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1、氮的循环第一课时本讲稿第一页，共四十七页 氮以游离态存在于大气中氮以游离态存在于大气中本讲稿第二页，共四十七页1.氮在自然界中的存在形式氮元素游离态游离态化合态化合态本讲稿第三页，共四十七页联想联想质疑质疑1.闪电时空气中会发生闪电时空气中会发生哪些化学反应？哪些化学反应？2.这些反应和生成的物这些反应和生成的物质对人类的生产生活质对人类的生产生活有什么影响？有什么影响？本讲稿第四页，共四十七页一、氮在自然界中的循环1.氮在自然界中的存在形式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、核酸、蛋白质、核酸)2.2.
2、自然界中氮的循环过程自然界中氮的循环过程本讲稿第五页，共四十七页天空地面地底N2NO NO2HNO3NH3NH3、NH4+、NO3硝酸盐等硝酸盐等本讲稿第六页，共四十七页氮循环过程NHNH4 4+-3-3HNO3+5+5NONO3 3+5+5N2 2NHNH3 3-3-3NONO+2+2NONO2 2+4+4本讲稿第七页，共四十七页一、氮在自然界中的循环1.氮在自然界中的存在形式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、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二、氮循环中的重要物质1
3、.1.氮气氮气(1)(1)氮气的物理性质氮气的物理性质本讲稿第八页，共四十七页二、氮循环中的重要物质二、氮循环中的重要物质1、氮气、氮气(1)氮气的物理性质纯净的氮气通常是无色无味无毒的气体纯净的氮气通常是无色无味无毒的气体.密度比空气略小密度比空气略小氮气在水中的溶解度很小氮气在水中的溶解度很小,通常状况下通常状况下,1,1体体积水中只能溶解积水中只能溶解0.020.02体积的氮气体积的氮气.即难溶于水即难溶于水本讲稿第九页，共四十七页一、氮在自然界中的循环1.氮在自然界中的存在形式2.2.自然界中氮的循环过程自然界中氮的循环过程二、氮循环中的重要物质1.1.氮气氮气(1)(1)氮气的物理性
4、质氮气的物理性质(2)(2)氮气的化学性质氮气的化学性质本讲稿第十页，共四十七页根据氮元素的化合价，请从氧化还原反应的角根据氮元素的化合价，请从氧化还原反应的角度推测氮气可能具有什么性质？能和哪些物质度推测氮气可能具有什么性质？能和哪些物质反应，得到什么产物？反应，得到什么产物？阅读教材阅读教材74到到75页的内容，验证你的推测并页的内容，验证你的推测并用化学方程式用化学方程式总结氮气的化学性质，总结氮气的化学性质，然后指然后指出反应中的出反应中的氧化剂和还原剂氧化剂和还原剂。推测推测探究氮气的化学性质探究氮气的化学性质 验证验证请结合氮的用途和氮循环中含氮的各物质间的转化进行分析本讲稿第十一
5、页，共四十七页2 2、化学性质：、化学性质：（1 1）还原性：）还原性：N2+O22NO(有毒、无色、难溶于水有毒、无色、难溶于水)放电N N2 2分子中两个氮原子共用三对电子分子中两个氮原子共用三对电子,相互作用力强相互作用力强,在通常情况下在通常情况下,结构特别结构特别稳定稳定,化学性质不活泼化学性质不活泼本讲稿第十二页，共四十七页（2 2）氧化性：）氧化性：N23H22NH3说明：a该反应是工业上合成氨的反应原理，具有非常重要的现实意义。N2表现出氧化性。b在N2跟H2反应生成氨的同时，NH3也在分解生成N2和H2。催化剂催化剂 高温高压高温高压在同一条件下，同时向正反两个方向进行的反应
6、称为可逆可逆反应反应。同一条件同一条件在可逆反应的化学方程式中用在可逆反应的化学方程式中用“”代替代替“=”。本讲稿第十三页，共四十七页一、氮在自然界中的循环1.氮在自然界中的存在形式2.2.自然界中氮的循环过程自然界中氮的循环过程二、氮循环中的重要物质1.1.氮气氮气(1)(1)氮气的物理性质氮气的物理性质(2)(2)氮气的化学性质氮气的化学性质本讲稿第十四页，共四十七页本讲稿第十五页，共四十七页一、氮在自然界中的循环二、氮循环中的重要物质1.1.氮气氮气(1)(1)氮气的物理性质氮气的物理性质(2)(2)氮气的化学性质氮气的化学性质A.A.氮气和氧气反应氮气和氧气反应2.NO 2.NO 和
