高中鲁科版 (2019)第3章 物质的性质与转化第3节 氮的循环背景图ppt课件

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1.通过自然界中的氮循环,了解氮循环的基本过程,能列举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,培养科学态度与社会责任的化学核心素养。2.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,形成宏观辨识与微观探析的化学核心素养。3.认识氮气、一氧化氮、二氧化氮的物理性质和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,知道它们的主要应用;建立从物质类别、元素价态角度研究物质性质和实现含有氮元素的物质之间转化的思路和方法,培养科学探究与创新意识。
1.空气的组成及其体积分数:N2占78%,O2占21%,稀有气体占0.94%,CO2占0.03%,其他占0.03%。2.举例说明氮气的一种用途:作粮食保存、焊接金属的保护气。
一、自然界中氮的循环1.自然循环
2.人类活动的影响(1)通过化学方法把空气中的氮气转化成氨,再转化成其他含氮化合物(如铵盐、硝酸等)。(2)燃烧反应产生的氮氧化物参与氮的循环。
二、氮气的性质和氮的固定1.氮气的物理性质
2.氮气的化学性质N2化学性质稳定,通常很难与其他物质发生反应,在一定条件下能与O2或H2等物质反应。
(1)N2与O2的反应:N2+O2 2NO(表现还原性)。(2)N2与H2的反应:N2+3H2 2NH3(表现氧化性)。
3.氮的固定(1)定义:游离态的氮转化为含氮化合物的过程。(2)分类:氮的固定主要有自然固氮和人工固氮。
【微思考1】将1 ml N2和3 ml H2充入密闭容器中,在一定条件下反应,能否得到2 ml 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。
三、氮的氧化物1.氮的氧化物的种类
2.NO和NO2(1)物理性质。
(2)相互转化。2NO+O2==2NO23NO2+H2O==2HNO3+NO
【微思考2】实验室如何收集NO和NO2?提示 由于NO能与空气中的氧气反应生成NO2,应用排水法收集NO。由于NO2能与水反应,不能用排水法收集NO2,可用向上排空气法收集NO2。
判断下列说法是否正确,正确的画“√”,错误的画“×”。1.汽车尾气中有NOx,主要是汽油不充分燃烧引起的。(　　)2.制二氧化氮时,用水或NaOH溶液吸收尾气。(　　)3.工业上利用合成氨实现人工固氮涉及氧化还原反应。(　　)4.NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象。(　　)5.在实验室里,NO和NO2均可用排水法收集。(　　)6.NO能够与人体里血红蛋白结合,造成人体缺氧中毒。(　　)7.可用NO2与水反应制取硝酸,故NO2是酸性氧化物。(　　)
(1)氮气为什么可以用作保护气?提示 因为氮气的化学性质稳定,在通常情况下,氮气不容易与其他物质反应,也不会和食物反应而使之变质。氮气本身无毒无害,不会直接对人体产生伤害。
(2)实验室可以通过向下排空气法收集氮气吗?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。(3)在化学反应中氮气只做氧化剂吗?提示 不是。氮气是非金属单质,在化学反应中既可以做氧化剂也可以做还原剂,如与H2、Mg反应时N2做氧化剂,与O2反应时N2做还原剂。
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:N2+3H2 2NH3,该反应是工业合成氨的原理。②氮气与氧气反应:N2+O2 2NO。③氮气与镁反应:3Mg+N2 Mg3N2。
(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。
方法规律 氮元素的存在与氮的固定
例1下列有关氮气的说法正确的是(　　)A.氮气是由氮原子构成的双原子分子,所以化学性质不活泼B.医学上常用液氮做冷冻剂,在冷冻麻醉条件下做手术,是利用氮气化学性质的不活泼性C.H2与N2在一定条件下反应生成NH3,反应中N2体现氧化性D.电闪雷鸣的雨天,雨水中会含有一定量的硝酸,其中可能发生的反应有N2+2O2 2NO2
解析 A项,氮气性质稳定的原因是两个氮原子之间的作用力比较强,破坏这种作用力时需要很高的能量;B项,液氮汽化时需要吸收大量的能量,使周围环境温度降低,与其化学性质的不活泼无关;C项,反应的化学方程式为N2+3H2 2NH3,反应中氮元素化合价降低,氮气做氧化剂;D项,N2和O2在放电条件下生成NO,不能直接生成NO2。
变式训练1下列关于氮气性质的说法中,错误的是(　　)A.通常情况下,氮气性质很不活泼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,氮气是氧化剂答案 B解析 N2不能在O2中燃烧,与O2在放电条件下反应生成NO,B错;氮气与氢气反应时,氮元素的化合价降低,氮气做氧化剂,D对。
1.把一支充满NO2气体的试管倒置在水槽中充分反应后,水能否充满试管?
