高中化學必修課程PAGEPAGE1第3節氮的循環第1課時自然界中的氮循環氮氣與氮氧化物[核心素養發展目標]1.了解自然界中的氮循環，認識氮循環中的物質及其相互轉化在生產生活中的應用和對生態環境的影響，增強社會責任意識。2.通過雷電固氮實驗、NO和NO2的性質實驗，認識科學探究是進行科學解釋和發現、創造和應用的科學實踐活動。一、自然界中的氮循環1.自然界中氮元素循環示意圖2.氮循環中涉及許多含氮物質，請填寫下表：含氮物質N2NH3NH4HCO3NONO2HNO3KNO3氮元素價態0－3－3＋2＋4＋5＋5物質類別單質氫化物銨鹽氧化物氧化物含氧酸硝酸鹽(1)自然界中氮的存在形式多種多樣，除N2、NH3、NOx、銨鹽、硝酸鹽等無機物外，還能以蛋白質等有機物的形式存在。(2)氮的循環中氮元素可被氧化，也可被還原，判斷的依據主要是看反應過程中氮元素化合價的變化情況。3.氮循環中含氮物質有多種形式的轉化，有的對人類生產生活有益，有的則產生了負面作用，請舉例說明。[答案]對人類有益的有：游離態的氮轉化為化合態的氮，被作物吸收等。對人類有害的有：工業廢氣、汽車尾氣中的氮氧化物會造成大氣污染等。工廠廢液、生活廢水中的氮元素對水體造成污染。二、氮氣和氮氧化物1.氮氣(1)氮氣的性質通常狀況下，氮氣是無色、無味、無毒的氣體。密度比空氣的稍小，難溶于水。氮氣分子的結構穩定，其化學性質不活潑。在一定條件下能與某些物質發生反應：①與O2反應：N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放電))2NO(可解釋汽車尾氣中含有NO)。②與H2反應：N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高溫、高壓),\s\do5(催化劑))2NH3(工業合成氨，為可逆反應)。③與Mg反應：N2＋3Mgeq\o(=,\s\up7(點燃))Mg3N2(鎂在空氣中燃燒可能的產物)。氮元素是多價態元素，氮氣中氮元素呈0價，處于中間價態，故氮氣既有氧化性(與H2反應)，又有還原性(與O2反應)。(2)氮的固定(3)氮氣的主要用途①氮氣常做焊接金屬、充填燈泡，保存食品的保護氣；②氮氣是合成氨、制硝酸的重要原料；③液氮可用作制冷劑，應用于醫學、科技等領域。2.氮的氧化物(1)不同價態的氮的氧化物氮的氧化物N2O(笑氣)NON2O3NO2N2O4N2O5氮元素化合價＋1＋2＋3＋4＋4＋5①上述氮的氧化物中，只有N2O3和N2O5是酸性氧化物。②NO2、N2O4中氮元素的化合價都是＋4價。(2)一氧化氮的性質①無色無味的有毒氣體，難溶于水。②具有還原性，在空氣中易被氧化：2NO＋O2=2NO2。③具有弱氧化性：6NO＋4NH3eq\o(=,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))5N2＋6H2O。(3)二氧化氮的性質①紅棕色有刺激性氣味的有毒氣體。②易溶于水且與水反應：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。③具有強氧化性：能與SO2反應，能使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍。④能與堿溶液反應：2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O。⑤自身二聚：2NO2N2O4(無色氣體)。(1)NO雖易與O2化合，但N2與O2反應時，不論O2是否足量，其一步反應都只能得到NO，不能生成NO2()(2)由于NO極易與O2反應，并且其密度與空氣相差不多，因此收集NO只能用排水法()(3)由于NO2極易與水反應且密度比空氣大，因此收集NO2只能用向上排空氣法()(4)NO2能與堿反應生成硝酸鹽、亞硝酸鹽和水，NO2是酸性氧化物()(5)NO和NO2都是大氣污染物()[答案](1)√(2)√(3)√(4)×(5)√NO和NO2性質比較NONO2色、味、態無色無味氣體紅棕色有刺激性氣味氣體溶解性不溶于水易溶于水且與水反應氧化物類別非酸性氧化物(不成鹽氧化物)非酸性氧化物(不成鹽氧化物)氧化還原性既有氧化性又有還原性，主要表現強還原性既有氧化性又有還原性，主要表現強氧化性毒性有毒(易結合血紅蛋白使人中毒)有毒(刺激腐蝕呼吸道黏膜)相互轉化NOeq\o(,\s\up7(O2),\s\do5(H2O))NO23.