学年鲁科版必修1第3章第2节氮的循环(第1课时)学案

学年鲁科版必修1第3章第2节氮的循环（第1课时）学案

第1课时 自然界中氮的循环 氮的氧化物

[课标要求]

1．经过自然界中氮的循环，了解氮循环的基本进程，看法氮循环中的重要物质。

2．了解氮气的性质，了解氮的固定的相关知识。

3．了解氮的氧化物(一氧化氮和二氧化氮)的物理性质和化学性质，了解自然界中构成硝酸的进程。

1．氮的固定是指使空气中游离态的氮转化为含氮化合物。

2．工业分解氨反响的特点：高温、高压、催化剂、可逆反响。

3．一氧化氮是无色、无味、有毒、难溶于水的气体，在空气中迅速变

成红棕色。

4．二氧化氮是红棕色、有抚慰性气息、有毒、能与水反响的气体。

5．主要的化学方程式：

2NO＋O2===2NO2

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

N2＋3H2高温、高压催化剂2NH3

自然界中氮的循环 氮气

1．氮元素的存在及运用

(1)氮元素在自然界中的存在方式：游离态和化合态。

(2)氮原子最外电子层有5个电子，在反响中易得3个

电子，显－3价。

(3)氮元素有多种价态：－3、0、＋1、＋2、＋3、＋4、＋5。

(4)氮元素是一种营养元素，是组成蛋白质的重要元素。

2．自然界中氮的循环

3．人类活动对氮循环的影响

(1)氮气―――――――→化学方法氨―→氮肥、硝酸等含氮化合物。

(2)熄灭反响发生的氮氧化物参与氮的循环。 4．氮气的物理性质

在通常状况下，氮气是一种无色、无味、不溶于水的气体，密度与空气相近，约占空气体积的78%。

[特别提示] N2和CO的相对分子质量相反，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搜集。

5．氮气的化学性质

(2)工业上常用氮气和氢气反响分解氨，此反响是可逆反响。

[特别提示] (1)氮分子中两个氮原子之间存在很强的作用力，故N2性质很动摇。

(2)可逆反响必需满足〝两同〞：①相反条件；②正反方向同时停止。

6．氮的固定

(1)概念：使空气中游离态的氮转化为化合态氮的进程。

(2)主要分类

①自然固氮：如高能固氮、生物固氮等；

②人工固氮：如分解氨、仿生固氮等。

[特别提示] 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NH＋4、NO－3。

1．判别正误。

(1)化合态的氮元素只显一种价态( )

(2)游离态氮转化成化合态氮时，氮元素被氧化( )

(3)NH＋4、NH3、NO－3中氮元素均显－3价( )

(4)实验室可用排空气法搜集N2( )

(5)N2在通常状况下与O2反响生成NO2( )

(6)分解氨反响属于自然固氮中的高能固氮( )

答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×

2．自然界中存在着许多元素的循环，如下图循环的元素是( )

A．氢 B．碳 C．氮 D．硫

解析：选C 氮元素在地球的大气圈、岩石圈和生物圈中都有普遍的散布，由图中分解氨、氨或铵盐、亚硝酸盐等可判别循环的元素是氮。

3．以下表达中与氮的固定有关的是( )

A．工业分解氨

B．工业上将氨转化成硝酸和其他氮的氧化物

C．豆科植物的根瘤菌吸收空气中的氮气使之转化成植物蛋白质

D．电闪雷鸣的雨天，N2与O2会发作反响并最终转化为硝酸盐被植物吸收 解析：选B 将氮气转化为氮的化合物叫氮的固定，B选项中，NH3→HNO3属于含氮化合物之间的转化，不是N2的转化，所以不是氮的固定。

一氧化氮和二氧化氮

1．氮的主要氧化物

化合价 ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋5

对应氧化物 N2O NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5

[特别提示] N2O3、N2O5属于酸性氧化物，对应酸为N2O3→HNO2，N2O5→HNO3，N2O、NO、NO2、N2O4均不是酸性氧化物。

2．NO和NO2的性质

(1)物理性质

NO NO2

颜色

无色 红棕色

形状 气态 气态

气息 无味 抚慰性气息

毒性 有毒 有毒

水溶性 难溶 易溶

(2)相互转化

①NO→NO2：2NO＋O2===2NO2。

②NO2→NO：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

[特别提示]

(1)NO和NO2的搜集方法：

①NO的搜集：排水法。

②NO2的搜集：向上排空气法。

(2)〝雷雨发庄稼〞的化学原理：

N2―――→O2/放电NO――→O2NO2――→H2OHNO3――→土壤硝酸盐(氮肥)

1．规范状况下，现将盛有NO2和O2体积比为4∶1的混合气体的烧瓶倒扣于水槽中充沛反响后，烧瓶内无气体剩余，所得溶液中溶质的物质的量浓度是多少？

提示：假定NO2的物质的量为4 mol，

由原子守恒n(HNO3)＝4 mol，

c(HNO3)＝nHNO35×22.4 L＝0.036 mol·L－1。

2．一支充溢NO2和O2混合气体的试管倒立于水槽中，试管内剩余18体积的气体，求NO2和O2的体积比是多少？

提示：此题分两种状况：

①假定O2过量，那么反响的NO2和O2为78体积，设反响的氧气体积为x，那么4x＋x＝78，x＝740，即NO2占710体积，O2占310体积，NO2与O2的体积比为7∶3。

