高中魯科版 (2019)第3節(jié) 氮的循環(huán)第1課時(shí)學(xué)案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

1．通過(guò)自然界中的氮循環(huán)，了解氮循環(huán)的基本過(guò)程，能列舉自然固氮與人工固氮的過(guò)程，知道人工固氮對(duì)社會(huì)發(fā)展的重要意義，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
2．認(rèn)識(shí)氮循環(huán)過(guò)程中重要的含有氮元素的物質(zhì)，能夠?qū)械氐奈镔|(zhì)進(jìn)行分類，形成宏觀辨識(shí)與微觀探析的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
3．建立從物質(zhì)類別、元素價(jià)態(tài)角度研究物質(zhì)性質(zhì)和實(shí)現(xiàn)含有氮元素的物質(zhì)之間轉(zhuǎn)化的思路和方法，培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
eq \a\vs4\al(自然界中的氮循環(huán) 氮?dú)?
1．自然界中的氮循環(huán)
(1)氮元素的存在
在自然界中的存在形式有游離態(tài)和化合態(tài)。
(2)自然界中氮的循環(huán)
(3)人類活動(dòng)對(duì)自然界中的氮循環(huán)的影響
①氮?dú)鈋q \(――――→,\s\up7(化學(xué)方法))eq \a\vs4\al(氨)―→氮肥、硝酸等含氮化合物；
②eq \x(\a\al(森林、農(nóng)作物、,化石燃料))eq \(――→,\s\up7(燃燒))氮氧化物參與氮的循環(huán)。
2．氮的固定
(1)含義：將空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過(guò)程叫作氮的固定。
(2)分類
eq \a\vs4\al(氮的,固定)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\a\vs4\al(自然,固氮)\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(高能固氮?N2＋O2\(=====,\s\up7(放電))2NO?,生物固氮?豆科植物的根瘤菌固氮?)),\a\vs4\al(人工,固氮)\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(合成氨\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(N2＋3H2\(,\s\up7(高溫、高壓),\s\d5(催化劑))2NH3)),仿生固氮))))
3．氮?dú)?br>(1)物理性質(zhì)
(2)化學(xué)性質(zhì)
①穩(wěn)定性
通常狀況下，氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)不活潑，它很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。
②N2與O2的反應(yīng)(表現(xiàn)出還原性)
閃電時(shí)或汽車引擎中發(fā)生的反應(yīng)為N2＋O2eq \(=====,\s\up7(放電))2NO。
③N2與H2的反應(yīng)(表現(xiàn)出氧化性)
化學(xué)方程式為N2＋3H2eq \(,\s\up7(高溫、高壓),\s\d5(催化劑))2NH3。
④N2與Mg的反應(yīng)(表現(xiàn)出氧化性)
化學(xué)方程式為N2＋3Mgeq \(=====,\s\up7(點(diǎn)燃))Mg3N2。
1．下列關(guān)于自然界中氮循環(huán)(如圖)的說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A．碳、氫、氧三種元素也參加了氮循環(huán)
B．含氮的無(wú)機(jī)物和含氮的有機(jī)物可以相互轉(zhuǎn)化
C．仿生固氮和根瘤菌固氮均為天然固氮
D．氮元素有的發(fā)生氧化反應(yīng)，有的發(fā)生還原反應(yīng)
解析：選C 仿生固氮是模仿生物將大氣中的氮固定，非天然固氮，故C錯(cuò)誤。
2．下圖中能實(shí)現(xiàn)人工固氮的是( )

A．閃電 B．合成氨車間

C．豆科植物根瘤 D．綠色植物光合作用
解析：選B 閃電時(shí)，氮?dú)夂脱鯕夥磻?yīng)生成NO，屬于自然固氮，A錯(cuò)誤；合成氨車間N2與H2在一定條件下反應(yīng)生成NH3，屬于人工固氮，B正確；豆科植物的根瘤菌將空氣中的氮?dú)馔ㄟ^(guò)生物化學(xué)過(guò)程轉(zhuǎn)化為含氮化合物，屬于生物固氮，C錯(cuò)誤；光合作用是將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物和氧氣，不屬于固氮，D錯(cuò)誤。
3．下列關(guān)于N2的說(shuō)法中錯(cuò)誤的是( )
A．通常情況下，N2的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，所以N2可在電焊時(shí)做保護(hù)氣
B．N2＋O2高溫,2NO，該反應(yīng)是汽車尾氣造成污染的主要原因之一
C．N2在空氣中約占空氣總質(zhì)量的eq \f(4,5)
D．在反應(yīng)3Mg＋N2點(diǎn)燃,Mg3N2中，N2做氧化劑
解析：選C N2在空氣中約占空氣總體積的eq \f(4,5)，C項(xiàng)錯(cuò)誤。
eq \a\vs4\al(氮的氧化物)
1．NO和NO2性質(zhì)的比較
