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1、第二节第二节 氮的循环氮的循环 联想联想质疑质疑1.闪电时空气中会发生哪闪电时空气中会发生哪些化学反应？些化学反应？2.俗语说俗语说“雷雨发庄雷雨发庄稼稼”，这句话隐含着什，这句话隐含着什么原理？么原理？ 在新疆与青海交界处有一山谷，人称魔鬼谷，经在新疆与青海交界处有一山谷，人称魔鬼谷，经常电闪雷鸣，狂风暴雨，把人畜击毙。然而谷内却是常电闪雷鸣，狂风暴雨，把人畜击毙。然而谷内却是牧草茂盛，四季常青。请解释原因。牧草茂盛，四季常青。请解释原因。 N2 + O2 = 2NO放电或高温放电或高温2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO雷雨发庄稼雷雨发庄稼 由雷电
2、作用是地球上氮盐天然合由雷电作用是地球上氮盐天然合成的主要途径，成的主要途径， 氮盐是植物生长所氮盐是植物生长所必须的大量营养盐，在工业时代之必须的大量营养盐，在工业时代之前，农业不使用化肥，雷雨天降水前，农业不使用化肥，雷雨天降水中的氮盐相当给农作物施了一次肥，中的氮盐相当给农作物施了一次肥，能促进其生长，所以说能促进其生长，所以说“雷雨发庄雷雨发庄稼稼”。 一、氮在自然界中的循环一、氮在自然界中的循环1. 1.氮在自然界中的存在形式氮在自然界中的存在形式 氮元素氮元素游离态游离态:N:N2 2化合态化合态: :铵盐铵盐、硝酸盐、硝酸盐(KNO(KNO3 3、 NaNONaNO3 3、蛋白质
3、、核酸蛋白质、核酸) )2. 2.自然界中氮的循环过程自然界中氮的循环过程天上人间地下N2NO NO2HNO3NH3NH3 、NH4+、 NO3自然界中氮的循环过程 动物中有机氮动物中有机氮 植物中有机氮植物中有机氮 大气中的氮氮的固定（生物固氮、氮的固定（生物固氮、高能固氮、人工固氮）高能固氮、人工固氮）土壤中的氮土壤中的氮( (铵盐铵盐硝酸盐硝酸盐) )细菌分解细菌分解 动物排泄动物排泄物及遗体物及遗体植物遗体植物遗体动物摄取动物摄取植植物物吸吸收收硝酸盐硝酸盐人类的活动人类的活动会影响氮的循环会影响氮的循环N2 NH3化学活动化学活动各种氮肥各种氮肥化石燃料的燃烧、化石燃料的燃烧、森林、
4、农作物枝森林、农作物枝叶的燃烧叶的燃烧NxOy进入陆地和进入陆地和海洋参与氮海洋参与氮的循环的循环二、氮循环中的重要物质二、氮循环中的重要物质色色 味味态态密度密度溶解性溶解性1、N2 物理性质：物理性质：二、氮循环中的重要物质二、氮循环中的重要物质色色 味味态态密度密度溶解性溶解性无无色色无无味味气体占大气总量占大气总量的的78% （体（体积分数）积分数）小于空气小于空气（1.25g/L）难溶于难溶于水水1、N2 物理性质：物理性质： 合成氨、仿生固氮合成氨、仿生固氮 (本课本课75页页)生物固氮：生物固氮：9090% %如豆科植物如豆科植物高能固氮：高能固氮：1010% %如闪电如闪电自然
5、固氮自然固氮氮的固定氮的固定 使空气中使空气中游离态的氮游离态的氮转化为转化为含氮含氮的化合物的化合物的方法叫做的方法叫做氮的固定氮的固定，简称简称固氮固氮人工固氮：人工固氮：(二二)、氮的氧化物氮的氧化物名称名称化合价化合价化学式化学式一氧化二氮一氧化二氮N2O 一氧化氮一氧化氮NO三氧化二氮三氧化二氮N2O3二氧化氮二氧化氮NO2 四氧化二氮四氧化二氮N2O4五氧化二氮五氧化二氮N2O5+1+2+3+4+4+5笑气笑气2 2、氮的氧化、氮的氧化物物NONO2色色味味态态水溶性水溶性与氧气与氧气反应反应收集方收集方法法应用应用2 2、氮的氧化、氮的氧化物物NONO2色无色红棕色味、态无色、气
6、体刺激性、气体水溶性不溶易溶 ，与水反应与氧气不反应收集方法排水法向上排空气法应用3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO2NO + O2 = 2NO2 2NO+O2=2NO22. 3NO2+H2O=2HNO3+NO 反应中，反应中，(1)NO2是酸性氧化物吗？是酸性氧化物吗？(2)n(氧化剂氧化剂) : n(还原剂还原剂)=？(3)如何如何使使尽可能多的尽可能多的NO2被水吸收转化为硝酸被水吸收转化为硝酸1. 怎样除去怎样除去 NO 中的中的 NO2 ?思考：思考：4523NO2 + H2O =2HNO3 + NO3NO2+H2O=2HNO3+NO此反应可用于工业制硝酸，但二氧化氮可使