7、和 NONO2 2 物理性质和化学性质物理性质和化学性质本讲稿第十六页，共四十七页NO与与NO2的比较的比较NONO2物理性质化学性质无色气体无色气体难溶于水，难溶于水，剧毒！剧毒！红棕色有刺激性气味红棕色有刺激性气味气体，易溶于水，气体，易溶于水，剧毒！剧毒！2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO0.005mol30g/mol+0.045mol46g/mol0.05mol=44.4g/molM1=（体积比）138依题意：3/2x+y/2=0.03mol依题意：y/2+z=0.03mol解得：y=0.04mol0.004mol46g/mol+0.01mol92g/mol0.0
8、5mol=55.2g/molM2=转换机智在化学计算中的应用转换机智在化学计算中的应用左香华（广东省深圳市宝安区教研室，广东深圳518101）转换机智是人们在解决问题的过程中，利用知识之间的相互联系，把题目中的已知条件或所求问题转换成自已熟悉的便于理解的，且又易作出判断的等价形式的思维过程。转换的特征是“等价”，转换的目的是便于解决原问题。一、利用极限思维的观点将三组份体系转化为两组份体系一、利用极限思维的观点将三组份体系转化为两组份体系【例1】0.03mol铜完全溶于硝酸，产生氮的氧化物（NO、NO2、N2O4）混合气体共0.05mol。该混合气体的平均相对分子质量可能是（2002年上海市高
9、考题）（A）30（B）46（C）50（D）66【解析】：设生成的气体产物中NO、NO2、N2O4的物质的量分别为x、y、z按极限思维的观点，将三组分体系转化为二组分体系。若气体产物中只生成NO、NO2的混合物。则由3Cu2NOCu2NO232123/2xxy/2yx+y=0.05mol解得：x=0.005moly=0.045mol若气体产物中只生成NO2、N2O4的混合物则由Cu2NO2CuN2O4y/2yzzy+z=0.05molz=0.01molM1MM2，即44.4M55.2。故答案为（B）（C）。评述评述：按平均值法的思想，似乎所求答案在30（最小的相对分子质量）和92（最大的相对分子
10、质量）之间，但需注意到此处给定了铜和气体的物质的量，须进行半定量计算进行判断。这里的半定量计算中洋溢着一种转换的思想，同时也渗透了平均值法的思想，它是一种高层次的平均值法思想的体现。二、利用某些物质的特殊属性（如相对分子质量、组成、特殊性质等）将三组份体系转化为两组份体系二、利用某些物质的特殊属性（如相对分子质量、组成、特殊性质等）将三组份体系转化为两组份体系【例【例2】由CO2、H2和CO组成的混合气体同温同压下与氮气的密度相同。该混合气体中CO2、H2和CO的体积比为（1999年上海市高考题）（A）29：8：13（B）22：1：14（C）13：8：29（D）26：16：57【解析】M（CO
11、）=M（N2）=28（特殊值）CO可为任意体积。原问题转换为CO2和H2的体积比的求算，由十字交叉法可知：CO2442628H2216即V（CO2）：V（H2）=26：16=13：8观察备选答案可知，答案为（C）（D）。评述：评述：抓住某些物质的特殊性质将原问题适当转换，从而使原问题得以简化。这种转换是从一突破口开始进行，因而找准解题的突破口或题眼至关重要。三、利用特殊的化学式，将有关物质的化学式进行转换，从而突破难点三、利用特殊的化学式，将有关物质的化学式进行转换，从而突破难点【例3】由环已烷、乙醇、乙醚组成的混合物，经测定其中碳的质量分数为72.0%，则氧的质量分数为（A）14.2%(B)
