2019年高中化学 第三章 自然界中的元素 第2节 氮的循环学案 鲁科版必修1.doc

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1、1第第3 3章章 第第3 3节节 硫的转化硫的转化【本讲教育信息本讲教育信息】 一. 教学内容： 第3章 第2节 氮的循环二. 教学目的1. 能简要说明氮循环的基本过程，知道固氮的本质以及生物固氮和人工固氮这两种固氮形式 。2. 了解氮循环过程中的重要物质以及人类活动对氮循环和环境的影响（知道酸雨、光化学烟 雾和富营养化等环境问题）3. 能列举含氮元素的单质及其化合物了解氮气、氨气、铵盐及硝酸的主要物理性质和化学性质，知道NH 4的检验方法和氨气的实验室制法，能书写相关反应的化学方程式。三. 教学重点、难点氮气、氨、铵盐和硝酸的性质四. 知识分析 空气中的主要物质？植物生长需要的主要元素？ （

2、一）氮在自然界中的循环和存在形式 1. 氮元素在自然界中的存在形式 自然界中氮元素存在的形式一种是游离态，如N2，一种是化合态，如铵盐、硝酸盐、氨、 蛋白质等。 2. 氮在自然界中的循环 （1）氮在自然界中的循环的基本过程 自然界里，空气的氮气转化为植物可以直接吸收含氮化合物的两种主要形式，豆科植 物的根瘤菌把N2转化为硝酸盐；闪电使少量N2与O2化合生成NO，随之变为硝酸随降水进入土 壤和水体。植物的根从土壤中吸收铵盐、硝酸盐，经过复杂的生物转化，形成了各种氨基 酸，氨基酸最后变成蛋白质。动物以植物为食而获得植物蛋白，并将其转化为动物蛋白， 动物遗体中的蛋白质被微生物分子分解成铵离子、硝酸根

3、和氨，又回到了土壤和水体中， 被植物再次吸收利用。 （2）氮循环的重要意义 由于存在着氮元素的循环，其他生命元素的循环，以及水的循环，地球的生命才生生 不息，生机勃勃。 （二）氮循环的重要物质及其变化 1. 氮气 （1）物理性质 无色无味的难溶于水的气体；密度比空气小，在空气中约占总体积的78%，占其它质量 的75%。2（2）分子结构 两个氮原子之间的强烈作用，要破坏这种牢固的结合，需要很高的能量。常温下，N2 的化学性质很不活泼，但在高温、放电、点燃等条件下能与O2、Mg、H2等反应。 （3）化学性质 与O2反应：N2+O22NO 与H2反应：N2+3H22NH3 与Mg的反应：N2+3Mg

4、Mg3N2 温馨提示： 由于N2的化学性质不活泼，所以N2与其它物质的反应，需特别注意标明条件。 N2和O2反应后，“最初产物”是NO，而不是NO2。 一般情况下，N2不能燃烧，也不助燃，但Mg条却可以在N2中燃烧。 （4）用途：a.保护气b.液氮作深度冷冻剂c.合成氨等 思考：相同质量的镁条分别在O2、N2和空气中充分燃烧，所得固体产物的质量m1，m2， m3由大到小的顺序是 （解答：m1m3m2 ） 重要补充：氮的固定 概念：使空气中游离的氮转变为含氮化合物的方法。 分类：自然固氮和人工固氮 可逆反应 概念：在相同条件下，能同时正反两个方向进行的反应，为可逆反应，化学方程式中用“”代替“”

5、。特点：相同条件下，相反方向的两个化学反应；与化学反应有关的各种物质共存，如N2+3H2 2NH3反应体系中就存在N2、H2、NH3分子。2、氮的氧化物NO、NO2的重要性质 （1）物理性质 NO：无色无味难溶于水的气体 有毒 NO2：红棕色有刺激性气味的气体 有毒 （2）化学性质2NO+O22NO2 6NO+4NH35N2+6H2O 3NO2+H2O2HNO3 NO 6NO2+8NH37N2+12H2O （3）计算中用到的两个重要化学方程式 4NO+3O2+2H2O4HNO3 ；4NO2+O2+2H2O4HNO3 思考： NO有毒，为什么在1992年被世界著名学术期刊科学（Seience，美

6、国）评为明星分子？ NO2为什么能使多种织物退色，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？ 实验室如何收集NO、NO2？为什么？ 解答：NO作为一种神经系统的信使分子，在使血管扩张、免疫、增强记忆力等方面 有着及其重要的作用。 NO2溶于水生成了硝酸，使织物退色、腐蚀材料。 收集NO用排水法，收集NO2用向上排空气法；前者易与氧气反应，后者易与水反应 3、氮的氢化物NH3 （1）分子结构3立体结构（三角锥形） （2）物理性质 无色、有刺激性气味的气体，标况下密度为0.771gL1，比空气轻，极易溶于水（1: 700），且快速溶解，易液化得液氨，液氨气化时要吸收大量的热，使物质

