高中化學 3.2.1 自然界中氮的循環(huán) 氮氣 一氧化氮和二氧化氮（精講優(yōu)練課型）課件 魯科版必修1.ppt

第2節(jié)氮的循環(huán)第1課時自然界中氮的循環(huán)氮氣一氧化氮和二氧化氮,一、自然界中的氮的循環(huán)1.氮元素在自然界中的存在形式:_態(tài)和_態(tài)。2.自然界中氮的循環(huán):,游離,化合,硝酸鹽,氮的氧化物,3.人類活動的影響:(1)氮氣_氮肥、硝酸等含氮化合物。(2)燃燒反應產(chǎn)生的_參與氮的循環(huán)。,氨,氮氧化物,二、氮氣的性質(zhì)及氮的固定1.氮氣的結(jié)構(gòu)和性質(zhì):(1)結(jié)構(gòu):由氮原子形成的_分子。(2)物理性質(zhì):無色無味的氣體,密度比空氣略_,_溶于水,無毒。,雙原子,小,難,(3)化學性質(zhì)(寫出有關(guān)反應的化學方程式):與氧氣反應生成NO,表現(xiàn)還原性:_。與氫氣反應生成氨氣,表現(xiàn)氧化性:_。(4)用途:作保護氣,制造氮肥、炸藥等?！疚Ⅻc撥】可逆反應的化學方程式必須用“”(可逆號)表示。,N2+O22NO,N2+3H22NH3,2.氮的固定:(1)定義:使空氣中_的氮轉(zhuǎn)化為_的過程。(2)分類。,游離態(tài),含氮化合物,生物,仿生,【微點撥】含氮化合物之間的轉(zhuǎn)化不屬于氮的固定。,三、一氧化氮和二氧化氮1.氮的氧化物:,NO,NO2,2.NO和NO2:(1)物理性質(zhì):,無色,無味,不,紅棕色,刺激性,大,易,(2)相互轉(zhuǎn)化(寫出有關(guān)化學方程式):NONO2:_;NO2NO:_。【微點撥】NO2不是酸性氧化物。,2NO+O2=2NO2,3NO2+H2O=2HNO3+NO,【自我小測】1.思考辨析:(1)由于氮氣的性質(zhì)較穩(wěn)定,所以氮元素在自然界中只能以游離態(tài)的形式存在。()分析:。雖然氮氣的化學性質(zhì)很穩(wěn)定,但是氮元素在自然界中的存在形式既有游離態(tài)也有化合態(tài)。,(2)氮氣既有氧化性也有還原性。()分析:。氮氣與氫氣反應時表現(xiàn)氧化性,與氧氣反應時表現(xiàn)還原性。(3)氮氣可在氧氣中燃燒,生成一氧化氮。()分析:。二者在放電或高溫下反應生成NO,不屬于燃燒。,(4)NO與O2生成NO2屬于氮的固定。()分析:。氮的固定必須是游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物。(5)NO、NO2都可以用排水集氣法收集。()分析:。NO2易溶于水,不能用排水法收集。,2.下列說法不正確的是()A.豆科植物通過根瘤菌吸收空氣中的氮是化學變化B.汽車尾氣中排放的氮氧化合物是由游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化來的C.化石燃料燃燒通常不釋放出氮氧化合物D.植物秸稈燃燒時放出氮氧化合物,參與了氮的循環(huán),【解析】選C。氮的固定是游離態(tài)的氮變成化合態(tài)的氮,是化學變化;汽車尾氣中排放的氮氧化合物是由氮氣和氧氣反應生成的;化石燃料中含有氮的化合物,燃燒時會釋放出氮氧化合物;植物秸稈燃燒時放出氮氧化合物,參與了氮的循環(huán)。,3.(LK必修1P84改編)下列氣體中,易溶于水的氣體是()A.N2B.NOC.NO2D.O2【解析】選C。氮氣、氧氣及一氧化氮均不易溶于水;NO2易溶于水。,4.在通常狀況下,氮氣很穩(wěn)定,這句話是指氮氣的()A.物理性質(zhì)B.化學性質(zhì)C.物理變化D.化學變化【解析】選B。氮氣在通常情況下是一種無色無味的氣體,化學性質(zhì)很穩(wěn)定,一般不與其他物質(zhì)發(fā)生化學反應,它的穩(wěn)定性需要通過化學變化才能表現(xiàn)出來,因此是化學性質(zhì)。