實驗探究——模擬工業生產硝酸的原理實驗裝置實驗步驟(1)將充滿NO2的試管倒置于水槽中(2)向(1)中充分反應后的試管中緩慢地通入O2實驗現象紅棕色氣體逐漸變為無色氣體；氣體體積逐漸減小，試管內液面上升；試管內液面最終上升至試管容積的eq\f(2,3)處無色氣體先變成紅棕色，后逐漸變為無色，試管內液面上升，持續通入適量O2，試管內可充滿水反應方程式3NO2＋H2O=2HNO3＋NO2NO＋O2=2NO2、3NO2＋H2O=2HNO3＋NO總反應方程式4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3(1)工業上用水吸收NO2制取硝酸的反應過程中，常需要不斷地補充一些空氣，其目的是什么？提示使生成的NO再氧化為NO2，NO2溶于水又生成HNO3和NO。經過多次的氧化和吸收，NO2可以比較完全地被水吸收，能夠盡可能多地轉化為硝酸。(2)俗話說“雷雨發莊稼”，試說出其中的原理，寫出反應的化學方程式。提示雷電發生時，N2和O2化合生成NO，NO迅速被氧化為NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3跟土壤作用生成硝酸鹽，NOeq\o\al(－,3)可被植物吸收。N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放電))2NO,2NO＋O2=2NO2,3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。1.氮的循環在自然界元素的循環中具有重要的意義，有些氮的轉化是從氮氣轉化為含氮的化合物，有的轉化發生在含氮的化合物之間。下列過程中，以游離態的氮為原料，最終產生含氮的化合物的是()A.汽車尾氣中的氮氧化物形成酸雨B.硝化細菌的硝化過程C.動物尸體腐爛D.豆科植物的根瘤菌固氮[答案]D[解析]氮氧化物形成酸雨是其與水反應生成硝酸的緣故；硝化細菌的硝化過程是將氨或銨鹽轉化成硝酸鹽；動物尸體腐爛是從高分子有機氮到小分子有機氮的過程；豆科植物的根瘤菌固氮過程是在固氮酶的作用下將氮氣轉化為含氮的化合物。2.(2019·唐山高一調研)下列化學反應中屬于氮的固定的是()A.N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放電))2NOB.O2＋2NO=2NO2C.H2O＋3NO2=NO＋2HNO3D.4NH3＋5O2eq\o(=,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))4NO＋6H2O[答案]A3.生物固氮是指()A.植物從土壤中吸收含氮養料B.豆科植物的根瘤菌將氮氣轉變為氮的化合物作為養料吸收C.將氮轉變為硝酸及其他氮的化合物D.反硝化細菌將硝酸轉變為氮氣放出[答案]B4.通常情況下，下列各組物質混合，不能發生化學反應的是()A.H2O和NO2 B.N2和H2C.NO和O2 D.NO2和SO2[答案]B5.可用于區別溴蒸氣和NO2氣體的試劑是()A.淀粉碘化鉀溶液 B.FeCl2溶液C.AgNO3溶液 D.NaOH溶液[答案]C[解析]用AgNO3溶液檢驗，能產生淺黃色沉淀的為溴蒸氣。6.(2018·江蘇淮陰中學期中)下列關于氮的氧化物的敘述正確的是()A.氮的氧化物只有NO、NO2B.氮的氧化物均為紅棕色氣體C.氮的氧化物均有毒D.氮的氧化物在空氣中能穩定存在[答案]C[解析]氮的氧化物包括NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等，A項錯誤；NO、N2O4等均為無色氣體，B項錯誤；氮的氧化物均有毒，C項正確；NO在空氣中易被O2氧化為NO2，D項錯誤。7.將充滿NO2和O2的量筒倒立于盛有水的水槽中，經過一段時間后，水上升到量筒體積的一半處停止，則剩余氣體的成分是()A.NO2B.NOC.O2D.NO或O2[答案]C[解析]設量筒體積為VL，剩余eq\f(V,2)L的氣體可能是NO或O2。①若氣體為NO，根據反應3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，則過量NO2為eq\f(3V,2)L，不合題意。②若氣體為O2，則有eq\f(V,2)LNO2與O2發生反應4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，符合題意。8.(2018·鄭州高一檢測)以下是氮循環的一部分：(1)反應②的化學方程式是________________________________________________。(2)NO2易溶于水并和水發生化學反應，該反應中氧化劑是________。(3)化合物A的化學式是________。(4)治理汽車尾氣的一種方法是用催化劑使NO與CO發生反應：2NO＋2CO=2CO2＋N2，當生成1molN2時，被還原的NO為________mol。[答案](1)2NO＋O2=2NO2(2)NO2(3)HNO3(4)2[解析](1)反應②是NO與氧氣化合生成NO2，反應的化學方程式是