2018年高中化学第三章自然界中的元素第2节氮的循环学案鲁科版必修1【word版】.doc

第3章第3节硫的转化

【本讲教育信息】

一. 教学内容：

第3章第2节氮的循环

二. 教学目的

1. 能简要说明氮循环的基本过程，知道固氮的本质以及生物固氮和人工固氮这两种固氮形式。

2. 了解氮循环过程中的重要物质以及人类活动对氮循环和环境的影响（知道酸雨、光化学烟雾和富营养化等环境问题）

3. 能列举含氮元素的单质及其化合物了解氮气、氨气、铵盐及硝酸的主要物理性质和化学性质，知道NH

的检验方法和氨气的实验室制法，能书写相关反

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应的化学方程式。

三. 教学重点、难点

氮气、氨、铵盐和硝酸的性质

四. 知识分析

空气中的主要物质？植物生长需要的主要元素？

（一）氮在自然界中的循环和存在形式

1. 氮元素在自然界中的存在形式

自然界中氮元素存在的形式一种是游离态，如N2，一种是化合态，如铵盐、硝酸盐、氨、蛋白质等。

2. 氮在自然界中的循环

（1）氮在自然界中的循环的基本过程

自然界里，空气的氮气转化为植物可以直接吸收含氮化合物的两种主要形式，豆科植物的根瘤菌把N2转化为硝酸盐；闪电使少量N2与O2化合生成NO，随之变为硝酸随降水进入土壤和水体。植物的根从土壤中吸收铵盐、硝酸盐，经

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过复杂的生物转化，形成了各种氨基酸，氨基酸最后变成蛋白质。动物以植物为食而获得植物蛋白，并将其转化为动物蛋白，动物遗体中的蛋白质被微生物分子分解成铵离子、硝酸根和氨，又回到了土壤和水体中，被植物再次吸收利用。

（2）氮循环的重要意义

由于存在着氮元素的循环，其他生命元素的循环，以及水的循环，地球的生命才生生不息，生机勃勃。

（二）氮循环的重要物质及其变化

1. 氮气

（1）物理性质

无色无味的难溶于水的气体；密度比空气小，在空气中约占总体积的78%，占其它质量的75%。

（2）分子结构

两个氮原子之间的强烈作用，要破坏这种牢固的结合，需要很高的能量。常温下，N2的化学性质很不活泼，但在高温、放电、点燃等条件下能与O2、Mg、H2等反应。

（3）化学性质

①与O2反应：N2+O2＝2NO ②与H2反应：N2+3H2＝2NH3

③与Mg的反应：N2+3Mg＝Mg3N2

温馨提示：

●由于N2的化学性质不活泼，所以N2与其它物质的反应，需特别注意标明条件。

●N2和O2反应后，“最初产物”是NO，而不是NO2。

●一般情况下，N2不能燃烧，也不助燃，但Mg条却可以在N2中燃烧。

（4）用途：a.保护气b.液氮作深度冷冻剂c.合成氨等

思考：相同质量的镁条分别在O2、N2和空气中充分燃烧，所得固体产物的质量m1，m2，m3由大到小的顺序是

（解答：m1>m3>m2 ）

重要补充：①氮的固定

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概念：使空气中游离的氮转变为含氮化合物的方法。

分类：自然固氮和人工固氮

②可逆反应

概念：在相同条件下，能同时正反两个方向进行的反应，为可逆反应，化学方程式中用“”代替“＝”。

特点：相同条件下，相反方向的两个化学反应；与化学反应有关的各种物质共存，如N2+3H22NH3反应体系中就存在N2、H2、NH3分子。

2、氮的氧化物—NO、NO2的重要性质

（1）物理性质

NO：无色无味难溶于水的气体有毒

NO2：红棕色有刺激性气味的气体有毒

（2）化学性质

2NO+O2＝2NO26NO+4NH3＝5N2+6H2O

3NO2+H2O＝2HNO3＋NO 6NO2+8NH3＝7N2+12H2O

（3）计算中用到的两个重要化学方程式

4NO+3O2+2H2O＝4HNO3；4NO2+O2+2H2O＝4HNO3

思考：① NO有毒，为什么在1992年被世界著名学术期刊《科学》（Seience，美国）评为明星分子？

②NO2为什么能使多种织物退色，损坏多种织物和尼龙制品，对金属和非金属材料也有腐蚀作用？

③实验室如何收集NO、NO2？为什么？

解答：①NO作为一种神经系统的信使分子，在使血管扩张、免疫、增强记忆力等方面有着及其重要的作用。

② NO2溶于水生成了硝酸，使织物退色、腐蚀材料。

③收集NO用排水法，收集NO2用向上排空气法；前者易与氧气反应，后者易与水反应

3、氮的氢化物——NH3

（1）分子结构

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立体结构（三角锥形）

（2）物理性质

无色、有刺激性气味的气体，标况下密度为0.771g·L－1，比空气轻，极易溶于水（1:700），且快速溶解，易液化得液氨，液氨气化时要吸收大量的热，使物质的温度急剧下降，所以液氨常用作制冷剂。

