2018年高中化學(xué)第三章自然界中的元素第2節(jié)氮的循環(huán)學(xué)案魯科版必修120180726230

1、第3章 第3節(jié) 硫的轉(zhuǎn)化【本講教育信息】一. 教學(xué)內(nèi)容：第3章 第2節(jié) 氮的循環(huán)二. 教學(xué)目的1. 能簡要說明氮循環(huán)的基本過程，知道固氮的本質(zhì)以及生物固氮和人工固氮這兩種固氮形式。2. 了解氮循環(huán)過程中的重要物質(zhì)以及人類活動對氮循環(huán)和環(huán)境的影響（知道酸雨、光化學(xué)煙霧和富營養(yǎng)化等環(huán)境問題）3. 能列舉含氮元素的單質(zhì)及其化合物了解氮?dú)?、氨氣、銨鹽及硝酸的主要物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，知道nh的檢驗(yàn)方法和氨氣的實(shí)驗(yàn)室制法，能書寫相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。三. 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 氮?dú)?、氨、銨鹽和硝酸的性質(zhì)四. 知識分析空氣中的主要物質(zhì)？植物生長需要的主要元素？（一）氮在自然界中的循環(huán)和存在形式1. 氮元素在自然界

2、中的存在形式自然界中氮元素存在的形式一種是游離態(tài)，如n2，一種是化合態(tài)，如銨鹽、硝酸鹽、氨、蛋白質(zhì)等。2. 氮在自然界中的循環(huán)（1）氮在自然界中的循環(huán)的基本過程自然界里，空氣的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為植物可以直接吸收含氮化合物的兩種主要形式，豆科植物的根瘤菌把n2轉(zhuǎn)化為硝酸鹽；閃電使少量n2與o2化合生成no，隨之變?yōu)橄跛犭S降水進(jìn)入土壤和水體。植物的根從土壤中吸收銨鹽、硝酸鹽，經(jīng)過復(fù)雜的生物轉(zhuǎn)化，形成了各種氨基酸，氨基酸最后變成蛋白質(zhì)。動物以植物為食而獲得植物蛋白，并將其轉(zhuǎn)化為動物蛋白，動物遺體中的蛋白質(zhì)被微生物分子分解成銨離子、硝酸根和氨，又回到了土壤和水體中，被植物再次吸收利用。（2）氮循環(huán)的重要意義由

3、于存在著氮元素的循環(huán)，其他生命元素的循環(huán)，以及水的循環(huán)，地球的生命才生生不息，生機(jī)勃勃。 （二）氮循環(huán)的重要物質(zhì)及其變化1. 氮?dú)猓?）物理性質(zhì)無色無味的難溶于水的氣體；密度比空氣小，在空氣中約占總體積的78%，占其它質(zhì)量的75%。（2）分子結(jié)構(gòu)兩個氮原子之間的強(qiáng)烈作用，要破壞這種牢固的結(jié)合，需要很高的能量。常溫下，n2的化學(xué)性質(zhì)很不活潑，但在高溫、放電、點(diǎn)燃等條件下能與o2、mg、h2等反應(yīng)。（3）化學(xué)性質(zhì)與o2反應(yīng)：n2+o22no 與h2反應(yīng)：n2+3h22nh3 與mg的反應(yīng)：n2+3mgmg3n2 溫馨提示：由于n2的化學(xué)性質(zhì)不活潑，所以n2與其它物質(zhì)的反應(yīng)，需特別注意標(biāo)明條件。n2