7、此反应可用于工业制硝酸，但二氧化氮可使多种织物褪色，损坏织物和尼龙制品，对金多种织物褪色，损坏织物和尼龙制品，对金属材料与非金属材料也有腐蚀作用。属材料与非金属材料也有腐蚀作用。http:/ 2、氮的氧化、氮的氧化物物NONO2色无色红棕色味、态无色、气体刺激性、气体水溶性不溶易溶 ，与水反应与氧气不反应应用传递神经信息传递神经信息的的“信使分子信使分子”比比CO更易与血更易与血红蛋白结合造成红蛋白结合造成缺氧缺氧使多种织物褪色，损坏使多种织物褪色，损坏多种织物和尼龙制品，多种织物和尼龙制品，对金属和非金属材料有对金属和非金属材料有腐蚀作用腐蚀作用3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
8、2NO + O2 = 2NO2 NO2的危害！的危害！ 健康危害：氮氧化物主要损害呼吸道。环境危害：对环境有危害，对水体、土壤 和大气造成污染。燃爆危险：该品助燃，有毒，具刺激性。练练 习习1.下列反应不属于氮的固定的是（下列反应不属于氮的固定的是（ ）A.N2O22NO放电放电N23MgMg3N2点燃点燃B. N23MgMg3N2点燃点燃3NO2H2O2HNO3NOC.N23H2高温、高压高温、高压催化剂催化剂2NH3D.C2、说法不正确的是（、说法不正确的是（ ） A、一氧化氮能与人体内的血红蛋白结合。、一氧化氮能与人体内的血红蛋白结合。 B、一氧化氮有刺激性的气味。、一氧化氮有刺激性的气
9、味。 C、二氧化氮可用来造硝酸、二氧化氮可用来造硝酸 D、一氧化氮是红棕色气体、一氧化氮是红棕色气体BD3、起固氮作用的反应是、起固氮作用的反应是（ ）A、N2和和H2在一定条件下合成在一定条件下合成NH3B、NO与与O2反应生成反应生成NO2C、NH3催化氧化生成催化氧化生成NOD、由、由NH3制硝酸铵制硝酸铵A3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO2NO + O2 = 2NO224NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 +）3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO2NO + O2 = 2NO232+）4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 两个重要的反应方程
10、式两个重要的反应方程式:当当V(NO2): V(O2)=4:1时，时，NO2可完全转化为硝酸可完全转化为硝酸当当V(NO ): V(O2)=4:3时，时，NO可完全转化为硝酸可完全转化为硝酸N2的用途：的用途： 液氮是火箭燃料的推进剂液氮是火箭燃料的推进剂 液氮用于治病：如外科手术中的液氮用于治病：如外科手术中的“冷刀冷刀” 液氮可以治愈早中期癌症液氮可以治愈早中期癌症 氮气用做食物的保鲜氮气用做食物的保鲜 充氮包装、充氮灯泡充氮包装、充氮灯泡 制取氮肥制取氮肥 合成染料合成染料 制造炸药。制造炸药。练练 习习一定条件下，将等体积的一定条件下，将等体积的NO和和O2的混合气体置的混合气体置于试
11、管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后，于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后，剩余气体的体积约为原体积的多少？剩余气体的体积约为原体积的多少？2NO O22NO23NO2H2O2HNO3NO上述两个反应可多次循环，综合两式，整理得总反应式上述两个反应可多次循环，综合两式，整理得总反应式4NO 3O2 2H2O4HNO3分析：分析：NO 和和O2的体积比为的体积比为4:3，等体积混和，剩余，等体积混和，剩余O2 体积，为原混合气体的体积，为原混合气体的 1/8答案：答案：1/8将将NO2和和O2混和气体同时通入水中发生的反应？混和气体同时通入水中发生的反应？迁迁 移移2NO O22NO23