关于喷泉实验：

①氨气能形成喷泉的本质原因是氨极易溶于水。

②用教材中的装置进行喷泉实验，引发水上喷的操作是挤压胶头滴管，使少量水进入烧瓶。该实验的原理是，少量水进入烧瓶时，氨迅速溶解，瓶内压强迅速降低，水在外界大气压作用下，压入烧瓶。如果把胶头滴管去掉，如何引发水上喷？

③氨溶解于水不是简单的溶解过程，有化学反应，生成碱性物质。

（3）化学性质

①氨与水的反应NH3+H2O NH3·H2O

说明：

●氨的溶解中更重要的是生成了NH3·H2O，但溶质为NH3

●氨的水溶液显弱碱性，NH3·H2O NH4++OH—

●氨水易挥发，要密封保存，对许多金属有腐蚀作用，不能用金属容器盛装。

●氨水的密度小于水的密度，且质量分数越大，密度越小。

●氨水的成分：NH3、H2O、NH3·H2O、NH4+、OH—H+

②氨与HCl反应

NH3+HCl＝NH4Cl

练习：写出NH3与硝酸、硫酸、磷酸的化学方程式

解答：NH3+HNO3＝NH4NO3；2NH3+H2SO4＝(NH4)2SO4；3NH3+H3PO4＝(NH4)3PO4)

③氨与某些盐溶液的反应

FeCl3+3NH3·H2O＝Fe(OH)3↓+3NH4Cl ；MgCl2+2NH3·H2O＝Mg(OH)2↓+2NH4Cl

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④氨的还原性

a. 氨与O2的反应

催化氧化：4NH3+5O2＝4NO+6H2O ；与纯O2反应：4NH3+3O2＝2N2+6H2O

b. 与Cl2反应

①氨气不足（Cl2过量）2NH3+3Cl2＝N2+6HCl

②氨气足量8 NH3+3Cl2＝N2+6NH4Cl

c. 与CuO的反应2NH3+3CuO＝3Cu+N2+3H2O（可用于制N2）

小结：

●NH3是唯一能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，可用于氨气的检验

●氨水与液氨为不同物质，氨水为混合物，液氨为纯净物;NH3为非电解质，而NH3·H2O为弱电解质。

●与浓氨水靠近，能产生白烟现象的物质：①挥发性酸如浓HNO3、浓HCl ②酸性气体HCl、HBr、HI、H2S等；③Cl2。但浓H2SO4、浓H3PO4因难挥发而无此现象。

●NH3可在纯氧中燃烧，不是在空气中燃烧，故NH3不属于可燃烧气体。

4. 铵盐的主要性质

（1）概念：由铵根离子和酸根离子组成的盐

（2）物理性质：都是无色晶体，都易溶于水

（3）化学性质

①受热易分解

a. 热不稳定酸的铵盐为NH3和酸的分解产物NH4HCO3?NH3↑+CO2↑+H2O

（对热不稳定酸：H2CO3、H2SO3、H2SiO3）

b. 挥发性酸对应的铵盐的分解产物是NH3和相应的酸NH4Cl?NH3↑+HCl↑

（挥发性酸：HCl、HBr、H2S、HI）

c. 高沸点酸的铵盐的分解产物为NH3和相应的酸5

(NH4)3PO4?3NH3↑+H3PO4

d. 氧化性酸的铵盐的分解产物随温度而异2NH4NO3?2N2↑+O2↑+4H2O

②与碱反应NH4Cl+NaOH?NaCl+NH3↑+H2O

（4）NH4+的检测：在未知溶液中加入强碱并加热，用湿润的红色石蕊试纸检验，若试纸变蓝，则证明原溶液中含NH4+

思考：

①铵盐都能受热分解，能不能用此种方法检验NH4+的存在？

②铵盐与浓碱溶液，铵盐与稀碱溶液反应并加热，铵盐与稀碱溶液反应不加热的离子方程式有何不同？

解答：①不能。②生成氨气、生成氨气、生成一水合氨。

5. 硝酸的重要性质

（1）物理性质：纯HNO3是无色，易挥发（沸点83℃），有刺激性气味的液体。易溶于水密度比水大，常用的浓HNO3质量分数为69%，98%的硝酸称“发烟硝酸”）

（2）化学性质

①酸的通性

②特性

a. 不稳定性：4HNO3?4NO2+O2+2H2O并且越多越易分解

b. 强氧化性：浓硝酸可以与不活泼金属如铜、银等以及碳、磷等非金属反应。

说明：

①浓、稀HNO3均有强氧化性②氧化性：浓HNO3>稀HNO3

③金属与硝酸反应不产生H2，而是与浓硝酸反应生成NO2，与稀HNO3生成NO

4HNO3（浓）+Cu＝Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

8HNO3（稀）+3Cu＝3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

小知识：

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●常温下浓HNO3可使铁、铝表面形成致密的氧化物膜而钝化，（浓H2SO4

