高中化學 第三章 自然界中的元素 第2節(jié) 氮的循環(huán)學案(2)魯科版必修1.doc
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第2節(jié) 氮的循環(huán)知識巧學升華 一、氮在自然界中的循環(huán) 1氮元素的存在:游離態(tài)和化合態(tài)。 2氮的循環(huán) 二、氮循環(huán)中的重要物質(zhì)及其變化 1氮氣與氮的固定 (1)N2的分子結(jié)構:N2是雙原子分子,2個N原子之間共用3個電子對,使每個N原子都達到了穩(wěn)定結(jié)構。2個N原子之間結(jié)合十分牢固,要破壞它,需要很多的能量。 (2)N2的化學性質(zhì) 通常情況下,N2化學性質(zhì)不活潑。在一定條件下,N2能跟O2或H2反應。 N2和O2的反應: N2和H2的反應 “”表示反應同時向正反應方向和逆反應方向進行。這樣的反應被稱為可逆反應。 N2與Mg的反應 3Mg+N2Mg3N2 (3)植物對氮的吸收和氮的固定 通常植物只吸收和 氮的固定:使空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為可利用的含氮化合物的過程叫做氮的固定。簡稱固氮。游離態(tài)氮化合態(tài)氮,是氮的固定。如:N2NH3,N2NO等。 固氮 2氮的氧化物 (1)NO的兩面性 NO是大氣污染物:是造成光學煙霧的主要氣體之一;NO還能與血紅蛋白結(jié)合,使血紅蛋白失去運O2能力。 NO是人體內(nèi)的信使分子:NO在人體血管系統(tǒng)內(nèi)具有傳送信號的功能,NO能讓體內(nèi)某部位的信號傳送到另一部位,人體離不開少量的NO。 (2)NO的合成反應 N2+O22NO 大多數(shù)化合反應是放熱反應,但該反應卻是吸熱反應。 (3)NO的氧化反應 常溫下,NO很容易被空氣中的O2氧化為NO2 2NO+O22NO2 (無色) (紅棕色) (4)NO2的性質(zhì) 物理性質(zhì):NO2是紅棕色易溶于水的有毒氣體,有刺激性氣味。 NO2溶于水的反應 該反應也是歧化反應,NO2既是氧化劑,又是還原劑。 NO2的自身聚合反應 2 (紅棕色)(無色) (5)NOx+O2+H2O的反應 2NO+O22NO2 3NO2+H2O2HNO3+NO +2,消去NO得: 4NO2+O2+2H2O4HNO3 +2,消去NO2得 4NO+3O2+2H2O4HNO3 (6)N2O4的氧化作用 我國研制的火箭中,使用偏二甲肼(C2H8N2)作燃料,四氧化二氮作氧化劑,反應為 3氨與銨態(tài)氮肥 (1)氨的物理性質(zhì) NH3是無色、有刺激性氣味的氣體,密度比空氣小,易液化,且極易溶于水。 (2)氨的化學性質(zhì) NH3與水反應 要點提示 注意此處空半格NH3是中學階段所學的唯一堿性氣體。氨水中有NH3、H2O、NH3H2O、OH等粒子,還有水電離出的H+。 NH3與酸反應 NH3+HClNH4Cl 濃鹽酸易揮發(fā),濃氨水也易揮發(fā),二者相遇有白煙生成。 NH3的催化氧化 反應常使用鉑(Pt)作催化劑。 這是工業(yè)上合成HNO3的一個重要反應。 知識拓展 注意此處空半格N-3H3中,N元素處在最低價,具有還原性。NH3可在純凈的O2和Cl2中燃燒:4NH3+3O22N2+6H2O2NH3+3Cl2N2+6HCl 8NH3+3Cl2N2+6NH4Cl (3)氮肥 氮肥的類別 銨態(tài)氮肥:主要成分是。硝態(tài)氮肥:主要成分是。有機氮肥:尿素CO(NH2)2。 銨態(tài)氮肥的儲存:密封包裝、置于陰涼通風處。 銨態(tài)氮肥的使用:埋在土下,不能與堿性物質(zhì)(如石灰、草木灰)混合施用。 (4)銨鹽的性質(zhì)實驗實驗現(xiàn)象結(jié)論及化學方程式取少量NH4Cl固體放在試管中加熱 白色固體逐漸減少,最后完全消失 在試管中上部出現(xiàn)白色固體 NH4Cl不穩(wěn)定,受熱分解 NH4ClNH3+HCl NH3和HCl遇冷又結(jié)合為NH4Cl,NH3+HClNH4Cl取少量NH4HCO3固體放在試管中加熱,將生成的氣體通入新制的石灰水中 白色固體逐漸減少,最后完全消失,放出無色有刺激性氣味的氣體 澄清石灰水變渾濁 NH4HCO3不穩(wěn)定,受熱分解 NH4HCO3NH3+H2O+CO2 Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O向NH4Cl固體中滴加10%的NaOH溶液,并將濕潤的紅色石蕊試紙靠近試管口放出無色、有刺激性氣味的氣體,使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍色銨鹽遇堿放出NH3NH4Cl+NaOHNH3+H2O+NaCl (5)尿素和復合肥 尿素CO(NH2)2 尿素是一種白色晶體,易溶于水,是目前含N量最高的化肥,不能被作物直接吸收,但肥效持久。 CO(NH2)2+2H2O2+ 尿素的合成反應為 復合肥:復合肥是指含有N、P、K中兩種以上營養(yǎng)元素的化肥。如(NH4)2HPO4、NH4H2PO4等。 4硝酸及其應用 硝酸的主要用途:HNO3可用于制造炸藥、染料、塑料、硝酸鹽等。 硝酸的性質(zhì): (1)物理性質(zhì) 純凈的硝酸是無色、易揮發(fā)、有刺激性氣味的液體,熔、沸點低,密度比水大。 (2)化學性質(zhì) 不穩(wěn)定性:見光受熱易分解 4HNO34NO2+O2+2H2O 光線越強、溫度越高,HNO3越易分解。HNO3越濃,越易分解。 要點提示 注意此處空半格濃HNO3常呈黃色,是由于溶有NO2的緣故。 強氧化性: a與金屬反應 能氧化Au、Pt、Ti以外的大多數(shù)金屬。 要點提示 注意此處空半格硝酸與金屬反應不生成H2,而是生成氮的氧化物。濃硝酸與金屬反應被還原為NO2,稀硝酸與金屬反應被還原為NO。氧化性:濃硝酸稀硝酸。 b與金屬反應 加熱條件下,濃HNO3還能將C、P、S等非金屬氧化到最高價態(tài)。 S+6HNO3(濃)H2SO4+6NO2+2H2O 2P+10HNO3(濃)2H3PO4+10NO2+2H2O 鈍化: 常溫下,F(xiàn)e、Al在濃HNO3中鈍化表面形成致密氧化物保護膜,阻止了反應的進一步進行。 鈍化是化學變化??捎描F制、鋁制容器盛裝濃HNO3。 如果加熱,則氧化層被破壞,F(xiàn)e、Al與HNO3反應劇烈。 要點提示 Fe、Al在稀HNO3中不鈍化: Fe(不足)+4HNO3(稀) Fe(NO3)3+NO+2H2O 棕黃色 3Fe(過量)+8HNO3(稀)3Fe(NO3)2+2NO+4H2O 淺綠色 Al+4HNO3(稀)Al(NO3)3+NO+2H2O 三、人類活動對自然界氮循環(huán)和環(huán)境的影響 1活化氮 (1)N2是惰性的,可被植物吸收的和是活化氮的主要形態(tài)。 (2)人類的固氮活動使活化氮數(shù)量猛增,有利有弊。有利的是提高了農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量;不利的是增大了溫室效應,造成水體污染和酸雨。 光化學煙霧 汽車尾氣中的氮氧化物與碳氫化合物經(jīng)紫外線照射,發(fā)生反應形成的一種有毒的淺藍色的煙霧,稱為光化學煙霧。 酸雨:氮氧化物跟空氣中的水反應生成的硝酸和亞硝酸,也是酸雨的成分。 水體富營養(yǎng)化:水體中N、P含量的增加,會導致藻類的“瘋長”,迅速覆蓋水面,使水生動物死亡。 水體中氮的主要來源:工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)田灌溉和淋洗、水產(chǎn)餌料、肥料等。 2氮對環(huán)境的影響和控制 (1)減少人類活動對自然界中氮循環(huán)的影響:一方面應控制進入大氣、陸地和海洋的有害物質(zhì)的數(shù)量,另一方面應增強生態(tài)系統(tǒng)對有害物質(zhì)的吸收能力。因此,應保護森林,植樹造林,促進全球氮的良性循環(huán)。 (2)減少氮氧化物對環(huán)境的影響:減少產(chǎn)生氮氧化物的活動,吸收和轉(zhuǎn)化人類活動中產(chǎn)生的氮氧化物,減少氮氧化物向大氣中的排放。