魯科版必修第一冊第三章第三節(jié)第1課時自然界中的氮循環(huán)學案

【標題】第三節(jié)氮的循環(huán)第1課時自然界中的氮循環(huán)目標展示有的放矢今日頭條1．自然界中氮的循環(huán)N2?雷電根瘤菌?NH3?植物2．氮的固定是將空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過程，分為自然固氮（高能固氮、生物固氮）、人工固氮（合成氨、仿生固氮）。3．氮氣的化學性質(zhì)不活潑，N2＋O22NO，N2＋3H22NH3。4．NO為無色無味氣體，難溶于水，2NO＋O22NO2。NO2為紅棕色有刺激性氣體，易溶于水并與水反應：3NO2＋H2O2HNO3＋NO。預習新知自主學習一、自然界中的氮循環(huán)1．氮元素在自然界中的存在形式：游離態(tài)和化合態(tài)。2．自然界中氮的循環(huán)3．人類活動的影響（1）氮氣氨氣→氮肥、硝酸等含氮化合物。（2）燃燒反應產(chǎn)生的氮氧化物參與氮的循環(huán)。二、氮循環(huán)中物質(zhì)的性質(zhì)及物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化1．氮的固定（1）定義：將空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過程。（2）分類氮的固定微點撥：（1）含氮化合物之間的轉(zhuǎn)化不屬于氮的固定。（2）固氮反應一定屬于氧化還原反應。2．氮氣（1）物理性質(zhì)顏色狀態(tài)氣味密度溶解性無色氣體無味與空氣接近難溶于水（2）化學性質(zhì)氮氣的化學性質(zhì)不活潑，通常很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應。①還原性：與O2反應產(chǎn)生NO，反應的化學方程式為N2＋O22NO。②氧化性：與H2反應生成NH3，反應的化學方程式為N2＋3H22NH3。微點撥：氮分子中兩個氮原子之間存在很強的作用力，故N2性質(zhì)很穩(wěn)定，化學反應的條件也比較苛刻。3．一氧化氮和二氧化氮（1）物理性質(zhì)物質(zhì)顏色氣味密度水溶性毒性NO無色無味和空氣接近難溶于水有毒NO2紅棕色刺激性大于空氣易溶于水有毒（2）相互轉(zhuǎn)化①NO→NO2：2NO＋O22NO2。②NO2→NO：3NO2＋H2O2HNO3＋NO。微點撥：NO和NO2的收集方法①NO的收集：排水法。②NO2的收集：向上排空氣法。1．判斷正誤（對的在括號內(nèi)打“√”，錯的在括號內(nèi)打“×”）（1）化合態(tài)的氮元素只顯一種價態(tài)。（）（2）N2在通常狀況下與O2反應生成NO2。（）（3）合成氨反應屬于自然固氮中的高能固氮。（）（4）NO在空氣中易轉(zhuǎn)化為紅棕色NO2。（）（5）NO2與H2O的反應，NO2只作氧化劑。（）【答案】（1）×（2）×（3）×（4）√（5）×2．思考題（1）在自然界中，大豆、蠶豆等豆科植物不施氮肥，仍能表現(xiàn)出良好的長勢，其原因是什么？【答案】大豆、蠶豆等豆科植物根部的根瘤菌能把空氣中的氮氣轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}等含氮的化合物，植物的根從土壤中吸收NH4+（2）將1molN2、3molH2充入密閉容器中，在一定條件下反應，能否得到2molNH3？原因是什么？【答案】不能。因為合成氨的反應是可逆反應，不能完全進行到底。（3）某山谷經(jīng)常電閃雷鳴、雷雨交加，但樹木、灌木、草等植被非常茂密，很少有人敢進入這個山谷。你能解釋該山谷的植被茂密的原因嗎？