,5.(LK必修1P74改編)氮氣能大量存在于空氣中的根本原因是()A.氮氣性質(zhì)穩(wěn)定,即使在高溫下也很難跟其他物質(zhì)發(fā)生反應B.氮氣比空氣輕,且不溶于水C.氮分子中兩個氮原子結(jié)合很牢固,分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定D.氮氣無氧化性,也無還原性,不跟其他物質(zhì)反應,【解析】選C。氮分子是由氮原子構(gòu)成的雙原子分子,兩個氮原子之間共用三對電子,使每個原子都能達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。要破壞這種牢固的結(jié)構(gòu),需要很高的能量。,一、NO、NO2的性質(zhì)對比典題探究:1.(2014天津高考改編)實驗室制備下列氣體時,所用方法正確的是()A.制氧氣時,用Na2O2或H2O2作反應物可選擇相同的氣體發(fā)生裝置B.制氯氣時,用飽和NaHCO3溶液和濃硫酸凈化氣體C.制一氧化氮時,用排水法或向上排空氣法收集氣體D.制二氧化氮時,用水或NaOH溶液吸收尾氣,【解題指南】解答本題時需注意以下兩點:(1)氣體發(fā)生裝置的選擇取決于反應物的狀態(tài)及反應條件;(2)氣體的收集方法由氣體密度、水溶性以及化學性質(zhì)決定。,【解析】選A。Na2O2和水或H2O2在二氧化錳的催化下都能制取氧氣,二者都是固體與液體反應,可以選用相同的氣體發(fā)生裝置,A正確;實驗室制取氯氣時氯氣中含有氯化氫和水分,常用飽和的食鹽水和濃硫酸凈化氣體,B錯誤;一氧化氮與空氣中的氧氣反應,不能用排空氣法收集,C錯誤;二氧化氮與水作用生成一氧化氮,仍會污染空氣,所以不能用水吸收,D錯誤。,2.(2015岳陽高一檢測)把少量NO2氣體通入過量小蘇打溶液中,再使逸出的氣體通過裝有足量的過氧化鈉顆粒的干燥管,最后收集到的氣體是()A.氧氣B.二氧化氮C.二氧化氮和氧氣D.二氧化氮和一氧化氮,【解題指南】解答本題時需注意以下兩點:(1)將NO2通入NaHCO3溶液時發(fā)生了NO2與水、HNO3與NaHCO3兩個反應;(2)各反應中生成物之間的比例關(guān)系。,【解析】選C。少量NO2氣體通入過量小蘇打溶液中,逸出的氣體為NO、CO2,二者物質(zhì)的量之比為12,同時還有少量水蒸氣逸出,再使逸出的氣體通過裝有足量的過氧化鈉顆粒的干燥管,CO2與過氧化鈉反應生成的O2與NO反應生成NO2,O2有剩余,同時逸出的少量水蒸氣與過氧化鈉反應生成O2,所以最后收集到的氣體是NO2和O2。,【歸納總結(jié)】NO和NO2的性質(zhì)比較,【拓展深化】氮氧化物與酸性氧化物(1)NO2與水反應生成HNO3,但是同時還生成NO,而且NO2與HNO3中的氮元素化合價不同,因此NO2不是HNO3對應的酸性氧化物;(2)NO2雖然不是酸性氧化物,但是可以與堿反應,如2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O;(3)NO也不是酸性氧化物,但是NO2與NO的混合氣可以被堿液吸收,如NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O。,【對點訓練】(2015六安高一檢測)無色的氣體甲,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,則甲氣體的組成可能為(),A.NH3、NO2、N2B.NH3、NO、CO2C.NH3、NO2、CO2D.NO、CO2、N2【解析】選B。無色混合氣體,證明沒有NO2的存在,故A、C錯誤。