高中化學(xué) 3.2.1 自然界中氮的循環(huán) 氮氣 一氧化氮和二氧化氮（探究導(dǎo)學(xué)課型）課件 魯科版必修1.ppt

第1課時自然界中氮的循環(huán)氮氣一氧化氮和二氧化氮,1了解氮循環(huán)的基本過程，認(rèn)識氮循環(huán)過程中的重要物質(zhì)。2了解氮氣的物理性質(zhì)，掌握氮氣的化學(xué)性質(zhì)。3了解一氧化氮、二氧化氮的物理性質(zhì)，掌握二者的化學(xué)性質(zhì)。4了解氮的固定的含義及主要形式。,1氮氣的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)。2一氧化氮和二氧化氮的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)。,一、自然界中氮的循環(huán),硝酸鹽,氮的氧化物,NH4+、NO3-和NH3,氨,氮氧化物,二、氮氣1物理性質(zhì),無色,無味,氣體,難溶,2化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)不活潑，很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。但在一定條件下能與下列物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)：(1)與氧氣反應(yīng)：_。(2)與氫氣反應(yīng)：_。(3)可逆反應(yīng)。在_條件下，_向正反兩個方向進行的反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)。,相同,同時,N2+3H22NH3,3氮的固定(1)定義：使空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為_的方法。(2)固氮類型。,高能固氮生物固氮合成氨仿生固氮,氮的固定,自然固氮,人工固氮,含氮化合物,(3)實例。N2+O22NO屬于_固氮，N2+3H22NH3，屬于_固氮，豆科植物的根瘤菌把空氣中的氮氣轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過程屬于_固氮(填“人工”或“自然”)。,人工,自然,自然,三、一氧化氮和二氧化氮1物理性質(zhì),無色氣體,紅棕色氣體,無味,刺激性氣味,難溶,易溶,有毒,有毒,2相互轉(zhuǎn)化(1)NONO2：_。(2)NO2NO：_(工業(yè)制HNO3的原理)。3影響(1)NO。是傳遞神經(jīng)信息的“信使分子”，但容易與血紅蛋白結(jié)合而使人體缺氧。(2)NO2。能損壞多種織物和尼龍制品，對金屬和非金屬材料有腐蝕作用。,2NO+O2=2NO2,3NO2+H2O=2HNO3+NO,1食品包裝袋中充入氮氣的原因是什么？提示：N2性質(zhì)穩(wěn)定，利用氮氣做保護氣可防止食品被空氣中的氧氣氧化，以達(dá)到長期保存的目的。2在NO2與H2O的反應(yīng)中，NO2的作用是什么？提示：NO2與水反應(yīng)中，N的化合價既升高生成硝酸又降低生成NO，所以NO2既是氧化劑又是還原劑。32NO+O2=2NO2屬于氮的固定嗎，為什么？提示：不屬于。氮的固定是把游離態(tài)的氮(即氮氣單質(zhì))轉(zhuǎn)化為化合物的過程，所以上述反應(yīng)不是氮的固定。,一、氮氣及氧化物之間的轉(zhuǎn)化與性質(zhì)在春夏之際，常有雷雨現(xiàn)象，民間有諺語：“雷雨發(fā)莊稼”，即在雷雨過后，植物會生長得更旺盛。,1認(rèn)識氮氧化合物的化學(xué)性質(zhì)(1)“雷雨發(fā)莊稼”蘊含了什么樣的化學(xué)原理？【思路分析】,(1)NO2與雨水反應(yīng)最終轉(zhuǎn)化成硝酸；(2)土壤中含有礦物質(zhì)。