高中鲁科版第2节 氮的循环教学设计

第2节　氮的循环

课时1　自然界中氮的循环

目标与素养：1.了解氮及其氧化物的主要性质。(宏观辨识)2.认识氮及其化合物在生产中的应用和对生态环境的影响。(社会责任)

一、自然界中氮的循环

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

(1)氮气氨气→氮肥、硝酸等含氮化合物。

(2)燃烧反应产生的氮氧化物参与氮的循环。

二、氮气的性质和氮气的固定

1．物理性质

2.化学性质

(1)N2与O2反应

打雷时或汽车引擎中发生的反应为N2＋O22NO。

(2)N2与H2的反应

①可逆反应：在相同条件下能同时向正反两个方向进行的反应为可逆反应。可逆反应的化学方程式用“”代替“===”。

②合成氨的化学反应方程式为。

微点拨：(1)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。

(2)可逆反应必须满足“两同”：①相同条件；②正反方向同时进行。

3．氮的固定

(1)定义：使空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。

(2)分类

氮的固定

三、氮的氧化物

1．氮的氧化物

2.NO和NO2

(1)物理性质

(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

(1)NO的收集：排水法。

(2)NO2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)2H2O2H2↑＋O2↑和2H2＋O22H2O属于可逆反应。    (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×

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化合态的氮，B项，NH3转化为HNO3不符合要求。]

3．NO2与水的反应可表示为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，关于此反应的下列说法中正确的是(　　)

A．氮元素的化合价没有发生变化

B．NO2只是氧化剂

C．NO2只是还原剂

D．NO2既是氧化剂，又是还原剂

[答案]　D

1.通常情况下氮气的化学性质很不活泼，很难和其他物质发生化学反应。

2．氮元素有多种变价，N2中氮元素为0价，处于中间价态，故N2既有氧化性，又有还原性。

N2与O2反应表现还原性，N2与H2、Mg等活泼金属反应表现氧化性。N2与Mg反应：N2＋3MgMg3N2。

【典例1】　下列关于N2性质的叙述中错误的是(　　)

A．任何物质在氮气中都不能燃烧

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　[活泼金属如钠、镁、铝等可以在N2中燃烧。]

1．下列反应起到了固氮作用的是(　　)

A．工业上N2与H2在一定条件下合成NH3

B．NO与O2反应生成NO2

C．NH3被O2氧化成NO和H2O

D．由NH3制备化肥NH4HCO3

A　[由定义知，氮的固定是将空气中游离态的氮转化成含氮化合物。]

2．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

B　[N2不能在O2中燃烧，与O2在放电时反应生成NO，B错；氮气与氢气反应时，氮元素的化合价降低，氮气作氧化剂，D对。]

【典例2】　下列关于氮的氧化物的说法中，正确的是(　　)

A．氮的氧化物都是酸性氧化物

B．氮的氧化物都既有氧化性，又有还原性

C．NO2与H2O反应生成HNO3，所以NO2对应的同价酸是HNO3

D．只能用排水法收集NO

[答案]　D

NO、NO2均不属于酸性氧化物。酸性氧化物是能够与碱反应生成盐和水的氧化物，而且生成的盐是该氧化物同价态的含氧酸所对应的盐。NO不能与碱反应，NO2与NaOH溶液的反应为2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O。

1．下列关于NO和NO2的说法中正确的是(　　)

A．NO2是红棕色气体，易溶于水，属于酸性氧化物

B．NO2可由N2和O2直接化合得到

C．NO和NO2均既可以用排空气法收集又可以用排水法收集

D．NO和NO2在一定条件下可以相互转化

D　[A项，NO2不是酸性氧化物；B项，在高温或放电条件下，N2和O2直接化合生成NO；C项，NO易与空气中的氧气反应生成NO2，不能用排空气法收集，NO2能与水反应，不能用排水法收集；D项，NO和氧气反应生成NO2，NO2与水反应生成HNO3和NO。]

2．将盛有氮气和二氧化氮混合气体的试管倒立于水中，经过足够长时间后，试管内气体的体积缩小为原来的一半，则原混合气体中氮气与二氧化氮的体积比是(　　)

A．1∶1　   B．1∶2　　

C．1∶3　   D．3∶1

C　[气体体积缩小，是由NO2溶于水引起的：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，假设气体总体积为1 L，NO2的体积为x L，则N2的体积为(1－x) L，则：x＋(1－x)＝0.5，x＝，N2与NO2的体积比为∶＝1∶3。C正确。]

1．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NO

C．氮气既可作氧化剂又可作还原剂

D．1 mol N2可与3 mol H2完全反应生成2 mol NH3

D　[N2与H2的反应属于可逆反应，1 mol N2和3 mol H2不可能完全反应生成2 mol 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既可作氧化剂，又可作还原剂。]

2．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。]

3．下列反应过程需要加入氧化剂才能实现的是(　　)

A．N2→NH3   B．N2→NO

C．NO2→HNO3   D．NH3→NH

B　[加入氧化剂才能实现的反应为氧化反应，即元素化合价升高的反应，注意C项不加氧化剂就能实现：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。]

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(　　)

A.   B． 

C.   D．

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

设初始时NO和O2的物质的量均为4 mol，则4 mol NO反应掉3 mol O2，还剩余1 mol O2，则剩余O2为原气体的。]

5．目前，汽车尾气已成为许多大城市空气的主要污染源。汽车尾气中含有CO、NO等多种污染物。

(1)汽车燃料中一般不含氮元素，尾气中所含的NO是如何产生的？说明原因并写出有关反应的化学方程式：

______________________________________________________。

(2)治理汽车尾气中NO和CO的一种方法是：在汽车的排气管上装一个催化转化装置，使NO与CO反应，生成CO2和N2。反应的化学方程式为_________________________________________

_____________________________________________________。

(3)下列措施中，能减少或控制汽车尾气污染有效且可行的是________。

①制定严格的汽车尾气排放标准，并严格执行

②开发清洁能源汽车，如氢能汽车、太阳能汽车等

③市民出行戴防护面具

④市民大量移居城市郊区

[答案]　(1)空气中的N2与O2在放电条件下产生NO：N2＋O22NO

(2)2NO＋2CON2＋2CO2　(3)①②