【答案】植物生長需要氮肥，N2在雷電的作用下發(fā)生一系列變化：N2＋O22NO2NO＋O22NO23NO2＋H2O2HNO3＋NOHNO3與土壤成分反應，產(chǎn)生硝酸鹽，被植物吸收，所以經(jīng)常有雷電的地方，植被生長的茂盛。（4）將一充滿二氧化氮的試管倒置在水槽中，你會觀察到什么現(xiàn)象？假設生成的硝酸全部在試管中不擴散，試求出生成硝酸的物質(zhì)的量濃度？【答案】①試管中紅棕色氣體變?yōu)闊o色，試管中上升一段水柱，②c（HNO3）＝n(HNO3)V(HNO3溶液探究知識提升素養(yǎng)知識點1氮氣的性質(zhì)和用途1．氮氣的性質(zhì)（1）氮氣的密度與空氣的接近，只能用排水法收集。（2）在高溫、高壓、放電等條件下，N2能與H2、O2、Mg等發(fā)生化學反應。①氮氣與氫氣反應：N2＋3H22NH3，該反應是工業(yè)合成氨原理。②氮氣與氧氣反應：N2＋O22NO。③氮氣與鎂反應：3Mg＋N2點燃Mg3N2。2．工業(yè)制法：空氣中含有大量的氮氣，空氣是工業(yè)制氮氣的主要來源，生產(chǎn)方法主要是分離液態(tài)空氣，并制得液態(tài)氧。3．氮的固定自然固氮【例1】大家在吃薯條等膨化食品時，會發(fā)現(xiàn)袋子里東西并不多卻鼓鼓囊囊的，袋子里填充的是食品級的氮氣而非空氣。主要作用有三個方面：①延長食品的保質(zhì)期；②可以抵御外界潮氣的侵入；③保護食品不被壓碎。下列關(guān)于N2性質(zhì)的敘述中錯誤的是（）A．氫氣在氮氣中能燃燒B．氮氣既具有氧化性，又具有還原性C．將空氣中的氮氣轉(zhuǎn)變成含氮化合物屬于氮的固定D．氮氣與氧氣在一定條件下反應生成一氧化氮【解析】N2不是助燃氣體，N2與H2化合需在高溫、高壓、催化劑的條件下進行。【答案】A【針對訓練1】下列關(guān)于氮氣的有關(guān)說法中，正確的是（）A．氮氣的化學性質(zhì)很不活潑，不與任何物質(zhì)發(fā)生反應B．純凈的氮氣是不溶于水的無色氣體，無毒無味且比空氣略重C．一定條件下氮氣與氫氣發(fā)生化合反應生成氨，反應中N2表現(xiàn)還原性D．氮氣常用作焊接金屬的保護氣，是利用氮氣化學性質(zhì)的不活潑性【解析】氮氣的化學性質(zhì)不活潑，可用作焊接金屬的保護氣。【答案】D【針對訓練2】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與其他物質(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間結(jié)合得很牢固，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定D．氮氣無氧化性，也無還原性，不與其他物質(zhì)反應【解析】N2性質(zhì)穩(wěn)定，但在高溫下可與Mg、Al、H2等物質(zhì)反應表現(xiàn)出氧化性，與O2在放電條件下反應表現(xiàn)出還原性，A、D項不正確；氮氣比空氣輕且不溶于水不是N2能大量存在于空氣中的根本原因，即B項不正確。【答案】C【例2】下列敘述與氮的固定無關(guān)的是（）A．工業(yè)合成氨B．工業(yè)上將氨轉(zhuǎn)化為硝酸和其他含氮化合物C．豆科植物的根瘤菌把空氣中的氮氣轉(zhuǎn)化為含氮化合物D．電閃雷鳴的雨天，空氣中的氮氣會與氧氣發(fā)生反應并最終轉(zhuǎn)化為硝酸鹽被植物吸收【解析】氮的固定是指把空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過程?！敬鸢浮緽【針對訓練3】下列過程屬于人工固氮的是（）A．分離液態(tài)空氣制氮氣B．閃電使N2轉(zhuǎn)化為NOC．合成氨D．