4、和o2反應(yīng)后，“最初產(chǎn)物”是no，而不是no2。一般情況下，n2不能燃燒，也不助燃，但mg條卻可以在n2中燃燒。（4）用途：a.保護(hù)氣b.液氮作深度冷凍劑c.合成氨等思考：相同質(zhì)量的鎂條分別在o2、n2和空氣中充分燃燒，所得固體產(chǎn)物的質(zhì)量m1，m2，m3由大到小的順序是 （解答：m1>m3>m2 ）重要補(bǔ)充：氮的固定概念：使空氣中游離的氮轉(zhuǎn)變?yōu)楹衔锏姆椒ā７诸悾鹤匀还痰腿斯す痰赡娣磻?yīng)概念：在相同條件下，能同時正反兩個方向進(jìn)行的反應(yīng)，為可逆反應(yīng)，化學(xué)方程式中用“”代替“”。特點(diǎn)：相同條件下，相反方向的兩個化學(xué)反應(yīng)；與化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的各種物質(zhì)共存，如n2+3h2 2nh3反應(yīng)體

5、系中就存在n2、h2、nh3分子。2、氮的氧化物no、no2的重要性質(zhì)（1）物理性質(zhì)no：無色無味難溶于水的氣體 有毒no2：紅棕色有刺激性氣味的氣體 有毒（2）化學(xué)性質(zhì) 2no+o22no2 6no+4nh35n2+6h2o3no2+h2o2hno3 no 6no2+8nh37n2+12h2o （3）計算中用到的兩個重要化學(xué)方程式4no+3o2+2h2o4hno3 ；4no2+o2+2h2o4hno3思考： no有毒，為什么在1992年被世界著名學(xué)術(shù)期刊科學(xué)（seience，美國）評為明星分子？no2為什么能使多種織物退色，損壞多種織物和尼龍制品，對金屬和非金屬材料也有腐蝕作用？實(shí)驗(yàn)室如何收

6、集no、no2？為什么？解答：no作為一種神經(jīng)系統(tǒng)的信使分子，在使血管擴(kuò)張、免疫、增強(qiáng)記憶力等方面有著及其重要的作用。 no2溶于水生成了硝酸，使織物退色、腐蝕材料。 收集no用排水法，收集no2用向上排空氣法；前者易與氧氣反應(yīng)，后者易與水反應(yīng)3、氮的氫化物nh3（1）分子結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)（三角錐形）（2）物理性質(zhì)無色、有刺激性氣味的氣體，標(biāo)況下密度為0.771g·l1，比空氣輕，極易溶于水（1:700），且快速溶解，易液化得液氨，液氨氣化時要吸收大量的熱，使物質(zhì)的溫度急劇下降，所以液氨常用作制冷劑。關(guān)于噴泉實(shí)驗(yàn)：氨氣能形成噴泉的本質(zhì)原因是氨極易溶于水。用教材中的裝置進(jìn)行噴泉實(shí)驗(yàn)，引發(fā)水

7、上噴的操作是擠壓膠頭滴管，使少量水進(jìn)入燒瓶。該實(shí)驗(yàn)的原理是，少量水進(jìn)入燒瓶時，氨迅速溶解，瓶內(nèi)壓強(qiáng)迅速降低，水在外界大氣壓作用下，壓入燒瓶。如果把膠頭滴管去掉，如何引發(fā)水上噴？氨溶解于水不是簡單的溶解過程，有化學(xué)反應(yīng)，生成堿性物質(zhì)。（3）化學(xué)性質(zhì)氨與水的反應(yīng) nh3+h2o nh3·h2o說明：氨的溶解中更重要的是生成了nh3·h2o，但溶質(zhì)為nh3氨的水溶液顯弱堿性，nh3·h2o nh4+oh氨水易揮發(fā)，要密封保存，對許多金屬有腐蝕作用，不能用金屬容器盛裝。氨水的密度小于水的密度，且質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，密度越小。氨水的成分：nh3、h2o、nh3·h2o、

