《自然界中的氮循环 氮的固定》PPT课件

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)氮在自然界中的循环过程主要生成一些含氮元素的盐
类物质，无其他类别物质生成
()
(2)实验室可用排空气法收集 N2
()
(3)N2 在通常状况下与 O2 反应生成 NO2
()
(4)合成氨反应属于自然固氮中的高能固氮
()
答案：(1)× (2)× (3)× (4)×
物质 颜色、气味、 毒性、状态
水溶性 与氧气反应
与水反应
收集方法
NO 无色、无味的有
毒气体 难溶于水 2NO＋O2===2NO2
不反应
排水法
NO2 红棕色、有刺激性气
味的有毒气体
易溶于水
不反应
3NO2＋H2O=== 2HNO3＋NO
向上排空气法
反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 中，NO2 既是氧化剂又是还 原剂，且氧化剂和还原剂的物质的量之比为 1∶2。
2．原子守恒法 4NO2＋O2 和 4NO＋3O2 从组成上均相当于 2N2O5 的组成，都 与 N2O5＋H2O===2HNO3 等效。当 NO、NO2、O2 的混合气 体溶于水时利用混合气体中 N、O 原子个数比进行分析判断。
n(N)∶n(O)＜＝22∶∶55 ＞2∶5
剩余O2 恰好完全反应 剩余NO
(4)氮的固定过程中涉及物质主要有 N2、NO、NO2、HNO3、 NH3 等，请将它们标注在图中，并用箭头表示在氮的固定过 程中的转化关系。
提示：(1)氮气的化学性质不活泼 液氮汽化时吸收大量热 (2)游离态 含氮化合物 (3)自然固氮 人工固氮 高能固氮 生物固氮 豆科植物的根瘤菌能将空气中的氮气通过生物化学过程转化 为含氮化合物 (4)
(2)NO 与 O2 同时通入水中： 2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，总的化 学方程式为 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。 当体积比：
＜4∶3 V(NO)∶V(O2)＝4∶3
＞4∶3
剩余O2 恰好完全反应 剩余NO
(3)NO2、NO、O2 的混合气体通入水中： ①可先将 NO 和 O2 转化为 NO2，再按上述各种情况分别处理。 ②也可先将 NO2 和 H2O 反应转化为 NO，再按 4NO＋3O2＋ 2H2O===4HNO3 情况处理。
体积的57。所以 c(HNO3)＝391.2
5 mol÷7
L＝218
mol·L－1。
答案：C
3．将容积为 50 mL 的量筒内充满 NO2 和 O2 的混合气体，将 量筒倒置在盛满水的水槽里，一段时间后，量筒里剩余气 体体积为 5 mL。则原混合气体中 NO2 和 O2 体积比可能是 ________或________。
③3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
新知探究(二) 氮的氧化物与 O2、H2O 反应的计算
[难度增一点]
[典例] 现有 NO2、O2 混合气体 12 mL，通入足量水中，
充分反应后逸出气体 2 mL(同温同压下)，则原混合气体中氧
气的体积是
()
A．2.2 mL
B．2.4 mL
C．3 mL
D．4 mL
C．在高温、高压、催化剂条件下合生成 NH3
D．豆科植物根瘤菌将 N2 转化为含氮化合物 解析：空气中的游离态氮转化为化合态氮的过程称为固氮。人
工固氮主要是针对生物固氮而言，通过化学方法，制备出类似
生物“固氮菌”的物质，使空气中的氮气在常温常压下与水及
二氧化碳等反应，转化为氨态氮或铵态氮，进而实现人工合成