豆科植物將N2轉(zhuǎn)化為NH3【解析】固氮是將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮，A項中沒有生成化合態(tài)氮，B、D兩項是自然固氮，C項合成氨是人工固氮?！敬鸢浮緾知識點2氮氧化物的性質(zhì)NO、NO2性質(zhì)比較物質(zhì)NONO2色、態(tài)、味、毒性無色、無味、有毒氣體紅棕色、有刺激性氣味、有毒氣體水溶性不溶于水易溶于水與氧氣反應2NO＋O22NO2不反應與水反應不反應3NO2＋H2O2HNO3＋NO（自身氧化還原）與氧氣、水同時作用4NO＋3O2＋2H2O4HNO34NO2＋O2＋2H2O4HNO3氧化性有氧化性，但通常情況下表現(xiàn)出還原性強氧化性，在溶液中生成硝酸，能氧化S2－、I－、Fe2＋等離子對環(huán)境的影響有毒，大氣污染物之一有毒，大氣污染物之一易錯提醒：（1）NO不能和堿反應，是不成鹽化合物；NO2和堿反應化合價發(fā)生了變化，所以二者均不是酸性氧化物。（2）N2和O2反應，不管量和條件如何變化，均只能生成NO。（3）實驗室利用NO與O2反應的現(xiàn)象變化來檢驗NO的生成和存在；利用NO2與H2O反應的現(xiàn)象來檢驗NO2，同時也用此反應來除去NO中的NO2雜質(zhì)?！纠?】下列對NO、NO2的描述中正確的是（）A．NO是酸性氧化物B．NO2可用排水法收集，且可由N2和O2直接化合而得到C．NO、NO2在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化，且二者都是引起光化學煙霧的大氣污染物D．一氧化氮在反應中只能作還原劑【解析】NO不與堿反應，不是酸性氧化物，故A項錯誤；NO2與水反應：3NO2＋H2O2HNO3＋NO，N2與O2在放電的條件下反應生成NO，故B項錯誤；NO與O2發(fā)生反應：2NO＋O22NO2，NO2與H2O反應生成NO，光化學煙霧主要是由NOx引起的，故C項正確；NO中氮的化合價為＋2價，既可升高又可降低，既可作氧化劑又可作還原劑。【答案】C【針對訓練4】下列對NO、NO2的描述，正確的是（）A．NO是紅棕色氣體，易溶于水，是酸性氧化物B．NO2可用排水法收集，且可由N2和O2直接化合而得到C．NO、NO2在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化，且二者都是引起光化學煙霧的大氣污染物D．一氧化氮密度比空氣大，可用排空氣法收集【解析】NO是無色難溶于水的氣體，NO不與堿反應，不是酸性氧化物，故A項錯誤；NO2與水反應：3NO2＋H2O2HNO3＋NO，N2和O2反應生成NO，故B項錯誤；NO和O2發(fā)生反應：2NO＋O22NO2，NO2與H2O反應生成NO，光化學煙霧主要是由NOx引起的，故C項正確；一氧化氮能與氧氣反應，不能用排空氣法收集?！敬鸢浮緾知識點3氮氧化物與O2、H2O反應的計算1．NO2和O2的混合氣體通入水中的計算由3NO2＋H2O2HNO3＋NO和2NO＋O22NO2可得總反應式4NO2＋O2＋2H2O4HNO3，由此可知：V（NO2）∶V（O2）=42．NO和O2的混合氣體通入水中的計算由2NO＋O22NO2和4NO2＋O2＋2H2O4HNO3，可得總反應式4NO＋3O2＋2H2O4HNO3，由此可知：V（NO）∶V（O2）=43．NO、NO2和O2的混合氣體通入水中的計算（1）可先求出NO2和H2O反應生成的NO的體積，然后按4NO＋3O2＋2H2O4HNO3進行分析計算。（2）也可認為NO與O2先反應生成NO2，NO2再與水反應。若O2過量，則按4NO2＋O2＋2H2O4HNO3進行分析計算；若轉(zhuǎn)化后無O2剩余，則按關(guān)系式法計算。