12、NO2H2O2HNO3NO上述两个反应多次循环，综合上述两个反应多次循环，综合 可得总反应关系式可得总反应关系式4NO2 O2 2H2O4HNO3 现给你一试管二氧化氮，其他药品和仪器自选。现给你一试管二氧化氮，其他药品和仪器自选。1、请你、请你设计实验设计实验，要求尽可能多地，要求尽可能多地NO2被水吸收。被水吸收。 实验步骤实验步骤 现现 象象 解释（反应式）解释（反应式）（1）（2）（3） 在这个过程中要通入多少在这个过程中要通入多少O2， NO2才能完全转变才能完全转变成成HNO3呢？呢？ 3NO2H2O2HNO3NO 2NO+O2 2NO24NO2O22H2O4HNO3 NO2与与O
13、2以以41的体积比混合，与足量的体积比混合，与足量 的水反应就可以完全转变成硝酸。的水反应就可以完全转变成硝酸。 2 得：得：(工业合成硝酸工业合成硝酸)6NO22H2O4HNO32NO + 得：得：3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO2NO + O2 = 2NO224NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 +）3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO2NO + O2 = 2NO232+）4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 两个重要的反应方程式两个重要的反应方程式:当当V(NO2): V(O2)=4:1时，时，NO2可完全转化为硝酸可完全转化为硝酸当当V(
14、NO ): V(O2)=4:3时，时，NO可完全转化为硝酸可完全转化为硝酸（从原料的充分利用、减少污染物的排放等方面（从原料的充分利用、减少污染物的排放等方面考虑。）考虑。）-工业生产硝酸，将尾气（工业生产硝酸，将尾气（NO）吸收）吸收通入适量的氧气后再溶解于水，经过多次通入适量的氧气后再溶解于水，经过多次循环氧化、溶解，可充分利用原料，并减循环氧化、溶解，可充分利用原料，并减少少NO的排放，保护环境。的排放，保护环境。 【活学活用】 2将装有50 mL NO2、NO混合气体的量筒倒立于水槽中，反应后气体体积缩小为30 mL，则原混合气体中NO2和NO的体积比是() A53B35C32D23
15、【解析】判断此题可根据化学方程式，运用差量法进行计算，由所得结果来确定正确的选项。 设混合气体中NO2的体积为x 差量法： 3NO2H2O=2HNO3NOVhttp:/ 电弧法制备NOhttp:/ NO 的实验室制法 （铜与稀硝酸反应）http:/ NO2的实验室制法（铜与浓硝酸反应）http:/ NO与O2反应 加水（无声音）色、态色、态气味气味密度密度溶解性溶解性毒性毒性NONO2无色气体无色气体红棕色气体红棕色气体无味无味刺激性刺激性气味气味比空气比空气略大略大比空比空气大气大难溶于水难溶于水易溶于水易溶于水有毒有毒有毒有毒实验步骤实验步骤实验现象实验现象实验结论实验结论试管内气体颜色慢
16、慢试管内气体颜色慢慢变为无色，水面不断变为无色，水面不断上升，最后静止在距上升，最后静止在距试管底部约试管底部约1/3处处NO2不能全部被水吸不能全部被水吸收，有无色气体收，有无色气体NO生成生成水面不断上升，最后试水面不断上升，最后试管内无色气体约为原管内无色气体约为原NO2体积的体积的1/3，通入适，通入适量量O2后液面继续上升，后液面继续上升，最后试管全部充满液体最后试管全部充满液体水面不断上升，最后试水面不断上升，最后试管全部充满液体管全部充满液体NO2溶于水生成的溶于水生成的NO全部与全部与O2反应被水吸反应被水吸收收NO2可被可被NaOH溶液溶液全部吸收全部吸收把充满把充满NO2的