12、16.0%(C)17.8%(D)19.4%【解析】将环已烷、乙醇、乙醚的化学式C6H12、C2H6O、C4H10O适当变形，即C6H12、C2H4H2O、C4H8H2O，混合物的组成可以认为是CnH2nxH2O，显然，由CnH2n知，混合物中部分氢的质量分数为72%1/6=12%，故水的含量为100%72%12%=16%，又由水的组成知，氧的含量为16%16/18=14.2%，故答(A).评述：评述：将有关物质的化学式进行变形处理，这就是一种转换。这种转换仍然是一种等价转换。通过转换，使原问题化隐为现、化难为易，因此，灵活的转换机智是思维创新的基础和前提。四、利用某些特殊的化学反应将多组份体系
13、转化为三组份体系四、利用某些特殊的化学反应将多组份体系转化为三组份体系【例4】120、101.3KPa的条件下，有2LH2O（气）、2LCO、1LCO2、0.5LO2和1LH2组成的混合气体。将混合气体通过分别盛有足量铜粉、炭粉和氧化铜粉的三个灼热的反应管。假设气体通过每个反应管都能充分反应，且不论三个反应管以何种顺序排列。问：（1）尾气是否可能是单一气体？（填“可能”或“不可能”），若可能，该气体是。（2）原气体中是否有几种（或一种）不可能再存在于尾气之中？（填“有”或“没有”）。（3）原气体中是否有几种（或一种）肯定存在于尾气之中？（填“有”或“没有”）。若有，它们（或它）是。【解析】：3
14、个灼热反应管中Cu和C是还原剂，CuO是氧化剂。而Cu只能还原O2，不能还原H2O（气）、CO2；C却可以还原H2O（气）、CO2、O2；CuO可以氧化H2、CO。由题给数据知无论铜管在先还是在后，均有以下反应发生，即：2Cu+O2=2CuO2H2+2CuO=2Cu+2H2O（气）得：2H2O2=2H2O（气）1L0.5L1LH2和O2恰好反应转化为1LH2O（气）,Cu可视作催化剂，因此，通过铜管后，5组分体系转化为三组分体系，三个灼热管可视作只剩下C和CuO两个灼热管。故本题只需考虑C和CuO管的先后问题。即：CCO2、H2OCO、H23LH2O（气）2LCO1LCO2CCuOCuOCCO
15、2、H2OCO、H2故答案为：（1）不可能；（2）有；（3）没有。评述：评述：氢气和氧气的反应可以认为是铜作催化剂的反应，由此将5组份体系转化为三组分体系。这种转换符合化学反应原理，是一种等价转换。真是三管变两管，就简又删繁。本讲稿第十七页，共四十七页一、氮在自然界中的循环二、氮循环中的重要物质1.1.氮气氮气(1)(1)氮气的物理性质氮气的物理性质(2)(2)氮气的化学性质氮气的化学性质A.A.氮气和氧气反应氮气和氧气反应2.NO 2.NO 和和 NONO2 2 2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO化学性质化学性质本讲稿第十八页，共四十七页NO和NO2的循环2NO+O2=
16、2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO+4+5+2工业上用该原理制取硝酸工业上用该原理制取硝酸指出该反应的氧化剂和还原剂指出该反应的氧化剂和还原剂本讲稿第十九页，共四十七页联想联想质疑质疑1.闪电时空气中会发生闪电时空气中会发生哪些化学反应？哪些化学反应？2.这些反应和生成的物这些反应和生成的物质对人类的生产生活质对人类的生产生活有什么影响？有什么影响？本讲稿第二十页，共四十七页 在电闪雷鸣时，氮气和有关氮的化合物发生了以下在电闪雷鸣时，氮气和有关氮的化合物发生了以下反应：反应：N N2 2 +O+O2 2 =2NO=2NO放电放电2NO+O2NO+O2 2 =2NO =2NO2 23NO
17、3NO2 2 +H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3 +NO+NO变变成成浓浓度度很很低低的的硝硝酸酸，这这种种含含硝硝酸酸的的雨雨水水落落到到地地面面，很很快快与与土土壤壤中中的的矿矿物物质质作作用用变变成成硝硝酸酸盐盐，成成为为农农作作物物生长发育所需要的优质化肥。生长发育所需要的优质化肥。本讲稿第二十一页，共四十七页雷雨发庄稼本讲稿第二十二页，共四十七页一、氮在自然界中的循环二、氮循环中的重要物质1.1.氮气氮气(1)(1)氮气的物理性质氮气的物理性质(2)(2)氮气的化学性质氮气的化学性质A.A.氮气和氧气反应氮气和氧气反应2.NO 2.NO 和和 NONO2 2 物理性质和化学