[名師點(diǎn)撥]
NO易與O2反應(yīng)，難溶于水，不與水反應(yīng)，因此收集NO用排水法，不能用排空氣法。NO2易與水反應(yīng)，很難被O2氧化，因此收集NO2用向上排空氣法，不能用排水法。
2．氮的氧化物溶于水的計(jì)算
(1)計(jì)算依據(jù)
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO①
2NO＋O2===2NO2②
①×2＋②?4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3③
①×2＋②×3?4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3④
(2)氮的氧化物與氧氣混合后溶于水的情況分析
①NO2和O2的混合氣體溶于水(足量)時(shí)，情況分析見(jiàn)下表：
②NO和O2同時(shí)通入水(足量)中時(shí)，情況分析見(jiàn)下表：
③判斷有關(guān)NO、NO2、O2的混合氣體與足量H2O反應(yīng)后剩余氣體時(shí)，因NO2能與H2O反應(yīng)，NO能與O2反應(yīng)，所以剩余的氣體只可能為NO、O2中的一種，絕對(duì)不會(huì)剩余NO2。
[名師點(diǎn)撥]
氮的氧化物與O2、H2O反應(yīng)的計(jì)算方法
1．電子守恒法
當(dāng)NOx轉(zhuǎn)化為硝酸時(shí)要失去電子，如果是NOx與O2混合，則反應(yīng)中O2得到的電子數(shù)與NOx失去的電子數(shù)相等。
2．原子守恒法
4NO2＋O2和4NO＋3O2從組成上均相當(dāng)于2N2O5的組成，4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3、4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3都與N2O5＋H2O===2HNO3等效。當(dāng)NO、NO2、O2的混合氣體通入水中時(shí)利用混合氣體中N、O原子個(gè)數(shù)比進(jìn)行分析判斷：
N(N)∶N(O)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(＜2∶5 剩余O2,＝2∶5 恰好完全反應(yīng),＞2∶5 剩余NO))
1．將一支盛滿NO2氣體的試管倒置在水槽中，最終試管內(nèi)液面的變化是( )
解析：選A 由反應(yīng)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO可知，反應(yīng)后V(NO)是反應(yīng)前V(NO2)的eq \f(1,3)，則液面上升到試管的eq \f(2,3)處。
2．下列對(duì)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，且二者都是大氣污染物
D．NO密度比空氣大，可用排空氣法收集
解析：選C NO是無(wú)色難溶于水的氣體，不與堿反應(yīng)，不是酸性氧化物，A項(xiàng)錯(cuò)誤；NO2能與水反應(yīng)：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，N2和O2反應(yīng)生成NO，B項(xiàng)錯(cuò)誤；NO和O2發(fā)生反應(yīng)：2NO＋O2===2NO2，NO2與H2O反應(yīng)生成NO，NO、NO2都是大氣污染物，C項(xiàng)正確；NO易與O2反應(yīng)，不能用排空氣法收集，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
3．將10 mL NO和NO2的混合氣體通入裝滿水倒立在水槽中的量筒內(nèi)，一段時(shí)間后，最后剩余4 mL氣體，原混合氣體中含NO的體積為( )
A．1 mL B．3 mL
C．5 mLD．7 mL
解析：選A 若NO2的體積為x，則NO的體積為(10 mL－x)，NO2氣體與水反應(yīng)的化學(xué)方程式為3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，由此可知，eq \f(1,3)x＋(10 mL－x)＝4 mL，解得x＝9 mL，則原混合氣體中含NO的體積為10 mL－x＝1 mL。
[分級(jí)訓(xùn)練·課課過(guò)關(guān)]
1．下列說(shuō)法不正確的是( )
A．豆科植物通過(guò)根瘤菌吸收空氣中的氮是化學(xué)變化
B．汽車尾氣中的氮氧化物是由游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化來(lái)的
C．化石燃料燃燒通常不釋放出氮氧化物
D．植物秸稈燃燒時(shí)產(chǎn)生氮氧化物，參與了氮的循環(huán)
解析：選C 氮的固定是將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)變成化合態(tài)的氮，是化學(xué)變化；汽車尾氣中的氮氧化物是由氮?dú)夂脱鯕夥磻?yīng)生成的；化石燃料中含有氮元素，燃燒時(shí)會(huì)釋放出氮氧化物；植物秸稈燃燒時(shí)產(chǎn)生氮氧化物，參與了氮的循環(huán)。
2．實(shí)驗(yàn)室收集NO、NO2兩種氣體，下列收集方法正確的是( )
A．均可用排水法
B．均可用向上排空氣法
C．NO用向上排空氣法，NO2用排水法
D．NO用排水法，NO2用向上排空氣法
解析：選D NO2氣體能與水反應(yīng)生成硝酸和NO，不能用排水法收集，A錯(cuò)誤；NO與O2反應(yīng)生成NO2，所以NO不能用排空氣法收集，B錯(cuò)誤；根據(jù)以上分析，C錯(cuò)誤；NO難溶于水，因此可以用排水法收集；NO2與空氣不反應(yīng)，其密度比空氣密度大，所以可用向上排空氣法收集，D正確。