17、试管的试管倒立水中，倒立水中，再通入再通入O2在新疆与青海交界处有一山谷，人称魔鬼谷，经常在新疆与青海交界处有一山谷，人称魔鬼谷，经常电闪雷鸣电闪雷鸣，狂风暴雨，把人畜击毙。然而谷内却是，狂风暴雨，把人畜击毙。然而谷内却是牧草茂盛牧草茂盛，四季常青。请解释原因。，四季常青。请解释原因。 N2 + O2 = 2NO放电或高温放电或高温2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO雷雨发庄稼；雷雨发庄稼；一场雷雨一层肥一场雷雨一层肥包含的化学方程式包含的化学方程式记忆记忆NO2的危害！ 健康危害：氮氧化物主要损害呼吸道。环境危害：对环境有危害，对水体、土壤和大气可造
18、成污染。燃爆危险：该品助燃，有毒，具刺激性。一氧化氮中毒，是我国北方城镇、农村在寒冷冬季教常见的意外事故，其原因多是家庭用煤炉取暖不当，一氧化氮排出不畅，造成中毒。练习下列过程属于人工固氮的是下列过程属于人工固氮的是（ ） A、分离液态空气制氮气 B、闪电时N2转化为NO C、工业合成氨 D、豆科植物根瘤菌固氮C2. 3NO2+H2O=2HNO3+NO 反应中，反应中，(1)NO2是酸性氧化物吗？是酸性氧化物吗？(2)n(氧化剂氧化剂) : n(还原剂还原剂)=？1. 怎样除去怎样除去 NO 中的中的 NO2 ?思考思考记忆：记忆：通过水洗通过水洗不是不是1：23、在持续通入、在持续通入氧气氧
19、气的情况下能否使倒扣的情况下能否使倒扣在水槽中的一试管的在水槽中的一试管的二氧化氮二氧化氮液面不断液面不断上升上升,直至直至试管完全被液体充满试管完全被液体充满?思考思考讨论讨论分析分析: : 3NO2H2O2HNO3NO 2NO+O2 2NO2 在这个过程中要通入多少在这个过程中要通入多少O2， NO2才能完才能完全转变成全转变成HNO3呢？呢？ 3NO2H2O2HNO3NO 2NO+O2 2NO24NO2O22H2O4HNO3 NO2与与O2以以41的体积比混合，与足量的体积比混合，与足量 的水反应就可以完全转变成硝酸。的水反应就可以完全转变成硝酸。 2 得：得：(工业合成硝酸工业合成硝酸
20、)6NO22H2O4HNO32NO + 得：得：+ +2NO+O2 2NO2问题问题4. 要使要使NO尽可能被水吸收尽可能被水吸收,需要需要通入多少体积的通入多少体积的O2 ? 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO同理推出同理推出 (1)X3+(2)X2 (1)X3+(2)X2 得得: : (1)X3 6NO+3O (1)X3 6NO+3O2 2=6NO=6NO2 2 (2)X2 6NO (2)X2 6NO2 2+2H+2H2 2O=4HNOO=4HNO3 3+2NO+2NO 4NO+3O4NO+3O2 2+2H+2H2 20=4HNO0=4HNO3
21、3 NO与与O2以以43的体积比混合，与足量的体积比混合，与足量 的水反应就可以完全转变成硝酸。的水反应就可以完全转变成硝酸。+ +思考思考讨论讨论1、现有一试管二氧化氮，将其倒置于盛满水的水、现有一试管二氧化氮，将其倒置于盛满水的水槽中，足够长的时间后，有什么现象？槽中，足够长的时间后，有什么现象？ 试管中气体的颜色褪去试管中气体的颜色褪去, ,液面上升，剩余液面上升，剩余气体大约占试管总体积的气体大约占试管总体积的1/31/3。 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO2 2、若使试管中液面上升，可采取什么措施？、若使试管中液面上升，可采取什么措施？通入氧气通入氧气 2NO + O2 = 2NO24NO+3O2+2H20=4HNO3当V(NO):V(O2)=4:3时,恰好反应,无气体剩余当V(NO):V(O2)4:3时,过量,剩余气体当V(NO):V(O2) 4:1)4:1时时过量过量, ,剩余剩余 气体为气体为2.2.当当V(NOV(NO2 2):V(O):V(O2 2)=7:1)=7:1时时,过量过量, ,过过量量份份, ,剩余气体为剩余气体为,剩余剩余份份. .NONO2 2NONO 剩余的剩余的NONO2 2会继续反应会继续反应 3NO3NO2 2 + H+ H2 2O = 2HNOO = 2HNO3 3 + NO+ NONONO2 23 3NONO1 1