18、性质物理性质和化学性质B.B.氮气和氢气合成氨氮气和氢气合成氨本讲稿第二十三页，共四十七页(2)氮气和氢气的反应在反应中氧化剂为 ，还原剂为 ；体现了氮气 具有 性N N2 2H H2 2氧化0 00 0-3-3+1+1本讲稿第二十四页，共四十七页可逆反应可逆反应:相同条件下相同条件下,能同时向正反两个能同时向正反两个方向进行的反应方向进行的反应N23H2高温、高压催化剂2NH3可逆反应的特点可逆反应的特点:可逆反应的表示方法：可逆反应的表示方法：相同条件、同时向两个方向进行相同条件、同时向两个方向进行本讲稿第二十五页，共四十七页一、氮在自然界中的循环二、氮循环中的重要物质1.1.氮气氮气(1
19、)(1)氮气的物理性质氮气的物理性质(2)(2)氮气的化学性质氮气的化学性质A.A.氮气和氧气反应氮气和氧气反应2.NO 2.NO 和和 NONO2 2 物理性质和化学性质物理性质和化学性质B.B.氮气和氢气合成氨氮气和氢气合成氨本讲稿第二十六页，共四十七页N2O22NO放电放电N23H2高温、高压催化剂2NH3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的化合物含氮的化合物的方法叫做的方法叫做氮的固定氮的固定，简称，简称固氮固氮本讲稿第二十七页，共四十七页想一想：想一想：一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮是氮的固定吗？游离态游离态化合态化合态氮的固定氮的固定2NO+O2=2NO2不是氮的
20、固定 本讲稿第二十八页，共四十七页人工固氮：人工固氮：合成氨、仿生固氮合成氨、仿生固氮生物固氮：生物固氮：90%90%如豆科植物如豆科植物高能固氮：高能固氮：10%10%如闪电如闪电自然固氮自然固氮氮的固定氮的固定三三、氮的固定氮的固定本讲稿第二十九页，共四十七页在放电的条件下与氧气结合生成氮氧化物并随降雨进入水体及土壤中。N2+O2放电放电NONO2硝酸盐硝酸盐高能固氮本讲稿第三十页，共四十七页人工固氮：人工固氮：合成氨、仿生固氮合成氨、仿生固氮生物固氮：生物固氮：90%90%如豆科植物如豆科植物高能固氮：高能固氮：10%10%如闪电如闪电自然固氮自然固氮氮的固定氮的固定本讲稿第三十一页，共
21、四十七页生物固氮豆科植物根瘤菌把氮气转化变为硝酸盐等含氮化合物N2豆科植物的根豆科植物的根瘤菌瘤菌含氮的化合物（硝酸盐）含氮的化合物（硝酸盐）本讲稿第三十二页，共四十七页人工固氮：人工固氮：合成氨、仿生固氮合成氨、仿生固氮生物固氮：生物固氮：90%90%如豆科植物如豆科植物高能固氮：高能固氮：10%10%如闪电如闪电自然固氮自然固氮氮的固定氮的固定本讲稿第三十三页，共四十七页人工固氮(工业固氮)N2 NH3化学活动化学活动各种氮肥各种氮肥仿生固氮仿生固氮:某些金属有机化合物可以起到根瘤菌的作某些金属有机化合物可以起到根瘤菌的作用用,这些金属有机化合物做催化剂实现了常这些金属有机化合物做催化剂实
22、现了常温常压固氮温常压固氮本讲稿第三十四页，共四十七页人工固氮：人工固氮：合成氨、仿生固氮合成氨、仿生固氮生物固氮：生物固氮：90%90%如豆科植物如豆科植物高能固氮：高能固氮：10%10%如闪电如闪电自然固氮自然固氮氮的固定氮的固定本讲稿第三十五页，共四十七页课堂练习下列几种固氮方式中属于人工固氮的有下列几种固氮方式中属于人工固氮的有（）A.闪电时空气中的氮气转化为一氧化氮闪电时空气中的氮气转化为一氧化氮B.豆科作物根瘤菌将氮气转化为化合态豆科作物根瘤菌将氮气转化为化合态氮氮C.NO与与O2反应制备反应制备NO2D.由由N2与与3H2在一定条件下反应合成在一定条件下反应合成NH3D D本讲稿
