高中化學(xué) 3.2.1 自然界中氮的循環(huán) 氮?dú)?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
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第1課時(shí)自然界中氮的循環(huán)氮?dú)庖谎趸投趸?1了解氮循環(huán)的基本過程,認(rèn)識(shí)氮循環(huán)過程中的重要物質(zhì)。2了解氮?dú)獾奈锢硇再|(zhì),掌握氮?dú)獾幕瘜W(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?dú)獾奈锢硇再|(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?dú)?物理性質(zhì),無(wú)色,無(wú)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(gè)方向進(jìn)行的反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)。,相同,同時(shí),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(shí)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?dú)廪D(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(wú)色氣體,紅棕色氣體,無(wú)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(duì)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?dú)獾脑蚴鞘裁??提示:N2性質(zhì)穩(wěn)定,利用氮?dú)庾霰Wo(hù)氣可防止食品被空氣中的氧氣氧化,以達(dá)到長(zhǎng)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(jià)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?dú)鈫钨|(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?dú)饧把趸镏g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(yǔ):“雷雨發(fā)莊稼”,即在雷雨過后,植物會(huì)生長(zhǎng)得更旺盛。,1認(rèn)識(shí)氮氧化合物的化學(xué)性質(zhì)(1)“雷雨發(fā)莊稼”蘊(yùn)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?dú)夂脱鯕庠诜烹姷臈l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(bǔ)充了氮肥,所以莊稼生長(zhǎng)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(shí),為防止遺漏可以把該過程分為三個(gè)階段:閃電發(fā)生時(shí)、雨水降落中、雨水落地后,然后寫出每個(gè)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(shí)驗(yàn)室中如何收集NO和NO2氣體?【精講點(diǎn)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(shí),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(wú)色無(wú)味的有毒氣體,若兩個(gè)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(wú)色無(wú)味有毒且均不溶于水,所以不能采用物理方法進(jìn)行鑒別;在采用化學(xué)方法鑒別時(shí)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(shí)驗(yàn)常用裝置之一,若氣體從右管進(jìn)入,可用來(lái)收集的無(wú)色氣體是()ANOBNO2CCODSO2【解題指南】解答該類題時(shí)應(yīng)注意:(1)觀察氣體的進(jìn)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(wú)“無(wú)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(jìn)入可知該氣體比空氣的密度大且是無(wú)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(jì)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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)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(gè)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(shí)水可以充滿試管,需通入75mLO2。,氮氧化合物溶于水的計(jì)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(wú)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(wú)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(shí)間后,氣體體積減少為原來(lái)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(lái)的一半可知:b/3+a=(a+b)/2解得:ab=13答案:13,【互動(dòng)探究】假設(shè)上述反應(yīng)是在標(biāo)準(zhǔn)狀況下進(jìn)行的,反應(yīng)后試管中的溶質(zhì)不擴(kuò)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h1h3h2。答案:h1h3h2,一、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(jìn)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(lái)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(jià)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(jià)分別為+2、+4價(jià),若與NaOH溶液反應(yīng)只有一種產(chǎn)物,根據(jù)化合價(jià)升降數(shù)一致的原則,產(chǎn)物中氮元素的化合價(jià)應(yīng)為+3價(jià)。,3下列說法中錯(cuò)誤的是()A通常情況下,氮?dú)庑再|(zhì)很不活潑B氮?dú)飧鯕庠谝欢l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?dú)庾兂珊幕衔飳儆谧匀还痰窘馕觥窟xC。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(xiàng)錯(cuò)誤。,4發(fā)射“天宮”一號(hào)的運(yùn)載火箭,其推進(jìn)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(chǎng)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(gè)數(shù)比在反應(yīng)前后不變,應(yīng)等于故正確答案為C。,6無(wú)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(shí)驗(yàn)的處理,結(jié)果得到酸性溶液,而幾乎無(wú)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(kuò)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(shí),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(gè)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(wú)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(jì)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(shí)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(wú)色氣體是O24NO2+O2+2H2O=4HNO34112-xx-24(x-2)=12-xx=4,若剩余的2mL無(wú)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(shí)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(xiàng)研究成果而獲得1998年諾貝爾獎(jiǎng)。(1)汽車尾氣中NO的來(lái)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(gè)化學(xué)反應(yīng)方程式:_。(3)在汽車尾氣排放管中安裝一個(gè)“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(wú)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(dòng)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(duì)大氣無(wú)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(huì)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(lái)發(fā)現(xiàn)許多生物體組織中存在少量NO,它有擴(kuò)張血管、提高免疫力、增強(qiáng)記憶的功能,因而成為當(dāng)前生命科學(xué)的研究熱點(diǎn)。(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(yáng)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(jī)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(gè)過程中的總反應(yīng)方程式為_,整個(gè)過程中NO所起的作用是_。(3)為了消除NO對(duì)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(wú)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?dú)夂脱鯕庠陂W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(wú)毒氣體應(yīng)是氮?dú)夂退魵?。答案?1)N2+O22NO(2)還原還原O3+O=2O2催化劑(3)4NH3+6NO5N2+6H2O,- 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