問題思路探究 問題 圖為什么能形成噴泉?如何使圖中所示裝置也順利產(chǎn)生噴泉現(xiàn)象? 思路:形成壓強差是產(chǎn)生噴泉的關鍵,壓強由負壓差(如圖和圖)和正壓差(火山爆發(fā)和城市廣場中的人工噴泉)。 探究:圖形成噴泉的原理:當擠壓滴管的膠頭,膠頭滴管中的水進入燒瓶,大量的氨(約占擠入水體積的700倍)迅速溶解,使燒瓶內(nèi)壓強迅速減小形成負壓,在外界大氣壓作用下,燒杯內(nèi)的水迅速進入燒瓶形成噴泉。要使圖裝置也能形成噴泉,關鍵是一開始如何使燒瓶內(nèi)形成負壓,即找到形成噴泉的“誘因”。裝置比較,本裝置沒有滴管,不可能有水“擠”入燒瓶內(nèi)形成負壓,就考慮讓燒瓶中的氨氣溶于燒杯的水中,所以考慮打開止水夾,用熱毛巾捂燒瓶片刻,燒瓶中的氨受熱壓到燒杯中而迅速溶解,燒瓶內(nèi)形成負壓而形成噴泉。典題熱題新題 例1將10 mL充滿NO2和O2的混合氣體的試管,倒置在水槽中,反應停止后試管內(nèi)剩余2 mL無色氣體,求原混合氣中NO2和O2各多少毫升。 解析:剩余2 mL氣體可能是NO或O2,分兩種情況討論: (1)剩余的是NO: 可以看作先發(fā)生反應:4NO2+O2+2H2O4HNO3。剩余的NO2又與水反應,最終有2 mL NO產(chǎn)生。由反應3NO2+H2O2HNO3+NO得剩余的NO2體積為2 mL3=6 mL。則原有O2體積為(10 mL6 mL)=0.8 mLNO2體積為10 mL0.8 mL=9.2 mL。 (2)剩余的是O2 則有10 mL2 mL=8 mL是NO2和O2的混合氣體,根據(jù)反應:4NO2+O2+2H2O4HNO3。NO2的體積為8mL=6.4 mLO2體積為10mL6.4 mL=3.6 mL。 答案:(1)若剩余的是NO,則NO2和O2體積分別為9.2 mL和0.8 mL; (2)若剩余的是O2,則NO2和O2體積分別為6.4 mL和3.6 mL。 深化升華 注意此處空半格因為反應后剩余氣體,所以,分析剩余氣體的成分,一般來說,兩種反應物,首先判斷過量,然后根據(jù)完全吸收的反應關系計算: 二氧化氮完全被水吸收:4NO2+O2+2H2O4HNO3 一氧化氮完全被水吸收:4NO+3O2+2H2O4HNO3 容易出現(xiàn)的錯誤是:剩余2 mL氣體可能是NO或O2,只計算一種情況,剩余NO2時忽略和水反應生成NO。 例2都能用右圖所示裝置進行噴泉實驗的一組氣體是() AHCl和CO2BNH3和CH4 CSO2和CODNO2和N2 解析:只要能使燒瓶內(nèi)外產(chǎn)生一定的壓強差,氣體與液體的組合就能形成噴泉。A選項中,HCl極易溶于水,CO2能完全溶于NaOH溶液中:2NaOHCO2Na2CO3H2O,或 NaOHCO2NaHCO3。B選項中,NH3極易溶于水,但CH4不易溶于水,也不與NaOH反應。C選項中,SO2能完全溶解在NaOH溶液中:2NaOHSO2Na2SO3H2O,或 NaOHSO2NaHSO3,但CO能與NaOH反應。D選項中,NO2能溶于NaOH溶液:2NO22NaOHNaNO3NaNO2H2O,如果N2含量大,也不能形成噴泉。 答案:A 深化升華 注意此處空半格只要充入的液體能使瓶內(nèi)氣體溶解與之發(fā)生反應,且使瓶內(nèi)氣體處于低壓狀態(tài),就可以形成噴泉。 易溶于水的氣體與水的組合; 酸性氣體與堿液的組合; 堿性氣體與酸液的組合; 有機氣體與有機溶劑的組合。 例3往淺綠色的Fe(NO3)2溶液中逐滴加入稀鹽酸時,溶液的顏色變化應該是() A顏色變淺B逐漸變紅色 C沒有改變D變棕黃色 解析:Fe2和在溶液中可以大量共存,但加入鹽酸后,在酸性條件下表現(xiàn)出強氧化性(即可認為H與結(jié)合成了HNO3),把Fe2氧化成Fe3,溶液由淺綠色變成棕黃色。 答案:D 深化升華 注意此處空半格解題時要注意題目中的隱含條件,很多離子在特定的條件下才會具備某種性質(zhì)。如本題中有強氧化性是指在酸性條件下。- 配套講稿:
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