,雷雨,閃電,N2和O2在該條件下反應(yīng)，最終產(chǎn)物為NO2,氮肥,莊稼,提示：空氣中的氮氣和氧氣在放電的條件下生成NO，NO最終轉(zhuǎn)化生成硝酸，硝酸隨雨水落入土壤與其中的礦物質(zhì)等發(fā)生反應(yīng)生成硝酸鹽，為土壤補充了氮肥，所以莊稼生長旺盛。,(2)上述過程中包含了哪些化學(xué)反應(yīng)？【思路分析】在書寫該過程的化學(xué)方程式時，為防止遺漏可以把該過程分為三個階段：閃電發(fā)生時、雨水降落中、雨水落地后，然后寫出每個階段的化學(xué)方程式。,3NO2+H2O=2HNO3+NO,2NO+O2=2NO2,2一氧化氮和二氧化氮的性質(zhì)(1)在實驗室中如何收集NO和NO2氣體？【精講點撥】能與空氣中的某種成分反應(yīng)的氣體不能用排空氣法收集；用排液法收集氣體時，該氣體不能與溶液中的某種成分反應(yīng)。,提示：NO不溶于水，但能與O2反應(yīng)，2NO+O2=2NO2，故NO不能用排空氣法收集，只能用排水法收集。NO2密度比空氣大且不與空氣發(fā)生反應(yīng)，但能與水反應(yīng)，3NO2+H2O=2HNO3+NO，故NO2不能用排水法收集，只能用向上排空氣法收集。,(2)NO和CO均為無色無味的有毒氣體，若兩個集氣瓶中分別盛有上述兩種氣體，如何較快的鑒別？【思路分析】這兩種氣體均無色無味有毒且均不溶于水，所以不能采用物理方法進行鑒別；在采用化學(xué)方法鑒別時應(yīng)利用NO的特性接觸空氣立即變?yōu)榧t棕色。提示：通常情況下，CO不與氧氣反應(yīng)，而NO能夠與氧氣反應(yīng)生成紅棕色的NO2。所以，在通風(fēng)櫥中打開集氣瓶塞，瓶口呈現(xiàn)紅棕色的是NO。,1常溫下呈現(xiàn)紅棕色的物質(zhì)(1)溴是惟一一種常溫下呈液態(tài)的非金屬單質(zhì)，液態(tài)溴的顏色呈深紅棕色。(2)NO2呈紅棕色，該信息可做推斷題的突破口。2氮的氧化物的毒性NO和NO2都有毒，是大氣污染物。NO使人中毒的原理與CO相似，通過呼吸道被人體吸入后與血紅蛋白結(jié)合生成一氧化氮血紅蛋白。,【典題訓(xùn)練】如圖是化學(xué)實驗常用裝置之一,若氣體從右管進入，可用來收集的無色氣體是()ANOBNO2CCODSO2【解題指南】解答該類題時應(yīng)注意：(1)觀察氣體的進入方向，由此判斷所收集氣體的密度與空氣密度的關(guān)系；(2)注意題干中的條件，如有無“無色氣體”這樣的限制條件。,【解析】選D。NO易與空氣中的氧氣反應(yīng)，所以NO不能用排空氣法收集；CO的密度與空氣密度相差不大，通過排空氣法難以收集到純凈的CO氣體；若氣體從右管進入可知該氣體比空氣的密度大且是無色氣體，故只有SO2符合。,二、氮的氧化物與O2的混合物溶于水的相關(guān)計算NO和NO2是兩種重要的氮的氧化物，是工業(yè)制取硝酸的中間產(chǎn)物。最大程度地吸收氮的氧化物可以充分利用原料，并減少污染物的排放。結(jié)合NO和NO2的性質(zhì)探究以下問題。,1把一支充滿NO2氣體的試管倒置在水槽中充分反應(yīng)后，水能否充滿試管？【思路分析】由NO2與水反應(yīng)方程式可知，水不可能充滿整個試管，剩余1/3體積的NO。提示：不能。NO2與水反應(yīng)的化學(xué)方程式為3NO2+H2O=2HNO3+NO，由此可知最后水只能充滿整個試管的2/3。,2若要使NO2與O2的混合氣體完全溶于水生成硝酸，必須按什么樣的體積比混合？【思路分析】3NO2+H2O=2HNO3+NO和2NO+O2=2NO2這兩個反應(yīng)是循環(huán)發(fā)生的，采用方程式加和的方法，加和后方程式右邊不剩余任何氣體，左邊只剩余NO2和O2。