16（必修1）第3章 第3节 第1课时 自然界中的氮循环（导学案2）

skybamboo

第3节　氮的循环
第1课时　自然界中的氮循环

发展目标	体系构建
1.通过自然界中的氮循环，了解氮循环的基本过程，能举例自然固氮与人工固氮的过程，知道人工固氮对社会发展的重要意义；认识氮循环过程中重要的含有氮元素的物质，能够对含有氮元素的物质进行分类。 2.通过对固氮的分析，认识氮气、一氧化氮、二氧化氮的物理性质、化学性质以及典型的实验现象，能书写主要反应的化学方程式，知道他们的主要应用。

一、自然界中的氮循环
1．氮元素在自然界中的存在形式：游离态和化合态。
2．自然界中氮的循环


3．人类活动的影响
(2)燃烧反应产生的氮氧化物参与氮的循环。
二、氮循环中物质的性质及物质之间的转化
1．氮的固定
(1)定义：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。
(2)分类


微点拨：(1)含氮化合物之间的转化不属于氮的固定。
(2)固氮反应一定属于氧化还原反应。
2．氮气
(1)物理性质

颜色	状态	气味	密度	溶解性
无色	气体	无味	与空气接近	难溶于水

(2)化学性质
氮气的化学性质不活泼，通常很难与其他物质发生反应。
②氧化性：与H2反应生成NH3，反应的化学方程式为N2＋3H2
2NH3。
微点拨：氮分子中两个氮原子之间存在很强的作用力，故N2性质很稳定，化学反应的条件也比较苛刻。
3．一氧化氮和二氧化氮
(1)物理性质

物质	颜色	状态	气味	毒性	水溶性
NO	无色	气态	无味	有毒	难溶于水
NO2	红棕色	气态	刺激性	有毒	易溶于水

(2)相互转化
①NO→NO2：2NO＋O2===2NO2。
②NO2→NO：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
微点拨：NO和NO2的收集方法
①NO的收集：排水法。
②NO2的收集：向上排空气法。


1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)化合态的氮元素只显一种价态。                (　　)
(2)N2在通常状况下与O2反应生成NO2。        (　　)
(3)合成氨反应属于自然固氮中的高能固氮。        (　　)
(4)NO在空气中易转化为红棕色NO2。        (　　)
(5)NO2与H2O的反应，NO2只作氧化剂。        (　　)
[答案](1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×
2．下列叙述中与氮的固定无关的是(　　)
A．工业合成氨
B．工业上将氨转化成硝酸和其他氮的氧化物
C．豆科植物的根瘤菌吸收空气中的氮气使之转化成植物蛋白质
D．电闪雷鸣的雨天，N2与O2会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收
B[氮的固定过程是使游离态的氮转化为含氮化合物的过程，B项，NH3转化为HNO3和其他氮的氧化物与氮的固定无关。]
3．宇宙飞船的运载火箭的推进器引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体，从火箭尾部喷出。引燃后的高温气体成分有CO2、H2O、N2、NO等，这些气体均无色，但在卫星发射现场看到火箭喷射出大量的红色物质，产生红色的原因是(　　)
A．高温下N2遇空气生成NO2
B．NO与空气反应生成NO2
C．CO2遇NO反应生成NO2
D．NO遇H2O反应生成NO2
B[根据原高温气体均为无色，但现场却能看到红色可推知，是因为发生反应：2NO＋O2===2NO2。]

氮气的性质和用途

1．实验室可以通过向下排空气法收集氮气吗？原因是什么？
提示：不能。由于氮气的密度与空气的接近，所以既不能用向上排空气法也不能用向下排空气法收集，应用排水法收集。
2．在化学反应中氮气只作氧化剂吗？
提示：不是。氮气是非金属单质，在化学反应中既可以作氧化剂又可以作还原剂，如与H2、Mg反应作氧化剂，与O2反应作还原剂。
3．将1 mol N2、3 mol H2充入密闭容器中，在一定条件下反应，能否得到2 mol NH3？原因是什么？
提示：不能。因为合成氨的反应是可逆反应，不能完全进行到底。