又經(jīng)過系列實驗的處理得酸性溶液,且通過足量Na2O2后顯紅棕色,最后通入水中幾乎無氣體剩余,證明氣體甲中無N2,應存在NH3、NO、CO2氣體,故B正確。,【補償訓練】常溫下,將充滿等體積混合氣體的試管倒立在水槽中,試管內(nèi)氣體體積不會明顯減小的一組是()A.NO2、N2B.Cl2、CO2C.NO、COD.NO、O2【解析】選C。A中的NO2溶于水,氣體體積減小;B中的Cl2、CO2均能溶于水,氣體體積減小;C中的NO、CO均不溶于水,氣體體積無明顯變化;D中的NO與O2生成的NO2溶于水,氣體體積減小。,二、氮氧化物、氧氣與水的反應思考探究:,用如圖裝置進行實驗:將充滿NO2氣體的試管倒置于水槽中,發(fā)現(xiàn)試管內(nèi)液面逐漸上升;待液面靜止后,沿導管向試管內(nèi)慢慢充入O2,發(fā)現(xiàn)試管內(nèi)液面繼續(xù)上升,最終充滿試管。試分析上述實驗過程,思考下列問題:(1)實驗中分別發(fā)生了哪些反應?(2)若試管容積為VmL,實驗中充入O2的體積為多少?,【歸納總結(jié)】氮氧化物溶于水的計算氮氧化物溶于水的計算常涉及以下幾個方面:混合氣體的組成;反應后剩余氣體的種類和量;反應后溶液的濃度。計算的依據(jù)是化學反應方程式,根據(jù)化學方程式分析各反應物的量、判斷剩余氣體的種類。應用守恒法進行計算。,1.有關(guān)化學方程式:3NO2+H2O=2HNO3+NO4NO2+O2+2H2O=4HNO34NO+3O2+2H2O=4HNO32NO+O2=2NO2,2.分析思路:(1)有關(guān)NO、NO2、O2混合氣體與H2O反應后剩余氣體問題,因NO2與H2O反應,NO與O2反應,所以剩余的氣體只可能為NO或O2中的一種。(2)兩反應是根據(jù)循環(huán)反應中電子守恒法得出的。例如,NO與O2混合通入水中,發(fā)生反應:2NO+O2=2NO2,3NO2+H2O=2HNO3+NO,在這當中,存在著NO向NO2轉(zhuǎn)化,NO2向HNO3轉(zhuǎn)化的同時又生成NO的循環(huán)反應。但總體來講,NOHNO3,N的化合價升高是由于被O2氧化,因此我們可以寫出:4NO+3O2+2H2O=4HNO3,得出反應,同理,得出反應。,【警示】(1)氮氧化物、氧氣與水反應時,若有氣體剩余,可能為NO或O2,不可能是NO2。(2)反應過程中要遵循質(zhì)量守恒原理和電子守恒原理。,【拓展深化】氮氧化物溶于水后剩余氣體的情況分析,【典題訓練】(雙選)同溫同壓下,將NO2、NO、O2按一定的體積比充滿一容器,再倒置于盛有水的水槽中,片刻后液體充滿了容器,則反應的NO2、NO、O2的體積比可能是()A.111B.431C.42419D.287,【解題指南】解答本題時需注意以下兩點:(1)氣體恰好被完全吸收時溶液中溶質(zhì)的成分。(2)氧化還原反應中還原劑與氧化劑遵循電子轉(zhuǎn)移守恒。,【解析】選A、C。利用電子轉(zhuǎn)移守恒法解題。NO、NO2、O2恰好轉(zhuǎn)化為HNO3,在轉(zhuǎn)化過程中1個NO分子失去3個電子,1個NO2分子失去1個電子,1個O2分子得4個電子,根據(jù)得失電子守恒有n(NO2)+3n(NO)=4n(O2),把各選項代入驗證,故正確答案為A、C。,【互動探究】(1)若按B項中的氣體的體積比進行上述操作,最終容器中剩余氣體是什么?提示:B項中NO2、NO、O2的體積比為431,其中NO2與O2按41可以被水完全吸收,最終剩余的氣體為NO。,(2)假設(shè)容器中的液體不擴散,上述A、C形成的溶液濃度相等嗎?提示:不相等。A中氮的氧化物占容器體積的2/3,多于C中的28/47,再根據(jù)氮原子守恒可知,A中生成的HNO3多,形成溶液的濃度大。,【對點訓練】按如圖進行實驗,試管內(nèi)裝有12mLNO,然后間歇而緩慢地通入8mLO2,下面有關(guān)實驗最終狀態(tài)的描述正確的是()A.