7、的温度急剧下降 ，所以液氨常用作制冷剂。 关于喷泉实验： 氨气能形成喷泉的本质原因是氨极易溶于水。 用教材中的装置进行喷泉实验，引发水上喷的操作是挤压胶头滴管，使少量水进入 烧瓶。该实验的原理是，少量水进入烧瓶时，氨迅速溶解，瓶内压强迅速降低，水在外界 大气压作用下，压入烧瓶。如果把胶头滴管去掉，如何引发水上喷？ 氨溶解于水不是简单的溶解过程，有化学反应，生成碱性物质。 （3）化学性质氨与水的反应 NH3+H2O NH3H2O说明： 氨的溶解中更重要的是生成了NH3H2O，但溶质为NH3氨的水溶液显弱碱性，NH3H2O NH4+OH氨水易挥发，要密封保存，对许多金属有腐蚀作用，不能用金属容器盛

8、装。 氨水的密度小于水的密度，且质量分数越大，密度越小。 氨水的成分：NH3、H2O、NH3H2O、NH4+、OH H+ 氨与HCl反应 NH3+HClNH4Cl 练习：写出NH3与硝酸、硫酸、磷酸的化学方程式 解答：NH3+HNO3NH4NO3；2NH3+H2SO4(NH4)2SO4；3NH3+H3PO4(NH4)3PO4) 氨与某些盐溶液的反应 FeCl3+3NH3H2OFe(OH)3+3NH4Cl ；MgCl2+2NH3H2OMg(OH)2+2NH4Cl 氨的还原性 a. 氨与O2的反应 催化氧化：4NH3+5O24NO+6H2O ；与纯O2反应 ： 4NH3+3O22N2+6H2O b

9、. 与Cl2反应 氨气不足（Cl2过量） 2NH3+3Cl2N2+6HCl 氨气足量 8 NH3+3Cl2N2+6NH4Cl c. 与CuO的反应 2NH3+3CuO3Cu+N2+3H2O（可用于制N2） 小结： NH3是唯一能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，可用于氨气的检验 氨水与液氨为不同物质，氨水为混合物，液氨为纯净物;NH3为非电解质，而NH3H2O 为弱电解质。 与浓氨水靠近，能产生白烟现象的物质：挥发性酸如浓HNO3、浓HCl 酸性气体HCl、HBr、HI、H2S等；Cl2。但浓H2SO4、浓H3PO4因难挥发而无此现象。 NH3可在纯氧中燃烧，不是在空气中燃烧，故NH3不属于可燃

10、烧气体。 4. 铵盐的主要性质 （1）概念：由铵根离子和酸根离子组成的盐 （2）物理性质：都是无色晶体，都易溶于水4（3）化学性质 受热易分解a. 热不稳定酸的铵盐为NH3和酸的分解产物NH4HCO3NH3+CO2+H2O（对热不稳定酸：H2CO3、H2SO3、H2SiO3）b. 挥发性酸对应的铵盐的分解产物是NH3和相应的酸 NH4ClNH3+HCl（挥发性酸：HCl、HBr、H2S、HI）c. 高沸点酸的铵盐的分解产物为NH3和相应的酸 (NH4)3PO43NH3+H3PO4d. 氧化性酸的铵盐的分解产物随温度而异 2NH4NO32N2+O2+4H2O与碱反应 NH4Cl+NaOHNaCl

11、+NH3+H2O（4）NH4+的检测： 在未知溶液中加入强碱并加热，用湿润的红色石蕊试纸检验，若试纸变蓝，则证明原溶液 中含NH4+ 思考： 铵盐都能受热分解，能不能用此种方法检验NH4+的存在？ 铵盐与浓碱溶液，铵盐与稀碱溶液反应并加热，铵盐与稀碱溶液反应不加热的离子 方程式有何不同？ 解答：不能。生成氨气、生成氨气、生成一水合氨。 5. 硝酸的重要性质 （1）物理性质：纯HNO3是无色，易挥发（沸点83），有刺激性气味的液体。易溶于 水密度比水大，常用的浓HNO3质量分数为69%，98%的硝酸称“发烟硝酸”） （2）化学性质 酸的通性 特性 a. 不稳定性： 4HNO34NO2+O2+2H