3．大多数植物只能吸收化合态的氮元素，空气中的氮气不能被 植物直接吸收。 (1)氮气常用作保护气，原因是___________________；医疗上 可在液氮冷冻麻醉条件下做手术，原理是____________。 (2)氮的固定指的是将空气中_________的氮转化为_________ 的过程。 (3)氮的固定主要有__________和__________两种方法。自然 固氮的途径主要有__________和__________两种。种植豆科 农作物时不需要施加氮肥，原因是______________________ ________________________________________。
大量的蛋白质等，最终实现工厂化生产蛋白质食品。A、D 是自
然固氮，故错误；NH3 与 HCl 直接化合生成 NH4Cl 不是将空气 中的游离态氮转化为化合态氮的过程，不是固氮，故 B 错误。 答案：C
5．在 NO2 被水吸收的反应中，发生还原反应的物质和发生氧
化反应的物质的质量比为
()
A．3∶1
B．1∶3
2．标准状况下，将 NO2 和 O2 按体积比 4∶3 混合后充入干燥 烧瓶中，然后将烧瓶倒立于水中使其充分反应，则烧瓶内
溶液中溶质的物质的量浓度为
()
1 A.22.4
mol·L－1
B．391.2 mol·L－1
C.218 mol·L－1
D.45 mol·L－1
解析：此类题目可用赋值法来计算。设烧瓶体积为 1 L，因
(1)“雷雨发庄稼”蕴含了什么样的化学原理？
(2)上述过程中包含了哪些化学反应？ 提示：(1) 空气中的 N2 和 O2 在放电的条件下生成 NO，NO 被 O2 氧化成 NO2，NO2 在雨水中与水反应生成硝酸，硝酸被雨 水淋洒到土壤中，并与土壤中的矿物质作用生成能被植物吸收 的硝酸盐，使土壤从空气中得到氮元素，促进了植物的生长。
用排水法收集的是
()
A．HCl C．NO 答案：C
B．CO2 D．NO2
7．俗话说：“雷雨发庄稼”，其中涉及到下列变化：
①
②
③
土壤
N2――→NO――→NO2――→HNO3――→硝酸盐(氮肥)
(1)上述三步变化中，属于氮的固定的是_____(填标号)。
(2)写出①②③三步反应的化学方程式。
①_____________________________________________；
解析：假设剩余的为 O2，则参加反应的 NO2 和 O2 的总体积 为 50 mL－5 mL＝45 mL。根据化学方程式 4NO2＋O2＋ 2H2O===4HNO3 可以求出原混合气体中 NO2 的体积为 45 mL×45＝36 mL，O2 的体积为 50 mL－36 mL＝14 mL。即 NO2 和 O2 体积比为 36∶14＝18∶7；假设剩余的为 NO，由 3NO2 ＋H2O===2HNO3＋NO 得到过量的 NO2 体积为 15 mL，则发 生反应的 NO2 和 O2 的总体积为 50 mL－15 mL＝35 mL。则 原混合气体中，O2 的体积为 35 mL×15＝7 mL，NO2 的体积为 50 mL－7 mL＝43 mL。即 NO2 和 O2 体积比为 43∶7。 答案：18∶7 43∶7
V(NO2)∶V(O2)＝4∶3，故在 1 L 混合气体中 V(NO2)＝47 L，V(O2)
＝37 L。设生成 HNO3 的物质的量为 x，根据反应 4NO2＋O2＋
2H2O===4HNO3，则有(4wk.baidu.com22.4 L)∶47 L＝4 mol∶x，解得 x＝391.2
mol。烧瓶中残留 O2 的体积：37 L－17 L＝27 L，故溶液充满烧瓶
[答案] D
[知能深一点]
氮的氧化物与 O2、H2O 反应的计算 3 种方法 1．加合式法
(1)NO2 和 O2 的混合气体溶于水的计算： 由 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 可知，当体积比：
VNO2∶VO2＜ ＝44∶ ∶11 ＞4∶1
剩余O2 恰好完全反应 剩余NO2
在氧化还原反应中得失电子数必然相等。
[选考难一点]
1．一定条件下，将等体积的 NO 和 O2 的混合气体置于试管 中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积
为原气体总体积的
()
A.
1 4
B．34
C.
1 8
D.