試管內(nèi)氣體呈紅棕色B.試管內(nèi)氣體為無色的NOC.試管內(nèi)氣體為無色的O2D.試管內(nèi)充滿了液體,【解析】選B。據(jù)題意在裝有NO的試管內(nèi)通入O2時依次發(fā)生反應2NO+O2=2NO2,3NO2+H2O=2HNO3+NO,二者相加得總反應為4NO+3O2+2H2O=4HNO3,由于即NO過量,試管內(nèi)剩余氣體為無色的NO,液體未充滿試管。,【補償訓練】1.(2015蕪湖高一檢測)將充有amLNO和bmLNO2氣體的試管倒立于水槽中,然后通入amLO2。氣體體積均在同溫同壓下測定,且b>a,則充分反應后,試管中氣體在同溫同壓下的體積為()A.(b-a)/3mLB.(a-b)/3mLC.(4b-1)/13mLD.3/(b-a)mL,【解析】選A。已知反應4NO2+O2+2H2O=4HNO3,4NO+3O2+2H2O=4HNO3;由這兩個反應可得NO+NO2+O2+H2O=2HNO3,b>a,則同溫同壓下反應中NO2過量(b-a)mL,而過量的NO2與水反應生成(b-a)/3mLNO。,2.一定條件下,將34mLNO和O2的混合氣體充入試管中,并將試管倒立于水中,充分反應后剩余氣體為6mL,剩余氣體遇到空氣立刻變?yōu)榧t棕色。則混合氣體中NO與O2的體積分別為()A.22mL、12mLB.13mL、21mLC.16mL、18mLD.21mL、13mL,【解析】選A。剩余氣體遇到空氣變紅棕色,說明為NO。參與反應的氣體總體積為34mL-6mL=28mL,依反應4NO+3O2+2H2O=4HNO3知,反應的V(NO)=28mL=16mL,V(O2)=28mL-16mL=12mL。則V(NO)=16mL+6mL=22mL,V(O2)=12mL,A項符合。,“體積差量法”1.體積差量法:根據(jù)化學方程式中氣體反應物與氣體生成物之間存在的體積差量關(guān)系列式計算的一種方法。,2.體積差量法的應用:(1)確定“理論差值”。即反應前后氣體反應物的總量與氣體生成物的總量的差值:該差值的大小與參加反應的氣體的體積成正比。如3NO2+H2O=2HNO3+NOV312,(2)找出實際差值。依據(jù)題設(shè)條件,找出“氣體增重或減少”的試劑差值,如反應3NO2+H2O=2HNO3+NO的實際差量可表示為V(NO2)-V(NO)。,(3)列式求解。3NO2+H2O=2HNO3+NOV312V(NO2)V(NO)V(NO2)-V(NO)列比例式為可根據(jù)具體題設(shè)條件求得未知量,或?qū)Ρ壤竭M行變形等求解。,【即時演練】將裝有50mLNO2、NO混合氣體的量筒倒立于水槽中,反應后氣體體積縮小為30mL,則原混合氣體中NO2和NO的體積比是()A.53B.35C.32D.23,【審題指導】,【解析】選C。設(shè)混合氣體中NO2的體積為x,差量法:3NO2+H2O=2HNO3+NOV3mL1mL2mLx50mL-30mL=20mL解得x=30mL。則原混合氣體中NO的體積為50mL-30mL=20mL,所以V(NO2)V(NO)=30mL20mL=32。,【補償訓練】一定條件下,將12mL的NO2和O2的混合氣體置于試管中,并將試管倒立于水槽中,充分反應后剩余氣體的體積為2mL,則原混合氣中NO2的體積可能為()A.4mLB.6mLC.8mLD.10mL,【解析】選C。設(shè)原混合氣體中NO2的體積為V(1)若剩余氣體為O24NO2+O2+2H2O=4HNO3V45V(12-2)mL=10mL解得V=8mL,(2)若剩余氣體為NO3NO2+H2O=2HNO3+NO31V(NO2)2mLV(NO2)=6mL4NO2+O2+2H2O=4HNO3V45(V-6)(12-2-6)mL=4mL解得V=9.2mL故選C。,