提示：整理以下反應(yīng)3NO2+H2O=2HNO3+NO2NO+O2=2NO2由方程式2+得：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，即當(dāng)NO2和O2的體積比為41時可完全溶于水生成硝酸。,3向一支充有10mLNO的試管中通入多少O2才能使水充滿整個試管？【思路分析】該題也應(yīng)采用方程式加和的方法，使方程式加和后右邊不剩余任何氣體，左邊只剩余NO和O2。提示：已知2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO由方程式3+2得：4NO+3O2+2H2O=4HNO3，即當(dāng)NO和O2的體積比為43時水可以充滿試管，需通入75mLO2。,氮氧化合物溶于水的計算類型(1)NO2與O2的混合氣體溶于水，如果V(NO2)V(O2)x，則有以下三種情況：,NO,無氣體剩余,O2,(2)NO與O2的混合氣體溶于水，如果V(NO)V(O2)x，則有以下三種情況：,NO,無氣體剩余,O2,【典題訓(xùn)練】將盛有N2和NO2的混合氣體的試管倒立于水中經(jīng)過足夠時間后，氣體體積減少為原來的一半，則原混合氣體中N2和NO2的體積比是_。,【解析】設(shè)N2和NO2的體積分別為a和b，且由題干知最終剩余的氣體是N2和NO。根據(jù)反應(yīng)列如下關(guān)系：3NO2+H2O=2HNO3+NObb/3由氣體體積減少為原來的一半可知：b/3+a=(a+b)/2解得：ab=13答案：13,【互動探究】假設(shè)上述反應(yīng)是在標(biāo)準(zhǔn)狀況下進行的，反應(yīng)后試管中的溶質(zhì)不擴散，當(dāng)反應(yīng)完全結(jié)束后試管中剩余溶液中溶質(zhì)的濃度是多少？提示：最終溶液中的溶質(zhì)是HNO3，假設(shè)N2的體積是VL，則NO2的體積是3VL，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，生成HNO3的物質(zhì)的量是V/112mol；生成硝酸溶液的體積是試管體積的一半，即2VL，所以硝酸的濃度為,【變式備選】在常溫常壓下，a、b、c三支相同的試管中，分別裝有等體積混合后的兩種氣體。a試管內(nèi)是NO2和NO，b試管內(nèi)是NO和O2，c試管內(nèi)是NO2和O2。將三支試管倒立于裝有足量水的水槽中，試管內(nèi)水面上升的高度分別為h1、h2、h3，則高度關(guān)系是_。,【解析】水面上升高度越小，說明試管中剩余的氣體越多。設(shè)試管中兩種氣體的物質(zhì)的量均為4mol，則有，a中反應(yīng)為3NO2+H2O=2HNO3+NO，所以剩余氣體為4molmolmol；b中反應(yīng)為4NO+3O2+2H2O=4HNO3，剩余氣體為1mol，c中反應(yīng)為4NO2+O2+2H2O=4HNO3，剩余氣體為3mol，故高度關(guān)系為h1<h3<h2。答案：h1<h3<h2,一、選擇題1(雙選)下列屬于氮的固定的是()AN2與H2在一定條件下反應(yīng)生成NH3BNO與O2反應(yīng)生成NO2CNH3經(jīng)催化氧化生成NODN2固氮菌蛋白質(zhì)【解析】選A、D。將空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為氮的化合物的過程統(tǒng)稱為氮的固定，根據(jù)定義進行判斷。,2硝酸工業(yè)尾氣中含有高濃度的NO和NO2，它們都是大氣的重要污染物。已知某廠排放的尾氣中NO、NO2的體積比為11，該廠采用NaOH溶液來處理該尾氣，處理后所得溶液中只有一種含氮的鈉鹽。則該含氮的鈉鹽中，氮元素的化合價為()A-3B+1C+3D+5,【解析】選C。尾氣中NO、NO2的體積比為11，且氮元素的化合價分別為+2、+4價，若與NaOH溶液反應(yīng)只有一種產(chǎn)物，根據(jù)化合價升降數(shù)一致的原則，產(chǎn)物中氮元素的化合價應(yīng)為+3價。