8、nh4+、oh h+氨與hcl反應(yīng)nh3+hclnh4cl練習(xí)：寫出nh3與硝酸、硫酸、磷酸的化學(xué)方程式解答：nh3+hno3nh4no3；2nh3+h2so4(nh4)2so4；3nh3+h3po4(nh4)3po4)氨與某些鹽溶液的反應(yīng)fecl3+3nh3·h2ofe(oh)3+3nh4cl ；mgcl2+2nh3·h2omg(oh)2+2nh4cl 氨的還原性a. 氨與o2的反應(yīng)催化氧化：4nh3+5o24no+6h2o ；與純o2反應(yīng) ： 4nh3+3o22n2+6h2ob. 與cl2反應(yīng)氨氣不足（cl2過量） 2nh3+3cl2n2+6hcl 氨氣足量 8 nh3

9、+3cl2n2+6nh4cl c. 與cuo的反應(yīng) 2nh3+3cuo3cu+n2+3h2o（可用于制n2）小結(jié)：nh3是唯一能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體，可用于氨氣的檢驗(yàn)氨水與液氨為不同物質(zhì)，氨水為混合物，液氨為純凈物;nh3為非電解質(zhì)，而nh3·h2o為弱電解質(zhì)。與濃氨水靠近，能產(chǎn)生白煙現(xiàn)象的物質(zhì)：揮發(fā)性酸如濃hno3、濃hcl 酸性氣體hcl、hbr、hi、h2s等；cl2。但濃h2so4、濃h3po4因難揮發(fā)而無此現(xiàn)象。nh3可在純氧中燃燒，不是在空氣中燃燒，故nh3不屬于可燃燒氣體。4. 銨鹽的主要性質(zhì)（1）概念：由銨根離子和酸根離子組成的鹽（2）物理性質(zhì)：都是無色晶體

10、，都易溶于水（3）化學(xué)性質(zhì)受熱易分解a. 熱不穩(wěn)定酸的銨鹽為nh3和酸的分解產(chǎn)物nh4hco3nh3+co2+h2o（對熱不穩(wěn)定酸：h2co3、h2so3、h2sio3）b. 揮發(fā)性酸對應(yīng)的銨鹽的分解產(chǎn)物是nh3和相應(yīng)的酸 nh4clnh3+hcl（揮發(fā)性酸：hcl、hbr、h2s、hi）c. 高沸點(diǎn)酸的銨鹽的分解產(chǎn)物為nh3和相應(yīng)的酸 (nh4)3po43nh3+h3po4d. 氧化性酸的銨鹽的分解產(chǎn)物隨溫度而異 2nh4no32n2+o2+4h2o與堿反應(yīng) nh4cl+naohnacl+nh3+h2o（4）nh4+的檢測： 在未知溶液中加入強(qiáng)堿并加熱，用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗(yàn)，若試紙變藍(lán)，

11、則證明原溶液中含nh4+思考：銨鹽都能受熱分解，能不能用此種方法檢驗(yàn)nh4+的存在？銨鹽與濃堿溶液，銨鹽與稀堿溶液反應(yīng)并加熱，銨鹽與稀堿溶液反應(yīng)不加熱的離子方程式有何不同？解答：不能。生成氨氣、生成氨氣、生成一水合氨。5. 硝酸的重要性質(zhì)（1）物理性質(zhì)：純hno3是無色，易揮發(fā)（沸點(diǎn)83），有刺激性氣味的液體。易溶于水密度比水大，常用的濃hno3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為69%，98%的硝酸稱“發(fā)煙硝酸”）（2）化學(xué)性質(zhì)酸的通性特性 a. 不穩(wěn)定性： 4hno34no2+o2+2h2o并且越多越易分解b. 強(qiáng)氧化性：濃硝酸可以與不活潑金屬如銅、銀等以及碳、磷等非金屬反應(yīng)。說明：濃、稀hno3均有強(qiáng)氧化性 氧化