（3）有關(guān)NO、NO2、O2混合氣體與H2O反應后剩余氣體的問題，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，絕對不會剩余NO2。注意：因NO2與水發(fā)生反應，因此無論是NO2、NO2和O2的混合氣體還是NO和O2的混合氣體通入水中，最終剩余氣體都不能是NO2?！纠?】將盛有12mLNO2和O2混合氣體的量筒倒立于水槽中，充分反應后，還剩余2mL無色氣體，則原混合氣體中O2的體積和剩余的2mL氣體可能分別是（）A．1．2mL，NOB．2．4mL，O2C．3．5mL，O2 D．4mL，NO【解析】NO2和O2的混合氣體溶于水發(fā)生的反應為：4NO2＋O2＋2H2O4HNO3。若剩余2mL氣體為O2，則發(fā)生該反應的氣體體積為10mL，其中NO28mL，O22mL，因此原混合氣體中NO2體積為8mL，O2體積為2mL＋2mL＝4mL；若剩余氣體為NO，根據(jù)3NO2＋H2O2HNO3＋NO，可知過量的NO2的體積為3×2mL＝6mL，則發(fā)生反應4NO2＋O2＋2H2O4HNO3，消耗的氣體總體積為12mL－6mL＝6mL，其中反應消耗的O2為6mL×15＝1．2mL，NO2的總體積為12mL－1．2mL＝10．8mL，故選A項。【答案】A【針對訓練5】如圖所示，當向試管內(nèi)通入21mLO2時，最后試管中的液面仍在原來的位置，則原試管中NO體積為（）A．6mLB．12mLC．16mL D．18mL【解析】據(jù)題意可推知反應后試管內(nèi)氣體為O2，且其體積與原NO體積相同。因發(fā)生反應4NO＋3O2＋2H2O4HNO3，設原試管中NO為xmL，則反應后試管中剩余O2也有xmL，根據(jù)反應方程式有4∶3＝x∶（21－x），解得x＝12?！敬鸢浮緽基礎性達標作業(yè)1．下列關(guān)于自然界中氮循環(huán)（如下圖）的說法不正確的是（）A．氮元素均被氧化B．工業(yè)合成氨屬于人工固氮C．含氮無機物和含氮有機物可相互轉(zhuǎn)化D．碳、氫、氧三種元素也參加了氮循環(huán)【解析】A項，人工固氮合成氨反應中，氮元素的化合價降低被還原，錯誤；B項，工業(yè)合成氨屬于人工固氮，正確；C項，硝酸鹽轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)及經(jīng)動物消化使蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為氨氣和銨鹽，實現(xiàn)了含氮無機物和含氮有機物的相互轉(zhuǎn)化；并且碳、氫、氧三種元素也參加了氮的循環(huán)，C正確，D正確?！敬鸢浮緼2．下列關(guān)于氮氣的說法中，錯誤的是（）A．通常情況下，氮氣性質(zhì)比較穩(wěn)定B．可在氧氣中燃燒，生成一氧化氮C．通常情況下，氮氣在水中的溶解度很小D．跟氫氣在一定條件下發(fā)生反應時，氮氣是氧化劑【解析】N2不能在O2中燃燒，與O2在放電時反應生成NO?！敬鸢浮緽3．下列對氮的氧化物的敘述中，正確的是（）A．氮的氧化物都是無色氣體B．氮的氧化物都難溶于水C．氮的氧化物都是酸性氧化物D．氮的氧化物都是大氣污染物【解析】NO2是紅棕色，A不正確；NO2易溶于水，B不正確；NO、NO2均不是酸性氧化物，C不正確；氮的氧化物均是大氣污染物，D正確?！敬鸢浮緿4．一定條件下，將等體積的NO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原總體積的（）A．14 B．C．18 D．【解析】由于NO和O2等體積，故二者等物質(zhì)的量，當二者溶于水時，發(fā)生反應4NO＋3O2＋2H2O4HNO34mol3mol設初始時