氮气的性质及工业制法
(1)氮气的密度与空气的接近，只能用排水法收集。
(2)在高温、高压、放电等条件下，N2能与H2、O2、Mg等发生化学反应。
①氮气与氢气反应：
，该反应是工业合成氨的原理。
(3)工业制法：空气中含有大量的氮气，空气是工业制氮气的主要来源，生产方法主要是分离液态空气，并制得液态氧。




1．下列关于氮气的有关说法中，正确的是(　　)
A．氮气的化学性质很不活泼，不与任何物质发生反应
B．纯净的氮气是不溶于水的无色气体，无毒无味且比空气略重
C．一定条件下氮气与氢气发生化合反应生成氨，反应中N2表现还原性
D．氮气常用作焊接金属的保护气，是利用氮气化学性质的不活泼性
D[氮气的化学性质不活泼，可用作焊接金属的保护气。]
2．氮气能大量存在于空气中的根本原因是(　　)
A．氮气性质稳定，即使在高温下也很难与其他物质发生反应
B．氮气比空气轻，且不溶于水
C．氮分子中两个氮原子间结合得很牢固，分子结构稳定
D．氮气无氧化性，也无还原性，不与其他物质反应
C[N2性质稳定，但在高温下可与Mg、Al、H2等物质反应表现出氧化性，与O2在放电条件下反应表现出还原性，A、D项不正确；氮气比空气轻且不溶于水不是N2能大量存在于空气中的根本原因，即B项不正确。]
3．(素养题)大家在吃薯条等膨化食品时，会发现袋子里东西并不多却鼓鼓囊囊的，袋子里填充的是食品级的氮气而非空气。主要作用有三个方面：①延长食品的保质期；②可以抵御外界潮气的侵入；③保护食品不被压碎。


下列关于N2性质的叙述中错误的是(　　)
A．氢气在氮气中能燃烧
B．氮气既具有氧化性，又具有还原性
C．将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定
D．氮气与氧气在一定条件下反应生成一氧化氮
A[N2不是助燃气体，N2与H2化合需在高温、高压、催化剂的条件下进行。]

氮氧化物的性质

中国汽车销量增长幅度很大，同时也带来了空气污染。汽车尾气转化装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。




1．汽车尾气的主要污染物包括哪些？
提示：汽油不完全燃烧生成CO，放电条件下氮气与氧气反应生成NO，部分NO与氧气反应生成NO2，故汽车尾气的主要污染物为CO、NO2、NO等。
2．由图分析写出汽车尾气转化装置里发生的反应。在反应中氮的氧化物分别表现什么性质？
3．由图可以推出NO和O2必须在催化剂表面才能反应吗？
提示：NO和O2在空气中就能迅速反应生成NO2。
4．汽车尾气的排放有哪些危害？
提示：汽车尾气被人吸收造成伤害，排入大气会引起光化学烟雾、硝酸型酸雨等。


NO、NO2性质比较

物质	NO	NO2
色、态、 味、毒性	无色、无味、 有毒气体	红棕色、有刺激 性气味、有毒气体
水溶性	不溶于水	易溶于水
与氧气反应	2NO＋O2===2NO2	不反应
与水 反应	不反应	3NO2＋H2O=== 2HNO3＋NO(自 身氧化还原)
与氧气、水 同时作用	4NO＋3O2＋2H2O ===4HNO3	4NO2＋O2＋2H2O ===4HNO3
氧化性	有氧化性，但通常情况下表现出还原性	强氧化性，在溶液中生成硝酸，能氧化S2－、I－、Fe2＋等离子
对环境的影响	有毒，大气污染物之一	有毒，大气污染物之一

