B
解析:N2不能在O2中燃烧,与O2在放电条件下反应生成NO,B错;氮
气与氢气反应时,氮元素的化合价降低,氮气做氧化剂,D对。
课堂篇探究学习
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
氮的氧化物溶于水的计算
问题探究

NO3
氮素化肥
雷雨与肥料
空气的成分
肥料的种类
固氮的途径
思考讨论: 雷雨又是如何将空气中氮气的生成肥料 的,它的成分是什么 ？
化学固氮困难的原因
试从氮气分子的结构分析: 为什么固氮非常困难呢?
科学证明：拆开1mol 需 要945.8kJ能量， 拆开1molCl—Cl键只需要247kJ的能量
氮气的性质及用途

实验探究二:
操作：用盛有NO2注射器吸入一定量的水。然后 塞上橡皮塞，振荡注射器之后，再次打开橡 皮塞吸入一定量的空气，向注射器内溶液中 加石蕊试液。 现象：先红棕色→无色后由无色→红棕色;溶液 变为红色 结论：3NO2+H2O=2HNO3+NO
自然界的固氮
雷雨天氮的循环:
N2
O2 放电
NO
O2
水
矿物质
NO2
HNO3
NO3－盐
板书设计:
第二节 氮的循环
被氧化
NO3
-
N2
被还原
N2 + O2 = 2NO 2NO + O2 = 2NO2 雷电固氮 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
高温、高压
NH3、NH4+ N + 3H 2 3 催化剂
2NH3 合成氨
课堂检测
完成学案上随堂练习的3个小题和课
山东科技出版社高中化学必修一
第三章第二节
氮的循环
（第一课时）氮气及氮的固定
一氧化氮 和二氧化 氮
铵与铵态 氮肥
硝酸
氮气
水体 富营 养化
自然界中 的循环
氮循环中 的重要物质
氮的循环
人类活动对 氮循环和环 境的影响

2、氮的氧化物
+1 +2 +3 +4 +4 +5
N2O、NO、 N2O3、 NO2、N2O4、N2O5 (1)一氧化氮： 无色、有毒、难溶于水的气体。 氧化氮遇空气立即变为红棕色。
2NO + O2 = 2NO2
(2)二氧化氮： 红棕色、有毒、有刺激性气 味的气体，易溶于水。
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
（2）特性： ①不稳定性:
密封保存在 棕色试剂瓶中,并放在 冷暗处！
4NO2↑ + O2↑ +2H2O
4HNO3
△
或光照
硝酸应如何保存？ 久置浓硝酸为什么呈黄色？
浓硝酸因溶有NO2而呈黄色。
②强氧化性：
实验2、
剧烈反应,铜不断溶 解，产生红棕色气体， 溶液变为绿色。 反应从慢到快，铜在 不断的溶解，产生无色气 体在试管上部变为红棕色， 溶液变为蓝色。
②与碱反应生成氨气 NH4+ + OH- = NH3· H2O NH4+ + OHNH3↑+ H2O
产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝.
检验NH4+离子的方法：
取试样加NaOH溶液，加热，用 湿润的红色石蕊试纸检验，若试纸变 蓝，证明（NH4）2SO4 NH4HCO3
天上
N2
NO NO2
人间
NH3
HNO3
地下
NH3 、NH4
+、 NO
—
3
二、氮循环中的重要物质
.. … … N
放电
１、氮气
（1）物理性质：
N
无色、无气味的气体；难溶于水；密度比空气稍小。 （2）化学性质 ： 氮气的化学性质很不活泼。 氮气可用作保护气，充填灯泡。 N2 + O2 2NO

氮元素除了以氮气的形式存在空气中外，还以哪些 形式存在于自然界中
一、氮在自然界中的循环
图1 氮在自然界中的循环示意图
二、氮循环中的重要物质及其变化
(一）氮气与氮的固定 1、氮气的性质
结构
化学性质 稳定，很难与其他物质反应
用途
2、氮的氧化物
N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5
俗语说“雷雨发庄稼”，这句话隐含着什么原理？
氨气是唯一的碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸 变蓝（检验氨气） 产生喷泉的原理： 两个容器通过连接管组成连通
器，装有液体的容器压强远大于另一个容器的压强 (即产生较大的压强差），就会产生喷泉 喷泉实验失败的原因 ◇收集的氨气不纯或较少
◇收集氨气时烧瓶潮湿
◇烧瓶装置气密性不好
◇导管过长
◇其他
2、氨跟酸的反应 NH3+HCl=NH4Cl （白烟） NH3+HNO3=NH4NO3 （白烟） 2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4
氨气和氯气接触发生反应的方程式是什么？ 在 纯氧中燃烧如何反应？
①2NH3+ 3Cl2= N2+ 6HCl （氨气不足） ② 8NH3+ 3Cl2= 6NH4Cl+N2（氨气过量） NH3在纯氧中点燃即可燃烧，通常产物是N2和水
4NH3＋3O2＝2N2＋6H2O
氨在纯氧中燃烧 氨氧化炉（中间是铂铑合金网）
加热或光照
4HNO3 2H2O NO2 O2
如何保存浓硝酸？
②强氧化性
与金属反应：
4HNO3 (浓) Cu Cu(NO3 )2 2NO2 2H2O 8HNO 3 (浓) 3Cu 3Cu(NO3 )2 2NO 4H2O
研 ❖铁在稀浓硝酸中的反应方程式有哪些情况？ 讨 ❖浓硝酸为何可装在铁质或铝质容器中？

【解析】选D。NO易与空气中的氧气反应，所以NO不能用排空 气法收集；CO的密度与空气密度相差不大，通过排空气法难以 收集到纯净的CO气体；若气体从右管进入可知该气体比空气的 密度大且是无色气体，故只有SO2符合。
二、氮的氧化物与O2的混合物溶于水的相关计算 NO和NO2是两种重要的氮的氧化物，是工业制取硝酸的中间产 物。最大程度地吸收氮的氧化物可以充分利用原料，并减少污 染物的排放。结合NO和NO2的性质探究以下问题。
体积比为4∶1时可完全溶于水生成硝酸。
3．向一支充有10 mL NO的试管中通入多少O2才能使水充满整 个试管？
【思路分析】该题也应采用方程式加和的方法，使方程式加和
后右边不剩余任何气体，左边只剩余NO和O2。 提示：已知
2NO+O2====2NO2
①
3NO2+H2O====2HNO3+NO
②
由方程式①×3+②×2得：
4．发射“天宫”一号的运载火箭，其推进剂引燃后发生剧烈 反应，产生大量高温无色气体(CO2、H2O、N2、NO)从火箭尾部 喷出。但在发射现场看到火箭尾部喷出大量红棕色的气体，产 生红棕色的气体的原因是( ) A．NO遇空气生成NO2 B．高温下N2遇空气生成NO2 C．CO2与N2反应生成CO和NO2 D．NO和H2O反应生成H2和NO2 【解析】选A。从产生的气体中可以看出能变红棕色的情况就 是NO遇空气生成NO2。
1．食品包装袋中充入氮气的原因是什么？ 提示：N2性质稳定，利用氮气做保护气可防止食品被空气中的 氧气氧化，以达到长期保存的目的。 2．在NO2与H2O的反应中，NO2的作用是什么？ 提示：NO2与水反应中，N的化合价既升高生成硝酸又降低生成 NO，所以NO2既是氧化剂又是还原剂。 3．2NO+O2====2NO2属于氮的固定吗，为什么？ 提示：不属于。氮的固定是把游离态的氮(即氮气单质)转化为 化合物的过程，所以上述反应不是氮的固定。