,3下列說法中錯誤的是()A通常情況下，氮氣性質(zhì)很不活潑B氮氣跟氧氣在一定條件下可發(fā)生反應(yīng)C植物從土壤中吸收含氮養(yǎng)料屬于自然固氮D豆科植物的根瘤菌將氮氣變成含氮的化合物屬于自然固氮【解析】選C。氮的固定是指將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮的化合物，植物從土壤中吸收的含氮養(yǎng)料屬于含氮化合物，因此C項錯誤。,4發(fā)射“天宮”一號的運載火箭，其推進劑引燃后發(fā)生劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量高溫?zé)o色氣體(CO2、H2O、N2、NO)從火箭尾部噴出。但在發(fā)射現(xiàn)場看到火箭尾部噴出大量紅棕色的氣體，產(chǎn)生紅棕色的氣體的原因是()ANO遇空氣生成NO2B高溫下N2遇空氣生成NO2CCO2與N2反應(yīng)生成CO和NO2DNO和H2O反應(yīng)生成H2和NO2【解析】選A。從產(chǎn)生的氣體中可以看出能變紅棕色的情況就是NO遇空氣生成NO2。,5在體積為VL的密閉容器中通入amolNO、bmolO2,反應(yīng)容器內(nèi)氮原子數(shù)和氧原子數(shù)之比為()ABCD【解析】選C。反應(yīng)前amolNO中含N、O的原子數(shù)都是amol,bmolO2中含2bmol氧原子，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，氮原子和氧原子的個數(shù)比在反應(yīng)前后不變，應(yīng)等于故正確答案為C。,6無色的混合氣體甲，可能含NO、CO2、NO2、NH3、N2中的幾種，將100mL甲氣體經(jīng)過如圖所示實驗的處理，結(jié)果得到酸性溶液，而幾乎無氣體剩余，則甲氣體的組成為()ANH3、NO2、O2BNH3、NO、CO2CNH3、NO2、CO2DNO、CO2、N2,【解析】選B。解答本題的思路如下：,7標(biāo)準(zhǔn)狀況下，在一不規(guī)則的玻璃容器內(nèi)充滿NO2氣體后，將其倒置于水槽中，假設(shè)容器中的物質(zhì)不擴散至容器外，則充分反應(yīng)后容器中所得溶液的物質(zhì)的量濃度近似為()A10molL-1B0045molL-1C0020molL-1D012molL-1,【解析】選B。設(shè)燒瓶容積為V,裝滿NO2時，3NO2+H2O=2HNO3+NO，可知反應(yīng)完畢后燒瓶中溶液體積為2V/3,而溶液中n(HNO3)=標(biāo)準(zhǔn)狀況下Vm=224Lmol-1,c(HNO3)=0045molL-1,故選B。,二、非選擇題8(1)如圖所示，將一充滿NO氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)的試管倒扣于水槽中，然后通過導(dǎo)管緩慢地向其中通入純氧氣，整個過程中發(fā)生的現(xiàn)象是_。(2)將盛有12mLNO2和O2混合氣體的量筒倒立于水槽中，充分反應(yīng)后，還剩余2mL無色氣體，則原混合氣體中O2的體積可能是_。A12mLB24mLC36mLD4mL,【解析】此題考查NO、NO2的性質(zhì)及相關(guān)計算。(1)根據(jù)有關(guān)反應(yīng)方程式2NO+O2=2NO2，3NO2+H2O=2HNO3+NO可知，試管中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是試管中氣體先變紅棕色，然后紅棕色退去，同時試管內(nèi)液面上升，直至充滿試管，然后液面下降。