-高中化学 3.2 氮的循环 教案2 鲁科版必修1

第2节 氮的循环

【教学目标】

1、了解氮循环的基本过程，认识氮循环过程中的重要物质；通过了解生物固氮和人工固氮方式，认识氮气在一定条件下能够与氧气氢气发生反应。

2、掌握一氧化氮和二氧化氮的性质。了解自然界中形成硝酸的过程。

3、认识氨气的溶解性、氮气与水的反应及氨的还原性。通过认识铵盐的性质，了解铵态氮肥的生产使用问题。

4、通过了解人类活动对氮循环的影响，知道酸雨、光化学烟雾和富营养化等环境问题，了解如何减少氮氧化物的排放，树立环境保护的意识。 【教学重点】 知识重点： 1、氮的固定方式；

2、N2、NO2、NO、NH3、NH4、HNO3的性质及应用； 3．人类活动对氮循环的影响。

方法重点：

应用氮循环中的各类物质间的反应关系和氧化还原反应，探讨物质的性质、以及含有相同元素的物质之间的相互转换。

【教学难点】氮循环中的重要物质硝酸及其氧化性。 【教学时间】3课时 【教学过程】

第一课时

【联想·质疑】

闪电是大家非常熟悉的自然现象。你知道在雷电交加的时候，空气里的氮气和有关的含氮化合物发生了哪些化学反应？产生了哪些物质？这些化学反应和所产生的物质对人类的生产和生活有什么意义？

【板书】一、氮在自然界中的循环 【阅读】

阅读课本内容：一、氮在自然界中的循环，分析氮在自然界中的循环示意图。从动植物体，自然界中的雷雨放电、人类的活动三方面分析氮在自然界中的循环。

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【设问】

氮的循环涉及到地球上生物圈的各个方面，那么氮循环中的重要物质有哪些并发生怎样的变化呢？

【板书】二、氮循环中的重要物质及其变化 1、氮气与氮的固定 【讲解】

所以在通常状况下，由于氮分子结构稳定，氮气的化学性质不活泼，很难与其它物质发生反应。但在一定条件下，也可以与氧气、氢气等反应。 【思考】“雷雨发庄稼”包含了什么化学原理？ 【引导分析】

空气中氮气在高压电作用下与氧气发生化学反应生成NO，NO与氧气反应转化成NO2，NO2与雨水反应生成HNO3，生成的HNO3随雨浇入土壤，同土壤中的矿物质作用，形成被植物吸收的硝酸盐类，使土壤从空气中吸收养分，使庄稼受益。有关方程式如下： 【板书】N2+O2 放电2NO；

2NO+O2＝2NO2 ； 3NO2+H2O＝2HNO3+NO

【讲解】

氮循环中的物质有多种氧化物，如N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4等(氧化物中氮元素的化合价为＋1、＋2、＋3、＋4、＋5)。其中NO 、NO2均为有毒毒气体，是大气污染物。NO为无色不溶于水的气体，它与人体的血红蛋白结合的能力比CO还强；另外，它在生物学方面有独特的作用。NO分子作为一种传递神经信息的“信息分子”，在使血管扩张、免疫、增强记忆力等方面有及其重要的作用。1992年，NO 分子被世界著名杂志Science评为明星分子。NO2为红棕色易溶于水的气体。在通风厨内打开盛NO的集气瓶，会观察到无色气体迅速变为红棕色。 【讨论】

1、植物只能利用化合态的氮，有哪些方式可使空气中的氮气转化为化合态的氮？ 2、什么叫氮的固定？有哪些方式？ 【讲解】学生讨论后讲解。

氮的固定是指使空气中的游离态的氮转化为含氮化合物的方法。 氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式。

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自然固氮有：高能固氮和生物固氮等。 人工固氮的方式有合成氨和仿生固氮。