提示 不能。NO2与水反应的化学方程式为3NO2+H2O==2HNO3+NO,由此可知最后水只能充满整个试管的
2.向一支充有10 mL NO的试管中通入多少O2才能使液体充满整个试管?
提示 已知2NO+O2==2NO2　①,3NO2+H2O==2HNO3+NO　②。由方程式①×3+②×2得:4NO+3O2+2H2O==4HNO3,即当NO和O2的体积比为4∶3时液体可以充满试管,需通入7.5 mL O2。
氮的氧化物溶于水的计算(1)氮的氧化物溶于水的反应分析。2NO+O2==2NO2①3NO2+H2O==2HNO3+NO②由①+②×2　得4NO2+O2+2H2O==4HNO3,当体积比V(NO2)∶V(O2)
由①×3+②×2　得4NO+3O2+2H2O==4HNO3,当体积比V(NO)∶V(O2)
(2)氮氧化物与O2混合溶于水的计算。反应的化学方程式:2NO+O2==2NO23NO2+H2O==2HNO3+NO①4NO2+O2+2H2O==4HNO3②4NO+3O2+2H2O==4HNO3③
不同情况及剩余气体的体积:
要点笔记 因为水溶液中发生反应3NO2+H2O==2HNO3+NO,所以无论何种情况下水溶液中不会剩余NO2。
例2在一定条件下,将6体积的NO2和一定体积的NO置于试管中,并将试管倒置于水中,当通入4.5体积的O2充分反应后,剩余1.5体积气体,则原NO体积可能为(　　)①3体积　②4体积　③5体积　④5.5体积　⑤2体积A.③B.⑤C.④或⑤D.②或⑤
答案 C解析 本题的关键在于理解剩余的1.5体积气体,可能是一氧化氮,也有可能是氧气。若是一氧化氮,则氧气全部反应,二氧化氮完全反应消耗1.5体积氧气,剩余3体积应该被一氧化氮消耗,所以一氧化氮体积为4体积+1.5体积=5.5体积;若剩余的为氧气,则反应过程中一氧化氮消耗的氧气为1.5体积,所以一氧化氮的体积是2体积。
易错警示有关NO、NO2、O2混合气体与H2O反应后剩余气体的问题,因NO2与H2O反应,NO与O2反应,所以剩余的气体只可能为NO或O2中的一种,绝对不会剩余NO2。
变式训练2如图所示,当向试管内通入21 mL O2时,最后试管中的液面仍在原来的位置,则原试管中NO的体积为(　　)A.6 mL B.12 mLC.16 mLD.18 mL
答案 B解析 当V(NO)∶V(O2)=4∶3时,混合气体完全与水反应,无气体剩余;当V(NO)∶V(O2)≠4∶3时,可能有O2剩余或NO剩余。据题意可推知O2剩余,且剩余量与原NO体积相同。设原试管中NO的体积为x,则有4∶3=x∶(21 mL-x),解得x=12 mL,所以B项正确。
1.下列过程在一定条件下不能一步完成的是(　　)A.N2→NO2 B.N2→NH3C.NO2→HNO3D.NO→HNO3答案 A解析 N2与O2不能直接反应生成NO2,A符合题意;N2与H2在一定条件下可合成NH3,B不符合题意;NO2溶于水可生成HNO3,C不符合题意;由反应4NO+3O2+2H2O==4HNO3可知,D不符合题意。
2.(双选)下列有关氮气的叙述中,错误的是(　　)A.工业上,氮气常用作焊接金属的保护气B.在雷雨天,空气中的N2和O2可反应生成NO2C.氮气既可做氧化剂又可做还原剂D.1 ml N2可与3 ml H2完全反应生成2 ml NH3答案 BD解析 N2与H2的反应属于可逆反应,1 ml N2和3 ml H2不可能完全反应生成2 ml NH3,故D项错误;因氮气的化学性质很不活泼,常用作焊接金属的保护气;N2中的氮元素为0价,处于中间价态,故N2既可做氧化剂,又可做还原剂。N2与O2反应生成NO。
3.运载火箭的推进剂引燃后产生的气体主要是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色烟雾。产生红色烟雾的原因是(　　)A.高温下N2遇空气生成NO2B.NO遇空气生成NO2C.CO2遇NO反应生成CO和NO2D.NO和H2O反应生成H2和NO2
答案 B解析 根据火箭喷出的大量红色烟雾可推知其应是NO2,而高温下N2与O2不能生成NO2。
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(　　)
解析 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　==　4HNO34 ml3 ml设初始时NO和O2的物质的量均为4 ml,则4 ml NO反应掉3 ml O2,还剩余1 ml O2,则剩余O2为原气体总体积的