3 8
解析：由题目叙述可知，是关于 NO 和 O2 的混合气体溶于水 的有关计算，应该选择反应 4NO＋3O2 ＋2H2O===4HNO3 来 计算。等体积混合时，O2 过量，O2 剩余14 体积，原混合气体 2 体积，剩余气体为原气体总体积的18。 答案：C
3．电子守恒法 NO 与 O2 的混合气体通入水中发生反应：2NO＋O2=== 2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，在反应中，存在着 NO 向 NO2 转化、NO2 向 HNO3 转化的同时又生成 NO 的循 环反应。但总体来讲，NO→HNO3，N 的化合价升高是由 于被 O2 氧化，因此可写出
放电 (2)N2 ＋ O2 ===== 2NO 、 2NO ＋ O2===2NO2 、 3NO2 ＋ H2O=== 2HNO3＋NO、硝酸＋矿物质===硝酸盐。
2．如图所示，中间玻璃管中盛有 NO。
(1)用一侧针管注入氧气，观察到的现象是____________， 用化学方程式表示其反应原理：_____________________。 (2)再用另一侧针管注入水，观察到的现象是__________， 用化学方程式表示其反应原理：__________________。 提示：(1)试管中气体变为红棕色 2NO＋O2===2NO2 (2)试管中气体由红棕色变为无色 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
[落实新知能] 1．自然界中氮的循环
2．氮气 (1)物理性质
颜色 无色
状态 气体
气味 无味
水溶性 难溶于水
(2)化学性质
化学性质不活泼，很难与其他物质发生反应。但在一定条件
下能与下列物质发生反应：
放电 ①与氧气反应：N2＋O2=====2NO，反应中 N2 表现还原性。
高温、高压
②与氢气反应：N2＋3H2
[解析] (总反应式法)根据有关的反应：4NO2＋O2＋ 2H2O===4HNO3,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。设原混合气体 中 O2 的体积为 V(O2)，剩余气体可能是 O2，也可能是 NO。 ①若剩余 O2，则 V 剩＝V(O2)－14[12 mL－V(O2)]＝2 mL，解得 V(O2)＝4 mL，D 正确；②若剩余 NO，则 V 剩＝13[12 mL－V(O2) －4V(O2)]＝2 mL，解得 V(O2)＝1.2 mL。
第3节 氮的循环
第一课时 自然界中的氮循环 氮的固定
[新教材内容有哪些]
[新课程标准是什么] 1.了解氮、氮的氧化物的主要性质。 2 认知氮、氮的氧化物在生产中的应用和对生态环境的影响。
[自学新教材] 阅读教材，回答下列问题：
1．在春夏之际，常有雷雨现象，民间有谚语：“雷雨发庄稼”，
即在雷雨过后，植物会生长得更旺盛。
②_____________________________________________；
③_____________________________________________。
解析：把游离态的氮转化为含氮化合物的过程叫氮的固定。
答案：(1)①
放电 (2)①N2＋O2=====2NO ②2NO＋O2===2NO2
(2)NO 和 NO2 对生活的影响 ①NO 结合血红蛋白的能力比 CO 还强，更容易造成人体缺 氧；同时 NO 作为一种传递神经信息的“信使分子”，在扩 张血管、提高免疫力、增强记忆力等方面有着重要的作用。 ②NO2 能使多种织物褪色，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。
[演练新学考]
确的是
()
A．无色气体
B．有刺激性气味
C．相同条件下密度比空气的大
D．能与水反应
解析：二氧化氮是红棕色、具有刺激性气味的气体，相同
条件下密度比空气的大，能与水反应，化学方程式为 3NO2 ＋H2O===2HNO3＋NO。 答案：A
4．下列属于人工固氮的是
()
A．闪电条件下 N2 与 O2 反应
B．NH3 与 HCl 直接化合生成 NH4Cl
催化剂
2NH3，反应中
N2 表现氧化性。
3．氮的固定 (1)概念：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。 (2)分类：
氮的自然固氮高生能物固固氮氮占占自自然然固固氮氮总总量量的的1900%% 固定人工固氮合 仿成 生氨 固氮
4．NO 和 NO2 (1)性质对比
C．1∶2
D．2∶1
解析：3＋N4O2＋H2O===2H＋N5O3＋＋N2O,3 mol NO2 中，有 2 mol
氮的价态升高，1 mol 氮的价态降低，所以发生还原反应的
NO2 与发生氧化反应的 NO2 的质量比为 1∶2。 答案：C
6．实验室制备气体后，在收集气体时，往往根据气体的性质
选择不同的收集方法，在实验室制备下列气体时，只能使
2．下列关于氮气的说法中错误的是
()
A．通常情况下，氮气性质比较稳定
B．可在氧气中燃烧，生成一氧化氮
C．通常情况下，氮气在水中的溶解度很小
D．跟氢气在一定条件下发生反应时，氮气是氧化剂
解析： N2 不能在 O2 中燃烧，与 O2 在闪电时反应生成 NO。 答案：B
3．(2019·北京合格考)下列关于二氧化氮性质的描述中，不正