NH4、NO3是自然界中活化氮氮的主要形态。氮气是惰性的，只有通过自然固氮和人工固氮两种方式而活化。

高温、高压

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【板书】N2+ 3H2 2NH3 催化剂

【讲解】可逆反应是指在相同条件下能同时向正反两个方向进行的反应。

【思考】有人说，“氢气和氧气化合生成水，水可分解为氢气和氧气，所以反应：H2+O2 =2H2O为可逆反应”。你认为这句话对吗？ 【阅读】化学与技术：氨的合成。

【例题】雷雨天气，雷鸣电闪是日常生活中司空见惯的现象。假设某次雷电放出能量约为1.5×10kJ。在闪电过程中，空气中的氮气和氧气直接化合，已知1mol氧气和1mol氮气化合时要吸收180.74kJ的能量，闪电时有1/1000的能量用于这一反应。回答： （1）此次闪电所产生的NO的物质的量有多大？

（2）此次雷雨闪电的生成物相当于给土壤施了多少尿素化肥？

（3）雷雨中常会有微量的HNO3为农作物所利用，用化学方程式解释HNO3形成过程

。

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7

【解析】（1）依题意可知，闪电放出的能量为1.5×10kJ，1mol O2与1mol N2化合生成2mol NO并吸收180.74kJ能量，因此，此次闪电生成的NO物质的量：

2?1.5?107?1/1000n?mol＝166mol。

180.74（2）由于2mol NO能生成lmol CO(NH2)2（氮原子守恒），则尿素的总物质的量为166×1/2mol，尿素的总质量m＝4.98kg。此次雷雨闪电相当于给土壤施了4.98kg化肥。

（3）空气中氮气在高压电作用下与氧气发生化学反应生成NO，NO与氧气反应转化成NO2，NO2与雨水反应生成HNO3，生成的HNO3随雨浇入土壤，同土壤中的矿物质作用，形成被植物吸收的硝酸盐类，使土壤从空气中吸收养分，使庄稼受益。 [答案]（1）166mol（2）4.98kg

（3）N2+O2 放电2NO；2NO+O2＝2NO2 ；3NO2+H2O＝2HNO3+NO 【随堂练习】

1．下列说法不正确的是

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A．氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在。 B．氮元素是构成生命的基本元素

C．大气、陆地和水体中的氮元素在不停的进行着氮的循环。 D．仿生固氮是一种自然固氮 2．生物固氮是指

A．植物从土壤中吸收含氮养料

B．豆科植物的根瘤菌将氮气转变为氮的化合物作为养料吸收 C．将氮转变为硝酸及其它氮的化合物 D．反硝化细菌将硝酸转变为氮气放出 3．下列变化中不属于氮的固定的是

A．工业上合成氨 B．一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮 C．豆科作物的根瘤菌使空气中的氮转化为氨 D．由氨制备碳酸氢铵和硫酸铵 4．关于NO的下列叙述不正确的是

A．NO不溶于水，是一种大气污染物 B．NO是一种红棕色的有毒气体 C．NO结合血红蛋白的能力比CO还强 D．NO与氧气反应生成NO2，体现其还原性 5．发射卫星的运载火箭，其推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷出。引燃后产生的高温气体主要是CO2、H2O、N2、NO,这些气体均为无色，但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红烟，产生红烟的原因是

A．高温下氮气遇空气生成NO2 B．CO2与NO反应生成CO和CO2 C．NO与空气生成NO2 D．NO和H2O反应生成H2和NO2

6．现有等体积混合而成的四组气体：①NO2+NO、②NO2+O2、③HCl+N2、④NO+N2，将其分别通入体积相同的试管并立即倒立在足量的水中，试管内水面上升的高度分别为H1、H2、H3和H4，其中高度关系是

A.H2＞H3＞H1＞H4 B.H3＞H2＞H1＞H4 C.H1＝H2＝H3＝H4 D.H1＞H2＞H3＞H4

7．一氧化氮是大气污染物之一。目前，有一种治理方法在400℃左右、有催化剂存在的情况下，用氨将一氧化氮还原为氮气和水。该反应的化学方程式为 ，氧化剂为 ，还原剂为 ，氧化产物与还原产物的质量比为 。 8．实验室合成氨装置如图所示，试回答：