12、性：濃hno3>稀hno3金屬與硝酸反應(yīng)不產(chǎn)生h2，而是與濃硝酸反應(yīng)生成no2，與稀hno3生成no4hno3（濃）+cucu(no3)2+2no2+2h2o8hno3（稀）+3cu3cu(no3)2+2no+4h2o小知識：常溫下濃hno3可使鐵、鋁表面形成致密的氧化物膜而鈍化，（濃h2so4也有此性質(zhì)）因此可用鐵、鋁容器盛放濃h2so4、hno3。氧化性酸和酸的氧化性：酸的氧化性是指h+的氧化性；氧化性酸是酸根離子中心原子獲得電子的性質(zhì)。思考：分別將盛有濃hcl，濃h2so4，濃hno3的燒杯置于空氣中，其中質(zhì)量增加的是 ，質(zhì)量減少的是 ，原因分別是 。濃hno3為什么常是黃色？ 濃

13、hno3如何保存？解答：濃h2so4；濃hcl、濃hno3；濃h2so4有吸水性，吸收空氣中的水蒸氣；濃hcl、濃hno3都有揮發(fā)性。濃硝酸易分解產(chǎn)生no2，no2溶于水顯黃色；濃硝酸通常保存在棕色瓶中，置于冷暗處。【典型例題】例1. 下列過程屬于人工固氮的是（ ） a. 分離液態(tài)空氣制氮?dú)鈈. 閃電時n2 轉(zhuǎn)化為no c. 合成氨 d. 豆科作物根瘤菌將n2 轉(zhuǎn)化為nh3 答案： c 解析：該題目考查氮的固定知識，將空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合物的方法，統(tǒng)稱為氮的固定，分為自然固氮和人工固氮，b、d 屬于自然固氮，c屬于人工固氮。點(diǎn)評：本題屬于基本概念應(yīng)用題例2. 采用不同的分類方法，可將非金

14、屬氧化物分為不同的類別。例如，從某種意義講p2o5、so2、so3、co2、cl2o7等歸為一類，則下列氧化物中與它們同屬一類的是（ ）a. cob. noc. n2o5d. no2 答案： c 解析：本題考查了基本概念。題目中所給氧化物都是酸酐，而所給選項(xiàng)中co、no、no2 都是不成鹽氧化物，只有n2o5 是硝酸的酸酐。點(diǎn)評：解答本題關(guān)鍵是從題干中準(zhǔn)確分析、判斷、歸納出幾種物質(zhì)的共同規(guī)律，分析選項(xiàng)時，明確非金屬氧化物可能是酸性氧化物，也可能不是。結(jié)合平時積累的知識解決問題。例3. 有關(guān)氨的性質(zhì)的敘述中正確的是（ ） a. 氨不能在空氣中燃燒 b. 氨水呈堿性 c. 氨氣和酸相遇能產(chǎn)生白色煙

15、霧d. 在反應(yīng) nh3 + h+ nh4+ 中，氨失去電子被氧化 答案：ab 解析：氨只能在純氧中燃燒，不能在空氣中燃燒，a 正確；因?yàn)閚h3·h2onh4+oh-，故氨水呈堿性，并視為一元弱堿，b 正確；氨氣只有與揮發(fā)性酸相遇才能生成白煙，c錯； 反應(yīng)nh3 + h+ nh4+為非氧化還原反應(yīng)，d錯。綜上分析，本題答案為a、b。點(diǎn)評：氨是一種重要的物質(zhì)，學(xué)習(xí)中應(yīng)全面掌握氨的重要性質(zhì)。例4. 為了測定某銅銀合金的成分，將30.0 g 合金溶于80 ml 13.5 mol·l-1的濃hno3中，待合金完全溶解后，收集到氣體6.72 l (標(biāo)準(zhǔn)狀況)，并測得溶液中c(h+)1mol·l-1。假設(shè)反應(yīng)后溶液的體積仍為80 ml，試計算： （1）被還原的hno3 的物質(zhì)的量； （2）合金中銀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 答案：（1） 0.3 mol （2）36% 解析：（1） hno3 被還原生成no 或no2 氣體 ， 因此產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量即是被還原的hno3 的物質(zhì)的量。 n 6.72 l/ 22.4l·mol-10.3mol （2）反應(yīng)后溶液中c(h+) 1mol·