23、第三十六页，共四十七页1.氮气的性质课堂小结课堂小结氮气的结构稳定氮气的结构稳定,通常情况下不活泼通常情况下不活泼,不参不参与化学反应与化学反应N N2 2 +O+O2 2 =2NO=2NO放电放电自然固氮自然固氮人工固氮人工固氮本讲稿第三十七页，共四十七页N N2 2 +O+O2 2 =2NO=2NO放电放电2NO+O2=2NO23NO3NO2 2 +H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3 +NO+NO自然固氮自然固氮2.NO2.NO和和NONO2 2的性质的性质(1)(1)物理性质物理性质NO NO 无色气体无色气体 难溶于水难溶于水 剧毒剧毒!NONO2 2 红棕色气体红棕色气体 刺
24、激性气味刺激性气味 易溶于水易溶于水 剧毒剧毒!(2)(2)化学性质化学性质本讲稿第三十八页，共四十七页想一想想一想?在新疆和青海的交界处，有一处山谷，在新疆和青海的交界处，有一处山谷，每当牧民和牲畜进入后，风和日丽的晴天每当牧民和牲畜进入后，风和日丽的晴天顷刻顷刻电闪雷鸣电闪雷鸣，人、畜遭雷击而毙命，奇，人、畜遭雷击而毙命，奇怪的是这里怪的是这里牧草茂盛、四季常青牧草茂盛、四季常青，被当地，被当地人称为人称为魔鬼谷魔鬼谷。最近地质工作者揭开了谜。最近地质工作者揭开了谜底底该地质表层处有一巨大磁铁矿，当人该地质表层处有一巨大磁铁矿，当人畜进入后形成尖端放电。畜进入后形成尖端放电。请同学们用简单
25、的化学方程式来请同学们用简单的化学方程式来解释解释牧草茂盛的原因牧草茂盛的原因.本讲稿第三十九页，共四十七页2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO进一步形成了硝酸盐N2+O2=2NO放电电闪雷鸣电闪雷鸣-牧草茂盛牧草茂盛,四季常青四季常青本讲稿第四十页，共四十七页思考思考讨论讨论1、现有一试管二氧化氮，将其倒置于盛满水的水槽中，、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？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，剩余气体液面上升，剩余气体大约占试管总体积的大约占试管总体积的1/31/3。3NO2+H2O=2
26、HNO3+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=2NO2本讲稿第四十一页，共四十七页3、在持续通入、在持续通入氧气氧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:3NO2H2O2HNO3NO2NO+O22NO2 在这个过程中要通入多少在这个过程中要通入多少O2，NO2才能完全转才能完全转变成变成HNO3呢？呢？本讲稿第四十二页，共四十七页3NO2H2O2HNO3NO2NO+O2
27、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)6NO22H2O4HNO32NO+得：得：+2NO+O2 2NO2本讲稿第四十三页，共四十七页问题问题4.要使要使NO尽可能被水吸收尽可能被水吸收,需要通需要通入多少体积的入多少体积的O2?2NO+O2=2NO23NO2+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)
28、X2 6NO(2)X2 6NO2 2+2H+2H2 2O=4HNOO=4HNO3 3+2NO+2NO 4NO+3O4NO+3O2 2+2H+2H2 20=4HNO0=4HNO3 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。+本讲稿第四十四页，共四十七页4NO+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 气体气体为为2.2.当当V(NOV(NO2 2):V(O):V(O2 2)=7:1)=7:1时时,过量过量,过量过量份份,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本讲稿第四十六页，共四十七页本讲稿第四十七页，共四十七页