第09講硫循環(huán)和氮循環(huán)

第09講硫循環(huán)和氮循環(huán)教學目標運用硫循環(huán)和氮循環(huán)模型，了解自然界中的硫循環(huán)和氮循環(huán)的基本過程，簡歷從物質類別，元素價態(tài)角度研究物質性質和實現(xiàn)物質之間相互轉化的思路和方法。認識酸雨的形成和危害。模塊模塊一自然界中的硫循環(huán)知識預習知識預習氮在自然界中的循環(huán)固氮：固氮的途徑主要有高能固氮、工業(yè)固氮和生物固氮。高能固氮是通過閃電、宇宙射線、隕石、火山爆發(fā)等所釋放的能量進行固氮，形成的氨或硝酸鹽隨著降雨到達地球表面，屬于天然固氮方式。工業(yè)固氮是在高溫、高壓、催化劑的作用下，將氮氣還原為氨氣。

生物固氮是通過固氮菌和藍藻等自養(yǎng)或異養(yǎng)微生物進行固氮，生物固氮是最重要的固氮途徑。反硝化作用，硝酸鹽等含氮化合物在反硝化細菌的作用下轉化為N2、NO和N2O，這個過程稱為反硝化作用。硝化作用：雖然有些自養(yǎng)細菌和海洋中的很多異養(yǎng)細菌可以利用氨或銨鹽來合成它們自己的組成成分，但一般說來，氨和銨鹽難以被直接利用，必須通過硝化作用轉化為硝酸鹽。氨和銨鹽被硝化細菌（包括亞硝酸鹽細菌和硝酸鹽細菌）氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的過程稱為硝化作用。生物利用硝酸鹽和亞硝酸鹽動物取食，消化吸收氨基酸脫水縮合合成蛋白質氨化作用：當固定的無機氮被生物利用后，在體內形成含氮有機化合物，通過代謝產生尿素和尿酸等產物，排出體外。

尿素和尿酸等通過土壤和水中的很多異養(yǎng)細菌、放線菌和真菌的代謝活動，轉變?yōu)闊o機化合物（氨）并把它釋放出來，這個過程就稱為氨化作用?！纠?】打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)，提高空氣質量。下列物質不屬于空氣污染物的是A．CO2 B．NO2 C．SO2【答案】A【解析】A．CO2本身就是空氣的成分，不屬于大氣污染物，A符合題意；B．NO2是有毒有害氣體，能造成硝酸型酸雨、光化學煙霧等，屬于大氣污染物，B不符合題意；C．SO2引起的典型環(huán)境問題是形成硫酸型酸雨，SO2屬于空氣污染物，C不符合題意；D．NO引起的典型環(huán)境問題有：硝酸型酸雨、光化學煙霧等，NO屬于空氣污染物，D不符合題意；故選A?！纠?】研究表明，氮氧化物(NOx)與二氧化硫在形成霧霾時與大氣中的氨有關，其轉化關系如圖所示。下列關于霧霾A．霧霾的形成與燃料燃燒有關B．涉及氧化還原反應C．霧霾中含有NH4NOD．NH3【答案】D【解析】A．氮氧化物(NOx)與二氧化硫在形成霧霾，霧霾的形成與燃料燃燒有關，故AB．二氧化硫到三氧化硫，化合價升高，氮氧化物到五氧化二氮，化合價升高，因此涉及氧化還原反應，故B正確；C．根據(jù)圖中信息霧霾中含有NH4NO3和NHD．氨氣與硝酸或硫酸生成硝酸銨或硫酸銨顆粒，氨氣參與反應且量減少，因此NH3不是形成無機顆粒物的催化劑，故D綜上所述，答案為D。模塊模塊二自然界中的硫循環(huán)知識預習知識預習硫在自然界中的循環(huán)陸地中的含硫礦石被風化進入土壤，土壤中的硫可被植物吸收，或隨水流進入海洋。陸地中的硫可隨水流進入大海，或隨火山爆發(fā)進入大氣。海洋中的硫可沉積成礦物，也可被生物體吸收。生物體中的硫在生物體死亡、腐敗過程中進入土壤、大氣或海洋。大氣中的硫可被生物體吸收進入土壤或海洋?！纠?】自然界中的含硫物質通過各種化學過程建立起硫循環(huán)，其循環(huán)過程如下圖：