②假定NO2过量，因二氧化氮与水反响实践剩余一氧化氮，那么剩余18体积的气体为NO，过量的NO2为38体积，反响的NO2和O2为58体积，设反响的氧气体积为x，那么4x＋x＝58，x＝18，即O2占18，NO2占78，NO2与O2的体积比为7∶1。

氮的氧化物与氧气、水反响的计算

(1)NO2或NO2与N2(非O2)的混合气体溶于水

可依据反响：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，应用气体体积的变化差值停止计算。

(2)NO2和O2的混合气体溶于水

此时的反响可表示为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。

气体比例 剩余气体状况

V(NO2)∶V(O2)＝4∶1时 恰恰反响，无剩余气体

V(NO2)∶V(O2)<4∶1时 剩余氧气

V(NO2)∶V(O2)>4∶1时 NO2过量，剩余气体为NO，且体积为过量NO2体积的13

(3)NO和O2同时通入水中

此时的反响可表示为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。

气体比例 剩余气体状况

V(NO)∶V(O2)＝4∶3时 恰恰反响，无剩余气体

V(NO)∶V(O2)<4∶3时 剩余氧气

V(NO)∶V(O2)>4∶3时 剩余NO

1．酸酐指含氧酸分子中H、O原子按2∶1的个数比脱去水后的氧化物。如H2CO3的酸酐为CO2，H3PO4的酸酐为P2O5。以下关于氮的氧化物的说法中，正确的选项是( )

A．氮的氧化物都是酸性氧化物

B．氮的氧化物都既有氧化性，又有恢复性

C．NO2与H2O反响生成HNO3，所以HNO3的酸酐是NO2

D．只能用排水法搜集NO

解析：选D NO、NO2不是酸性氧化物，A项错误；N2O5中氮元素为最低价，只要氧化性，B项错误；酸酐是相应酸失水所得，中心元素化合价不变，HNO3的酸酐是N2O5，C项错误。

2．在一大试管中装入10 mL NO倒立于水槽中，然后向其中缓慢通入6 mL O2(气体体积均在相反条件下测定)，下面有关实验最终形状的描画，正确的选项是( )

A．试管内气体呈红棕色

B．试管内气体呈无色，是2 mL NO2

C．试管内气体呈无色，是2 mL O2

D．试管内液面上升

解析：选D 依据4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可知，V(NO)∶V(O2)＞4∶3时，NO有剩余。由题意，V(NO)∶V(O2)＝5∶3可知，NO剩余2 mL，那么试管内液面上升。

3．将盛有12 mL NO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充沛反响后，还剩余2 mL

的无色气体，求原混合气体中NO2和O2的体积区分为多少？

解析：依据化学反响方程式：

4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3①

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO②

设混合气体中O2的体积为x mL，剩余的气体有两种能够：

(1)假定O2过量，剩余O2，那么只发作反响①：

4NO2 ＋ O2＋2H2O===4HNO3

4 1

(12－x)mL (x－2)mL

那么412－xmL＝1x－2mL，解得x＝4，

那么NO2的体积为8 mL。

(2)假定NO2过量，剩余NO，发作反响①和②，

反响①：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3

4 1

4x mL x mL

反响②：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

3 1 (12－x－4x)mL 2 mL

312－x－4xmL＝12 mL，解得x＝1.2，

那么NO2的体积为10.8 mL。

答案：8 mL、4 mL或10.8 mL、1.2 mL

[三级训练·节节过关]

1．氮气能少量存在于空气中的基本缘由是( )

A．氮气性质动摇，即使在高温下也很难与其他物质发作反响

B．氮气比空气轻，且不溶于水

C．氮分子中两个氮原子结合得很结实，分子结构动摇

D．氮气无氧化性，也无恢复性，不与其他物质反响

解析：选C N2性质动摇，但在高温下可与Mg、Al、H2等物质反响表现出氧化性，与O2在放电条件下反响表现出恢复性，A、D项不正确；氮气比空气轻且不溶于水不是N2能少量存在于空气中的基本缘由，即B项不正确。

2．研讨说明，一氧化氮在治疗心血管疾病中具有重要的作用。以下对一氧化氮的表达正确的选项是( )

A．一氧化氮是一种红棕色的气体

B．一氧化氮的摩尔质量为30

C．常温常压下，一氧化氮能与空气中的氧气直接化合

D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法搜集

解析：选C A项，一氧化氮是无色气体；B项，NO的摩尔质量为30 g·mol－1；D项，NO不溶于水。

3．以下物质不能由单质直接化合生成的是( )

A．CuCl2 B．NO2

C．FeCl3 D．Na2O2

解析：选B 金属铜、铁在氯气中熄灭生成氯化铜和氯化铁，金属钠在空气中熄灭可生成过氧化钠。N2和O2反响生成NO，不能直接生成NO2。

4．在NO2与水的反响中( )

A．氮元素的化合价不发作变化

B．NO2只是氧化剂

C．NO2只是恢复剂