12、2O并且越多越易分解b. 强氧化性：浓硝酸可以与不活泼金属如铜、银等以及碳、磷等非金属反应。 说明： 浓、稀HNO3均有强氧化性 氧化性：浓HNO3稀HNO3 金属与硝酸反应不产生H2，而是与浓硝酸反应生成NO2，与稀HNO3生成NO 4HNO3（浓）+CuCu(NO3)2+2NO2+2H2O 8HNO3（稀）+3Cu3Cu(NO3)2+2NO+4H2O 小知识： 常温下浓HNO3可使铁、铝表面形成致密的氧化物膜而钝化，（浓H2SO4也有此性质） 因此可用铁、铝容器盛放浓H2SO4、HNO3。 氧化性酸和酸的氧化性：酸的氧化性是指H+的氧化性；氧化性酸是酸根离子中心原子 获得电子的性质。 思考

13、：分别将盛有浓HCl，浓H2SO4，浓HNO3的烧杯置于空气中，其中质量增加的是 ，质量减少的是 ，原因分别是 。 浓HNO3为什么常是黄色？ 浓HNO3如何保存？ 解答：浓H2SO4；浓HCl、浓HNO3；浓H2SO4有吸水性，吸收空气中的水蒸气；浓HCl、5浓HNO3都有挥发性。浓硝酸易分解产生NO2，NO2溶于水显黄色；浓硝酸通常保存在棕色瓶 中，置于冷暗处。【典型例题典型例题】 例1. 下列过程属于人工固氮的是（ ）A. 分离液态空气制氮气B. 闪电时N2 转化为NO C. 合成氨 D. 豆科作物根瘤菌将N2 转化为NH3 答案： C 解析：该题目考查氮的固定知识，将空气中游离态的氮转

14、化为化合物的方法，统称为氮的 固定，分为自然固氮和人工固氮，B、D 属于自然固氮，C属于人工固氮。 点评：本题属于基本概念应用题例2. 采用不同的分类方法，可将非金属氧化物分为不同的类别。例如，从某种意义讲P2O5、SO2 、SO3、CO2、Cl2O7等归为一类，则下列氧化物中与它们同属一类的是（ ）A. COB. NOC. N2O5D. NO2答案： C 解析：本题考查了基本概念。题目中所给氧化物都是酸酐，而所给选项中CO、NO、NO2 都是不成盐氧化物，只有N2O5 是硝酸的酸酐。 点评：解答本题关键是从题干中准确分析、判断、归纳出几种物质的共同规律，分析 选项时，明确非金属氧化物可能是酸

15、性氧化物，也可能不是。结合平时积累的知识解决问 题。例3. 有关氨的性质的叙述中正确的是（ ）A. 氨不能在空气中燃烧 B. 氨水呈碱性C. 氨气和酸相遇能产生白色烟雾 D. 在反应 NH3 + H+ NH4+ 中，氨失去电子被氧化答案：AB 解析：氨只能在纯氧中燃烧，不能在空气中燃烧，A 正确；因为NH3H2ONH4+OH- ，故氨水呈碱性，并视为一元弱碱，B 正确；氨气只有与挥发性酸相遇才能生成白烟，C错； 反应NH3 + H+ NH4+为非氧化还原反应，D错。综上分析，本题答案为A、B。 点评：氨是一种重要的物质，学习中应全面掌握氨的重要性质。例4. 为了测定某铜银合金的成分，将30.0

16、 g 合金溶于80 mL 13.5 molL-1的浓HNO3中，待合金完全溶解后，收集到气体6.72 L (标准状况)，并测得溶液中c(H+)1molL-1。假设反应后溶液的体积仍为80 mL，试计算：（1）被还原的HNO3 的物质的量；（2）合金中银的质量分数。答案：（1） 0.3 mol （2）36%解析：（1） HNO3 被还原生成NO 或NO2 气体 ， 6因此产生的气体的物质的量即是被还原的HNO3 的物质的量。n 6.72 L/ 22.4Lmol-10.3mol（2）反应后溶液中c(H+) 1molL-1， 说明硝酸过量。参加反应的HNO3 为 (13.5molL-1 -1molL-1)0.08L1mol， 设合金中Cu的物质的量为x， Ag的物质的量为y则得：64g/molx+108g/moly30.0g 2x + y + 0.3mol 1mol(参加反应的氮原子守恒) 解得： x0.3mol y0.1mol 则合金中银的质量分数为：（0.1mol108g/mol）/30.0g 36% 点评：本题是硝酸的性质、氧化还原反应、混合物的计算等多方面综合题，解决此类问题 ，既要准确掌握相关基础知识，还要准确分析化学过程，灵活选择解题方法。属要求较高 的题目。