也有此性质）因此可用铁、铝容器盛放浓H2SO4、HNO3。

●氧化性酸和酸的氧化性：酸的氧化性是指H+的氧化性；氧化性酸是酸根离子中心原子获得电子的性质。

思考：①分别将盛有浓HCl，浓H2SO4，浓HNO3的烧杯置于空气中，其中质量增加的是，质量减少的是，原因分别是。

②浓HNO3为什么常是黄色？浓HNO3如何保存？

解答：①浓H2SO4；浓HCl、浓HNO3；浓H2SO4有吸水性，吸收空气中的水蒸气；浓HCl、浓HNO3都有挥发性。②浓硝酸易分解产生NO2，NO2溶于水显黄色；浓硝酸通常保存在棕色瓶中，置于冷暗处。

【典型例题】

例1. 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. 合成氨

D. 豆科作物根瘤菌将N2转化为NH3

答案：C

解析：该题目考查氮的固定知识，将空气中游离态的氮转化为化合物的方法，统称为氮的固定，分为自然固氮和人工固氮，B、D 属于自然固氮，C属于人工固氮。

点评：本题属于基本概念应用题

例2. 采用不同的分类方法，可将非金属氧化物分为不同的类别。例如，从某种意义讲P2O5、SO2、SO3、CO2、Cl2O7等归为一类，则下列氧化物中与它们同属一类的是（）

A. CO

B. NO

C. N2O5

D. NO2

答案： C

解析：本题考查了基本概念。题目中所给氧化物都是酸酐，而所给选项中CO、NO、NO2都是不成盐氧化物，只有N2O5是硝酸的酸酐。

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点评：解答本题关键是从题干中准确分析、判断、归纳出几种物质的共同规律，分析选项时，明确非金属氧化物可能是酸性氧化物，也可能不是。结合平时积累的知识解决问题。

例3. 有关氨的性质的叙述中正确的是（）

A. 氨不能在空气中燃烧

B. 氨水呈碱性

C. 氨气和酸相遇能产生白色烟雾

D. 在反应NH3 + H+＝NH4+中，氨失去电子被氧化

答案：AB

解析：氨只能在纯氧中燃烧，不能在空气中燃烧，A 正确；因为NH3·H2O ＝NH4++OH-，故氨水呈碱性，并视为一元弱碱，B 正确；氨气只有与挥发性酸相遇才能生成白烟，C错；反应NH3 + H+＝NH4+为非氧化还原反应，D错。综上分析，本题答案为A、B。

点评：氨是一种重要的物质，学习中应全面掌握氨的重要性质。

例4. 为了测定某铜银合金的成分，将30.0 g 合金溶于80 mL 13.5 mol·L-1的浓HNO3中，待合金完全溶解后，收集到气体6.72 L (标准状况)，并测得溶液中c(H+)＝1mol·L-1。假设反应后溶液的体积仍为80 mL，试计算：

（1）被还原的HNO3的物质的量；

（2）合金中银的质量分数。

答案：（1）0.3 mol （2）36%

解析：（1）HNO3被还原生成NO 或NO2气体，因此产生的气体的物质的量即是被还原的HNO3的物质的量。

n ＝6.72 L/ 22.4L·mol-1＝0.3mol

（2）反应后溶液中c(H+)＝1mol·L-1，说明硝酸过量。

参加反应的HNO3为(13.5mol·L-1 -1mol·L-1)×0.08L＝1mol，设合金中Cu的物质的量为x，Ag的物质的量为y则得：

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64g/molx+108g/moly

＝30.0g

2x + y + 0.3mol

＝1mol(参加反应的氮原子守恒)

解得：x＝0.3mol y＝0.1mol

则合金中银的质量分数为：（0.1mol×108g/mol）/30.0g ＝36%

点评：本题是硝酸的性质、氧化还原反应、混合物的计算等多方面综合题，解决此类问题，既要准确掌握相关基础知识，还要准确分析化学过程，灵活选择解题方法。属要求较高的题目。

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