(1)從圖中可以看出，火山噴發(fā)產生的氣體中有H2S。寫出H2S的結構式___________。(2)結合圖中含硫物質，分析硫常見的化合價除了0價，還有___________，試寫出一個含有最高價硫元素的物質和最低價硫元素的物質之間反應的化學方程式___________。(3)除了硫，氮也是自然界常見的物質，含氮廢水進入水體會對環(huán)境造成污染。某學生社團用鋁將NO3-還原為N2，從而消除污染。下列離子方程式：6NO①標出該反應中的電子轉移方向和數(shù)目_________②該反應中，被還原的元素是___________，每生成1molN2，轉移的電子數(shù)目是___________?！敬鸢浮?1)H(2)2、+4、+6H(3)N10mole-【解析】（1）根據(jù)原子結構，H2S的結構式為：（2）硫元素為第三周期第ⅥA族，常見的化合價為：2、0、+4、+6，含有最高價硫元素的物質有H2SO4、SO3、硫酸鹽等，含有最低價硫元素的化合物有H2（3）根據(jù)元素化合價的變化：Al0→Al+3(OH)3，N+5O3-對點訓練對點訓練1．下列關于氮及其化合物的說法正確的是A．實驗中常用排水法收集NO2氣體 B．久置的濃硝酸濃度減小C．NO→NO2的過程屬于氮的固定 D．濃硝酸常溫下不與鐵反應【答案】B【解析】A．NO2能與水反應，不能用排水法收集，只能用向上排空氣法收集，AB．濃硝酸有揮發(fā)性，久置的濃硝酸會變?yōu)橄∠跛?，濃度減小，B項正確；C．氮的固定是指游離態(tài)的氮轉化為含氮化合物，C項錯誤；D．常溫下，濃硝酸與鐵發(fā)生鈍化，鈍化是化學變化，D項錯誤；故選B。2．每天報道的空氣質量報告中，不包含的指標是A．CO2含量 B．SO2含量C．NO2含量 D．可吸入顆粒物【答案】A【解析】SO2含量、NO2含量、可吸入顆粒物都是大氣污染物，是每天報道的空氣質量報告的指標，而CO2不是空氣污染物，不屬于空氣質量報告中的指標，故A符合題意。綜上所述，答案為A。3．下列有關酸雨的說法中不正確的是A．酸雨形成的主要原因是工業(yè)和民用上大量燃燒含硫的化石燃料B．二氧化碳是形成酸雨的主要物質C．用天然氣代替含硫的煤作燃料，可有效控制酸雨的形成D．酸雨能直接破壞農作物、腐蝕建筑物及工業(yè)設備【答案】B【解析】A．酸雨的pH＜5.6，酸性較強，會損害農作物、腐蝕建筑物，其形成的主要原因是工業(yè)和民用上大量燃燒含硫的化石燃料，A正確；B．二氧化碳的飽和溶液，其pH=5.6，則二氧化碳不是形成酸雨的主要物質，B不正確；C．用天然氣代替含硫的煤作燃料，可減少含硫煤的使用，從而減少二氧化硫氣體的排放，有效控制酸雨的形成，C正確；D．酸雨的pH＜5.6，酸性較強，能直接破壞農作物、腐蝕建筑物及工業(yè)設備，D正確；故選B。4．NH3、NH4Cl、NO、NO2、HNO3等是氮的重要化合物，工業(yè)合成氨的反應為N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)

ΔH=92.4kJ?mol1。NH3可與酸反應制得銨鹽，也可通過催化氧化生成NO，用于生產HNO3。濃氨水加到生石灰中，放出大量熱量，促進NH3?H2O分解，可用于實驗室制取NH3。在指定條件下，下列選項所示的物質間轉化能實現(xiàn)的是A．NO(g)→H2OHNO3(aq) B．稀硝酸C．NO2(g)→H2OHNO3(aq) D．NO3-(aq)【答案】C【解析】A．NO不溶于水，不與水反應，則NO(g)→H2OHNO3(aq)不能實現(xiàn)轉化，B．銅與稀硝酸反應生成硝酸銅、一氧化氮和水，則稀HNO3(aq)→CuNO2(g)不能實現(xiàn)轉化，BC．NO2與H2O反應生成硝酸和NO，C正確；D．NO3-(aq)中N為最高價+5價，O3為氧化劑，因此不能轉化，D答案選C。5．判斷下列說法不正確的是A．X是N2O5B．可用排空氣法收集NO氣體C．工業(yè)上以NH3、空氣、水為原料生產硝酸D．由NH3→N2，從原理上看，NH3可與NO2反應實現(xiàn)【答案】B【解析】A．根據(jù)圖中氮元素及其化合物的轉化關系可知，氮的氧化物X中的氮元素的化合價為+5價，對應的物質是N2O5，A項正確；B．NO和空氣中氧氣生成二氧化氮，故不可用排空氣法收集NO氣體，B項錯誤；C．氨氣催化氧化生成一氧化氮和水，一氧化氮和氧氣反應生成二氧化氮，二氧化氮和水反應生成硝酸，故工業(yè)上以NH3、空氣、水為原料生產硝酸，C項正確；D．根據(jù)氧化還原反應原理分析，NH3可與NO2反應生成氮氣，化學方程式為：8NH3+6NO2=7N2+12H2O，D項正確；答案選B。6．“價類”二維圖是學習元素化合物的工具，a～g分別表示不同價態(tài)的氮元素所對應的物質，其關系如圖所示。下列說法正確的是