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装置甲的作用是：①______ __，②_____ ___，从乙处导出的气体是____ _，检验产物的简单化学方法是_________ ________。

9．一种气态氮的氧化物112mL（标准状况），质量为0.38g，其组成里含氧63.16%，其化学式是 。

10．将一收集满15mLNO2气体的试管倒立于水槽中，可观察到哪些现象？反应后剩余什么气体？其体积为多少？

第二课时

【思考】

1、氨的喷泉实验说明了什么？产生喷泉的条件是什么？怎样才能保证喷泉实验的成功？ 2、草木灰是很好的钾肥，但为什么不能与铵态氮肥混合使用呢？ 【板书】2、氨与铵态氮肥 （1）氨

【观察思考】演示实验：氨的喷泉实验。 【归纳】板书：氨的物理性质。

氨是氮循环中的重要物质，是无色有刺激性气味的气体，比空气轻，在常温、常压下1体积水可溶解700体积的氨。氨溶于水可用下列过程表示： NH3+H2O NH3·H2O NH4+OH， 所得溶液称氨水，呈弱碱性性。

【思考】喷泉是一种常见的自然现象，其产生原因是存在内外压强差。 1、喷泉实验成功的关键是什么？ 2、氨的喷泉实验说明了什么？ 【引导分析】

喷泉实验成功的关键是：装置气密性好且干燥；气体要收集满 氨的喷泉实验体现了氨具有下列性质：氨极易溶与水，溶液呈碱性。 【讨论】氨气、液氨、氨水、一水合氨是不是一回事？它们之间有哪些区别？

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【板书】氨的化学性质：与水反应。 NH3+H2O NH3·H2O NH4+OH，

【观察思考】演示实验：用一玻璃棒蘸取浓氨水靠近另一根蘸有浓盐酸的玻璃棒，观察现象。 【引导分析】

与酸反应：氨与酸反应生成相应的铵盐。

用一玻璃棒蘸取浓氨水靠近另一根蘸有浓盐酸的玻璃棒，可观察到冒白烟，反应化学方程式为NH3+HCl = NH4Cl，利用此方法可检验氨气的存在。NH3与盐酸、硫酸、硝酸反应的实质均可用离子方程式表示为NH3+H= NH4

【思考】根据氨中氮元素的化合价为-3，推断氨具有什么性？ 【引导分析】氨中氮元素的化合价为-3，所以氨具有还原性。

氨的催化氧化反应：6NO?4NH3400?C5N2?6H2O，这是工业上制备硝酸的基础。

催化剂＋

＋+-

【板书】氨的用途。

【阅读】氨的用途由学生阅读后总结，指出氨是氮肥工业和硝酸工业的重要原料。 【板书】（2）铵盐的性质

【讲述】氨是氮肥工业和硝酸工业的重要原料。化学氮肥主要包括氨态氮肥、硝态氮肥和有机态氮肥——尿素[CO(NH2)2] 【观察思考】演示实验：铵盐的性质 1、加热氯化铵固体的实验。 2、加热碳酸氢铵固体的实验。

3、氯化铵固体与氢氧化钠溶液反应的实验。

【归纳】铵盐都是晶体，都易溶于水。铵盐的主要化学性质有： 受热容易分解。如： NH4Cl NH3↑+HCl↑；

NH4HCO3 NH3↑+CO2↑+H2O通入石灰水中，变浑浊。 铵盐与碱共热都能生成氨气，如： NH?4＋OH

－

△

△ NH3↑＋H2O

利用该性质可检验NH?4的存在。因此铵态氮肥不能与碱性物质如草木灰等混合使用。 【思考】利用铵盐与碱共热都能生成氨气，实验室中如何制取氨气？ 【板书】氨气的实验室制法：（发生装置与氧气的相同）

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