1NO不能和碱反应，是不成盐化合物；NO2和碱反应化合价发生了变化，所以二者均不是酸性氧化物。
2N2和O2反应，不管量和条件如何变化，均只能生成NO。




1．下列对NO、NO2的描述中正确的是(　　)
A．NO是酸性氧化物
B．NO2可用排水法收集，且可由N2和O2直接化合而得到
C．NO、NO2在一定条件下可相互转化，且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物
D．一氧化氮在反应中只能作还原剂
C[NO不与碱反应，不是酸性氧化物，故A项错误；NO2与水反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，N2与O2在放电的条件下反应生成NO，故B项错误；NO与O2发生反应：2NO＋O2===2NO2，NO2与H2O反应生成NO，光化学烟雾主要是由NOx引起的，故C项正确；NO中氮的化合价为＋2价，既可升高又可降低，既可作氧化剂又可作还原剂。]
2．下列关于一氧化氮的叙述正确的是(　　)
A．一氧化氮是一种红棕色的气体
B．常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合
C．一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到
D．一氧化氮易溶于水，只能用向上排空气法收集
C[NO难溶于水，易与O2化合，不能用排空气法收集。]
3．对3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应，下列说法正确的是(　　)
A．氧化剂与还原剂的质量比为1∶2
B．氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2
C．NO2是氧化剂，H2O是还原剂
D．在反应中若有6 mol NO2参与反应时，有3 mol电子发生转移
A[氧化剂、还原剂均为NO2，HNO3为氧化产物，来源于还原剂，NO为还原产物，来源于氧化剂，故氧化剂、还原剂质量比为1∶2。]




某山谷经常电闪雷鸣、雷雨交加，但树木、灌木、草等植被非常茂密，很少有人敢进入这个山谷。




你能解释该山谷的植被茂密的原因吗？
提示：植物生长需要氮肥，N2在雷电的作用下发生一系列变化：
2NO＋O2===2NO2
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
HNO3与土壤成分反应，产生硝酸盐，被植物吸收，所以经常有雷电的地方，植被生长的茂盛。


通过本情境素材中对自然现象的观察、解释，提升了学生探究事物内在原理的认识能力，培养了学生对待事物变化的科学态度。


1．(素养题)下列关于自然界中氮循环(如下图)的说法不正确的是(　　)


A．氮元素均被氧化
B．工业合成氨属于人工固氮
C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化
D．碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环
A[A项，人工固氮合成氨反应中，氮元素的化合价降低被还原，错误；B项，工业合成氨属于人工固氮，正确；C项，硝酸盐转化为蛋白质及经动物消化使蛋白质转化为氨气和铵盐，实现了含氮无机物和含氮有机物的相互转化；并且碳、氢、氧三种元素也参加了氮的循环，C正确，D正确。]
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
B[N2不能在O2中燃烧，与O2在放电时反应生成NO。]
3．下列对氮的氧化物的叙述中，正确的是(　　)
A．氮的氧化物都是无色气体
B．氮的氧化物都难溶于水
C．氮的氧化物都是酸性氧化物
D．氮的氧化物都是大气污染物
D[NO2是红棕色，A不正确；NO2易溶于水，B不正确；NO、NO2均不是酸性氧化物，C不正确；氮的氧化物均是大气污染物，D正确。]
4．一定条件下，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总体积的(　　)
C[由于NO和O2等体积，故二者等物质的量，当二者溶于水时，发生反应
4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
4 mol  3 mol
5．某同学收集了一集气瓶红棕色气体，用玻璃片盖好，然后向其中加入少量水，振荡后变为无色，然后轻轻移开玻璃片使少量空气进入瓶内，气体又变为红棕色。
(1)集气瓶内红棕色气体是___________________。
(2)气体颜色变化的原因是______________________________；
有关的化学方程式是______________________________________________
________________________________________________________________。
(3)在收集该红棕色气体时用________________________。
[答案](1)NO2　(2)NO2与H2O反应生成无色的NO，NO遇空气中的O2与之发生反应生成红棕色的NO2　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO、2NO＋O2===2NO2　(3)向上排空气法