A．f屬于強電解質B．g受熱分解一定能得到aC．用蘸有濃硫酸的玻璃棒靠近a，產生白煙D．濃的e溶液保存在棕色試劑瓶中，并置于冷暗處【答案】D【解析】A．根據(jù)分析可知，f為NH3?H2O，屬于弱堿弱電解質，故A錯誤；B．銨鹽受熱分解不一定得到a，可能得到氮的氧化物，如硝酸銨在不同溫度的分解，故B錯誤；C．根據(jù)分析可知，濃硫酸不易揮發(fā)，故用蘸有濃硫酸的玻璃棒靠近NH3，不會產生白煙，故C錯誤；D．根據(jù)分析可知，a為HNO3，濃硝酸見光易分解，故應保存在棕色試劑瓶中，并置于冷暗處，故D正確；故選：D。7．常溫下，兩個容積相同的燒瓶中分別盛滿M、N兩種氣體(同溫同壓)，打開K，使兩燒瓶內的氣體充分接觸(如圖所示)，最后使容器內壓強最小的M、N組合為

編號①②③④氣體MNHSONNO氣體NHClOHOA．① B．② C．③ D．④【答案】A【解析】①NH3+HCl=NH4Cl(s)，氣體完全轉化為固體，氣體完全被消耗，壓強減??；②SO2和O2常溫下不反應，氣體不變壓強不變；③N2和H2常溫常壓下不發(fā)生反應，氣體不變壓強不變；④2NO+O2=2NO2，3mol氣體轉化為2mol氣體，壓強略有減少。壓強最小為①；故答案為A。8．近幾年，中國汽車銷量大幅增長，同時汽車尾氣排放也是目前人類面臨的環(huán)境問題之一、有一種汽車尾氣處理裝置，氣體在催化劑表面吸附與解吸的過程如圖所示，下列說法正確的是A．反應中N2為氧化劑，NO為還原產物B．汽車尾氣的主要污染成分包括CO、NO和N2C．NO和O2必須在催化劑表面才能反應D．催化轉化總反應為2NO+O2+4CO催化劑4CO2+N2【答案】D【解析】A．NO、O2、CO反應產生N2，在反應中N元素化合價降低，得到電子被還原，所以NO是氧化劑，N2為還原產物，A錯誤；B．汽車尾氣中含有CO、NO和N2、CO2，其中的主要污染成分包括CO、NO，而N2則是空氣成分，不是污染物，B錯誤；C．NO和O2在室溫下相遇會發(fā)生反應產生NO2，而不一定是必須在催化劑表面才能反應，C錯誤；D．根據(jù)電子守恒、原子守恒，可知上述轉化的總反應的化學方程式為2NO+O2+4CO催化劑4CO2+N2，D正確；故合理選項是D。9．某教師設計了如圖裝置(省略夾持裝置)探究碳與濃硝酸的反應，已知鉑絲在實驗過程中不參與反應，下列說法錯誤的是查閱資料可知：NO2可與NaOHA．將紅熱的木炭伸進濃硝酸中可以觀察到有紅棕色氣體產生B．通過三頸燒瓶內的現(xiàn)象可知該反應的化學方程式為C+2HNO3(C．反應結束后，將NaOH溶液加入三頸燒瓶中吸收NO2，反應的離子方程式為D．濃硝酸呈黃色的原因可能是濃硝酸分解生成的NO2【答案】B【解析】A．紅熱的木炭伸進濃硝酸中反應生成NO2氣體，可以觀察到有紅棕色氣體產生，A正確；B．紅熱的木炭伸進濃硝酸中反應生成NO2氣體，反應的化學方程式為C+4HNO3(濃)ΔC．反應結束后，將NaOH溶液加入三頸燒瓶中吸收NO2，NO2發(fā)生歧化反應生成硝酸鈉和亞硝酸鈉，反應的離子方程式為2NO2D．濃硝酸將官易分解為NO2，NO2為紅棕色氣體，濃硝酸呈黃色的原因可能是濃硝酸分解生成的NO2溶解在溶液中，D故選B。10．如圖所示，燒瓶中充滿干燥氣體a，將滴管中的液體b擠入燒瓶內，輕輕振蕩燒瓶，然后打開彈簧夾，燒杯中的液體呈噴泉狀噴入燒瓶，若b為NaOH溶液，則a不可能是A．NO2 B．CO2 C．N2【答案】C【解析】A．NO2能溶于NaOH溶液，生成NaNO3、NaNO2等，使燒瓶內產生負壓，從而形成噴泉，A不符合題意；B．CO2能溶于NaOH溶液，生成Na2CO3等，使燒瓶內產生負壓，從而形成噴泉，B不符合題意；C．