(2)設(shè)原混合氣體中O2的體積為x若剩余的2mL無色氣體是O24NO2+O2+2H2O=4HNO34112-xx-24(x-2)=12-xx=4,若剩余的2mL無色氣體是NO3NO2+H2O=2HNO3+NO31624NO2+O2+2H2O=4HNO34112-x-6x4x=12-x-6解得x=12,答案：(1)試管中氣體先變紅棕色，然后紅棕色退去，同時試管內(nèi)液面上升，直至充滿試管，然后液面下降(2)A、D,9汽車尾氣中的NO，是造成大氣污染的物質(zhì)之一，但NO又是工業(yè)生產(chǎn)硝酸的中間產(chǎn)物，另外NO在人體的血管系統(tǒng)內(nèi)又有傳送信息的功能，有三位教授因此項研究成果而獲得1998年諾貝爾獎。(1)汽車尾氣中NO的來源是_。A汽油、柴油中含氮，是其燃燒產(chǎn)物B是空氣中的N2與汽油、柴油的反應(yīng)產(chǎn)物C是空氣中的N2與O2在汽車氣缸內(nèi)的高溫環(huán)境下的反應(yīng)產(chǎn)物D是汽車高溫尾氣導(dǎo)致了空氣中N2與O2的化合反應(yīng),(2)寫出NO造成酸雨的兩個化學(xué)反應(yīng)方程式：_。(3)在汽車尾氣排放管中安裝一個“催化轉(zhuǎn)換器”(用鉑、鈀合金作催化劑)，可將尾氣中另一種有害氣體CO跟NO反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無毒氣體，并促使汽油、柴油等物質(zhì)充分燃燒及SO2的轉(zhuǎn)化。寫出CO與NO反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。(4)控制或者減少城市汽車尾氣污染的方法可以有_。A開發(fā)氫能源B使用電動車C使用含鉛汽油D嚴(yán)禁車輛行駛,【解析】(1)N2與O2需要在汽車氣缸內(nèi)的高溫、放電條件下才可以反應(yīng)生成NO。(2)NO被氧化為NO2,NO2與水反應(yīng)生成硝酸。(3)根據(jù)質(zhì)量守恒定律結(jié)合題目信息可知，NO與CO反應(yīng)后生成的對大氣無污染的物質(zhì)應(yīng)為N2和CO2，據(jù)此寫出反應(yīng)方程式。(4)使用含鉛汽油會加大汽車尾氣污染，嚴(yán)禁車輛行駛顯然不可行。,答案：(1)C(2)2NOO2=2NO2、3NO2H2O=2HNO3NO(3)2CO2NO2CO2N2(4)A、B,10NO是一種劇毒氣體，但近年來發(fā)現(xiàn)許多生物體組織中存在少量NO，它有擴張血管、提高免疫力、增強記憶的功能，因而成為當(dāng)前生命科學(xué)的研究熱點。(1)寫出自然界形成NO的化學(xué)方程式：_。(2)地球外層空間存在著微量的臭氧和氧原子，臭氧層的存在能吸收和阻擋太陽中有害的紫外線輻射，人為大氣污染可破壞臭氧層，如超音速飛機排放物中的氮氧化物可在大氣層中發(fā)生反應(yīng)：,NO+O3=NO2+O2NO2+O=NO+O2上述反應(yīng)中，NO是_劑，上述反應(yīng)中，NO是_產(chǎn)物；整個過程中的總反應(yīng)方程式為_，整個過程中NO所起的作用是_。(3)為了消除NO對環(huán)境的污染，根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理，可選用NH3使NO與之反應(yīng)轉(zhuǎn)化為兩種無毒氣體(其中之一是水蒸氣)，該反應(yīng)需要催化劑參加，其化學(xué)方程式為_。,【解析】(1)自然界中氮氣和氧氣在閃電作用下可生成一氧化氮；(2)反應(yīng)和反應(yīng)相加即得總反應(yīng)方程式；(3)NH3使NO轉(zhuǎn)化成的無毒氣體應(yīng)是氮氣和水蒸氣。答案：(1)N2+O22NO(2)還原還原O3+O=2O2催化劑(3)4NH3+6NO5N2+6H2O,