3．NO對(duì)于心腦血管系統(tǒng)功能的改善具有重要作用。下列關(guān)于NO的描述不正確的是( )
A．難溶于水
B．可由氮?dú)夂脱鯕庠诜烹姉l件下反應(yīng)生成
C．常溫下能與氧氣化合
D．紅棕色氣體
解析：選D NO為無(wú)色難溶于水的氣體，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
4.如圖將充滿二氧化氮的試管倒扣在水槽中，下列敘述錯(cuò)誤的是( )
A．試管內(nèi)液面上升
B．試管內(nèi)氣體顏色逐漸變淺，直至消失
C．堵住管口將試管取出，管口向上，觀察到試管口有紅棕色出現(xiàn)
D．取少量試管內(nèi)液體，滴加石蕊試液后褪色
解析：選D 二氧化氮溶于水后，發(fā)生如下反應(yīng)：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，NO2氣體為紅棕色，NO氣體無(wú)色。從反應(yīng)的化學(xué)方程式可以看出，3體積的NO2與水反應(yīng)后，只生成1體積的NO，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，試管內(nèi)氣壓會(huì)減小，所以試管內(nèi)液面上升，A正確；試管內(nèi)氣體由NO2轉(zhuǎn)化為NO，所以氣體的顏色逐漸變淺，直至消失，B正確；試管內(nèi)的NO與空氣接觸，生成NO2，試管口有紅棕色出現(xiàn)，C正確；反應(yīng)后，試管內(nèi)液體為稀硝酸，滴加石蕊試液，溶液只變紅不褪色，D錯(cuò)誤。
5．目前，汽車尾氣已成為許多大城市空氣的主要污染源之一。汽車尾氣中含有CO、NO等多種污染物。
(1)汽車燃料中一般不含氮，尾氣中所含的NO產(chǎn)生的原因是________________________________________________________________________，
化學(xué)方程式為_(kāi)___________________________________________________。
(2)治理汽車尾氣中NO和CO的一種方法是在汽車的排氣管上裝上一個(gè)催化轉(zhuǎn)化裝置，使NO和CO反應(yīng)，生成CO2和N2，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________。
(3)下列措施中，能有效減少或控制汽車尾氣污染且可行的是________(填標(biāo)號(hào))。
①制定嚴(yán)格的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格執(zhí)行。
②開(kāi)發(fā)清潔能源，如氫能汽車、太陽(yáng)能汽車等。
③市民出行戴防毒面具。
④市民大量移居城市郊區(qū)。
解析：(1)空氣中的N2和O2在電火花作用下或內(nèi)燃機(jī)燃燒產(chǎn)生的高溫條件下反應(yīng)生成NO，其化學(xué)方程式為N2＋O2eq \(========,\s\up7(放電或高溫),\s\d5( ))2NO。
(2)NO和CO反應(yīng)生成CO2和N2，其化學(xué)方程式為2NO＋2COeq \(=====,\s\up7(催化劑))2CO2＋N2。
(3)①有利于減少污染；②有利于減少污染；③不現(xiàn)實(shí)，是污染后再防護(hù)的做法，不可??；④不現(xiàn)實(shí)，大量移居成本較高，不可取。
答案：(1)空氣中的N2和O2在電火花作用下或內(nèi)燃機(jī)燃燒產(chǎn)生的高溫條件下反應(yīng)產(chǎn)生NO N2＋O2eq \(========,\s\up7(放電或高溫),\s\d5( ))2NO (2)2NO＋2COeq \(=====,\s\up7(催化劑))N2＋2CO2
(3)①②
顏色
狀態(tài)
氣味
在水中的溶解性
eq \a\vs4\al(無(wú))色
eq \a\vs4\al(氣)體
無(wú)味
難溶
NO
NO2
物理性質(zhì)
無(wú)色、難溶于水的氣體
紅棕色、有刺激性氣味、易溶于水的氣體
化學(xué)性質(zhì)
與水反應(yīng)
不反應(yīng)
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
(工業(yè)上利用這一原理制取HNO3)
與O2反應(yīng)
2NO＋O2===2NO2
不反應(yīng)
與堿反應(yīng)
不反應(yīng)
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
氧化性
弱氧化性：6NO＋4NH3eq \(=====,\s\up7(催化劑))5N2＋6H2O；
2NO＋2COeq \(=====,\s\up7(催化劑))N2＋2CO2
強(qiáng)氧化性：NO2＋SO2===NO＋SO3；可使?jié)駶?rùn)的淀粉-KI試紙變藍(lán)
毒性
有毒，結(jié)合血紅蛋白的能力比CO還強(qiáng)
有毒
氣體比例
剩余氣體情況
V(NO2)∶V(O2)＝4∶1時(shí)
恰好反應(yīng)，無(wú)氣體剩余
V(NO2)∶V(O2)＜4∶1時(shí)
剩余氧氣
V(NO2)∶V(O2)＞4∶1時(shí)
NO2過(guò)量，剩余氣體為NO，且其體積為過(guò)量NO2體積的eq \f(1,3)
氣體比例
剩余氣體情況
V(NO)∶V(O2)＝4∶3時(shí)
恰好反應(yīng)，無(wú)氣體剩余
V(NO)∶V(O2)＜4∶3時(shí)
剩余氧氣
V(NO)∶V(O2)＞4∶3時(shí)
剩余NO

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