N2與NaOH溶液不反應，不能使燒瓶內產生負壓，不能形成噴泉，C符合題意；D．SO2能溶于NaOH溶液，生成Na2SO3等，使燒瓶內產生負壓，從而形成噴泉，D不符合題意；故選C。11．如圖是某元素的價類二維圖。其中X是一種強堿，G為正鹽，通常條件下Z是無色液體，D的相對原子質量比C小16，各物質轉化關系如圖所示。下列說法正確的是A．D為一種紅棕色氣體 B．C→B的轉化過程中，Z做氧化劑C．F在一定條件下可直接與Y反應生成D D．B和F能發(fā)生復分解反應生成鹽【答案】C【分析】G為正鹽，X是一種強堿，二者反應生成氫化物F，則G為銨鹽、F為NH3，F(xiàn)連續(xù)與Y反應依次得到單質E、氧化物D、氧化物C，C的相對分子質量比D大16，則Y為O2、E為N2、D為NO、C為NO2；C與Z反應得到含氧酸B，則Z為H2O、B為HNO3，B與X發(fā)生酸堿中和反應得到A為硝酸鹽?！窘馕觥扛鶕?jù)上述分析可知：A為硝酸鹽，B為HNO3，C為NO2，D為NO，E為N2，F(xiàn)為NH3，G為銨鹽，X為強堿，Y為O2，Z為H2O。A．D為NO，NO是無色氣體，A錯誤；B．B為HNO3，C為NO2，Z為H2O，NO2與水反應產生HNO3和NO，在該反應中只有N元素化合價發(fā)生變化，因此該反應中NO2既是氧化劑，又是還原劑，H2O只是一種反應物，B錯誤；C．F為NH3，Y為O2，D為NO，NH3、O2在催化劑存在條件下加熱發(fā)生氧化還原反應產生NO、H2O，C正確；D．B為HNO3，F(xiàn)為NH3，二者發(fā)生化合反應產生銨鹽NH4NO3，反應類型不屬于復分解反應，D錯誤；故合理選項是C。12．化學在治理空氣污染方面發(fā)揮著重要的作用。Ⅰ.化石燃料的過度使用是導致酸雨的主要原因。研究表明，NOx、SO(1)HNO3的電離方程式為___________(2)SO2會被雨水吸收形成酸雨，這種酸雨在空氣中久置酸性增強的原因是___________Ⅱ.NOx、SO(3)用氨水可以吸收SO2①實驗室用固固加熱法制取NH3的化學方程式為___________②用足量氨水吸收SO2的化學方程式為___________(4)利用NaClO吸收液可在脫除煙氣中NOx的同時脫除SO2，研究發(fā)現(xiàn)在不同的初始pH條件下，吸收液對流動煙氣的脫硫效率都接近100％，而對NO的pH=2時，脫除SO2的離子方程式為___________；反應時間60min時，由圖可知，pH越小，NO脫除率【答案】(1)HNO(2)二氧化硫和水反應生成亞硫酸，亞硫酸在空氣中被氧氣氧化為硫酸(3)2NH4Cl＋CaOH2ΔCaCl2＋2NH(4)ClO-+SO【解析】（1）HNO3為強酸，水溶液中完全電離，HNO（2）二氧化硫和水亞硫酸，亞硫酸在空氣中被氧氣氧化為硫酸，導致溶液酸性增強；（3）①實驗室用固固加熱法制取NH3的反應為氯化銨和氫氧化鈣加熱生成氯化鈣和水、氨氣，化學方程式為2NH②用足量氨水吸收SO2反應生成亞硫酸銨和水，化學方程式為SO2+2NH3?H2O=NH42（4）pH=2時，次氯酸具有強氧化性，會把二氧化硫氧化為硫酸根離子，脫除SO2的離子方程式為ClO-+SO2+H2O=Cl-+SO413．氮元素對地球上所有生命都至關重要，是所有蛋白質及DNA中具有決定性作用的元素之一，植物生長離不開氮元素。認識“氨氮的轉化”能促進對自然界中氮循環(huán)及人類對氮循環(huán)干預的價值與危害的理解，進一步樹立人與自然和諧共生、社會可持續(xù)發(fā)展的理念。(1)請結合元素化合價分析氮及其重要化合物的轉變是怎樣實現(xiàn)的序號物質間轉變氮元素化合價變化相關化學方程式①N0→+2_______②NO______________③NO______________④HNO______________上述轉變中屬于固氮過程的是_______(填序號)(2)汽車尾氣中主要含有CO2、CO、SO2、NO2、NO等物質，治理方法之一是在汽車的排氣管上安裝“催化轉化器”，其中CO①汽車尾氣中的NO來源不合理的是_______(填字母)A．氨氣和氧氣在催化劑的作用下轉化而成B．氮氣和氧氣在火花塞放電時反應生成C．氮氣和氧氣在高溫條件下轉化而成②寫出“催化轉化器”轉化CO和NO的化學方程式，并指出電子轉移的方向和數(shù)目_______。③盡管催化轉化器可以處理CO、NO，但是催化劑也容易將SO2轉化為SO3，從而引起酸雨問題。SO2轉化為SO(3)取1只表面皿A，在內側粘貼一張濕潤的紅色石蕊試紙。另取1只表面皿B，加入約半藥匙硫酸銨固體，再向硫酸銨固體中加入約小半藥匙熟石灰固體，輕輕拌勻后，用表面皿A蓋住表面皿B(如圖所示)，可以觀察到的現(xiàn)象是_______，相關反應的化學方程式為_______。(4)有一種白色固體，加熱可以完全分解為氣體，其中一種氣體能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，另一種氣體能使澄清石灰水變渾濁。該固體不可能是_______(填字母)A．亞硫酸銨 B．碳酸銨 C．碳酸氫銨 D．氯化銨(5)研究表明，氮氧化物和二氧化硫在形成霧霾時與大氣中的氨有關(如下圖所示)。下列敘述錯誤的是_______(填字母)A．霧和霾的分散劑相同 B．霧霾中含有硝酸銨和硫酸銨C．NH3是形成無機顆粒物的催化劑 D．霧霾【答案】(1)N2+O2通電2NO+2→+42NO+O2=2NO2+4→+5，+4→+23NO2+H2O=2HNO3+NO+5→+4Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)(2)A2SO2(3)濕潤的紅色石蕊試紙變藍Ca(OH)2+(NH4)2SO4=CaSO4+2NH3↑+2H2O(4)D(5)C【解析】（1）①N2和O2在放電條件下反應生成NO，化學方程式為N2②NO與氧氣反應生成NO2，N元素化合價從+2價升高到+4價，化學方程式為2NO+O2=2NO2。③NO2與H2O反應生成HNO3和NO，NO2中部分N化合價從+4價升高到+5價，部分從+4價降低到+2價，化學方程式為3NO2+H2O=2HNO3+NO。④濃硝酸和Cu反應生成NO2，N元素化合價從+5價降低到+4價，化學方程式為Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。氮的固定是指將空氣中游離態(tài)的氮轉化為含氮化合物，故屬于固氮過程的是①。（2）①A．氨氣和氧氣在催化劑高溫條件下反應可生成NO，A錯誤；B．氮氣和氧氣在放電條件下反應生成NO，B正確；C．氮氣和氧氣在高溫條件下可反應生成NO，C正確；故答案選A。②從圖中可知，CO和NO在催化劑作用下反應生成CO2和N2，化學方程式為。③SO2在催化劑作用下可與O2反應生成SO3，化學方程式為2SO（3）氫氧化鈣與硫酸銨反應放熱生成氨氣，氨氣使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，故現(xiàn)象為濕潤的紅色石蕊試紙變藍。化學方程式為Ca(OH)2+(NH4)2SO4=CaSO4+2NH3↑+2H2O。（4）A．亞硫酸銨加熱分解為NH3、SO2和H2O，其中NH3可使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，SO2可使澄清石灰水變渾濁，A正確；B．碳酸銨加熱分解生成NH3、CO2和H2O，其中NH3可使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，CO2可使澄清石灰水變渾濁，B正確；C．碳酸氫銨加熱分解生成NH3、CO2和H2O，其中NH3可使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，CO2可使澄清石灰水變渾濁，C正確；D．氯化銨加熱分解生成NH3和HCl，其中NH3可使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，但是H