學(xué)案- 氮的固定

1、第一單元 氮的固定學(xué)習(xí)目標(biāo)1了解氮?dú)獾闹饕再|(zhì)，認(rèn)識(shí)合成氨在氮的循環(huán)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要意義。2了解氮的固定及其類型，認(rèn)識(shí)其在生產(chǎn)中的意義。3掌握氮的氧化物的主要性質(zhì)。情景呈現(xiàn)閃電是大家非常熟悉的自然現(xiàn)象。你知道在雷電交加的時(shí)候，空氣里的氮?dú)夂陀嘘P(guān)的含氮化合物發(fā)生了哪些化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了哪些物質(zhì)？這些化學(xué)反應(yīng)和所產(chǎn)生的物質(zhì)對(duì)于人類的生產(chǎn)和生活有什么意義？讓我們走進(jìn)教材，學(xué)習(xí)氮?dú)馀c氮的固定、NO2、NO。新知預(yù)習(xí)一、氮?dú)馀c氮的固定1氮?dú)?1)氮分子的結(jié)構(gòu)在自然界中，氮元素既有 態(tài)，也有 態(tài)，大部分以 的形式存在于空氣中。氮分子的電子式為 ，結(jié)構(gòu)式為 。(2)氮?dú)獾奈锢硇再|(zhì)顏色狀態(tài)氣味密度溶解性 氣體

2、 密度與空氣接近 溶于水(3)氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì) ，通常很難與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。還原性： 氧化性：aN2與H2反應(yīng)生成NH3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。b在點(diǎn)燃條件下與金屬鎂反應(yīng)，化學(xué)方程式為N23Mgeq o(,sup7(點(diǎn)燃)Mg3N2。2氮的固定(1)含義：將大氣中 的氮轉(zhuǎn)化為 的過(guò)程叫作氮的固定。(2)分類：eq avs4al(氮的,固定)eq blc(avs4alco1(自然固氮blcrc (avs4alco1(高能固氮（N2O2o(,sup7(放電)2NO）,生物固氮（豆科植物的根瘤菌固氮）),人工固氮blcrc (avs4alco1(合成氨（N23H2o(,sup7(高

3、溫、高壓),sdo5(催化劑)2NH3）,仿生固氮)3自然界中氮的循環(huán)二、NO和NO21物理性質(zhì)物質(zhì)顏色狀態(tài)氣味毒性水溶性NO 氣體 有毒 溶于水NO2 氣體 有毒 溶于水2化學(xué)性質(zhì)NONO2： ；NO2NO： (工業(yè)制取硝酸)。預(yù)習(xí)自測(cè)：1下列反應(yīng)起到了固氮作用的是()A工業(yè)上N2與H2在一定條件下合成NH3BNO與O2反應(yīng)生成NO2CNH3被O2氧化成NO和H2OD由NH3制備化肥NH4HCO32大家在吃薯?xiàng)l等膨化食品時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)袋子里東西并不多卻鼓鼓囊囊的，袋子里填充的是食品級(jí)的氮?dú)舛强諝狻Ｖ饕饔糜腥齻€(gè)方面：延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期；可以抵御外界潮氣的侵入；保護(hù)食品不被壓碎。下列關(guān)于N2性質(zhì)的

4、敘述中錯(cuò)誤的是()A氮?dú)庠跉錃庵心苋紵鼴氮?dú)饧染哂醒趸?，又具有還原性C將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)變成含氮化合物屬于氮的固定D氮?dú)馀c氧氣在一定條件下反應(yīng)生成一氧化氮3下列關(guān)于氮?dú)獾恼f(shuō)法中錯(cuò)誤的是()A通常情況下N2性質(zhì)很穩(wěn)定，所以N2可以在電焊時(shí)作保護(hù)氣BN2O2eq o(,sup7(高溫)2NO，該反應(yīng)是汽車(chē)尾氣造成污染的主要因素之一CN2在空氣中約占質(zhì)量比的eq f(4,5)D在反應(yīng)3MgN2eq o(,sup7(高溫)Mg3N2中N2作氧化劑4工業(yè)上常用原理：NOxNH3N2H2O，使其轉(zhuǎn)化為無(wú)毒的N2，現(xiàn)有NO、NO2的混合氣體3.0 L，可與3.5 L相同狀況的NH3恰好完全反應(yīng)，全部轉(zhuǎn)化為N

5、2，則在原混合氣體中NO和NO2的物質(zhì)的量之比是()A11 B21C31 D135某山谷經(jīng)常電閃雷鳴、雷雨交加，但樹(shù)木、灌木、草等植被非常茂密，但很少有人敢進(jìn)入這個(gè)山谷。你能解釋該山谷植被茂密的原因嗎？課堂探究氮的氧化物的性質(zhì)及有關(guān)計(jì)算問(wèn)題探究：1要使充滿NO2和O2混合氣體的試管倒扣水槽中，讓水充滿試管，必須按什么樣的體積比混合？2將10 mL充滿NO2和O2的混合氣體的試管，倒置在水槽中，反應(yīng)停止后試管內(nèi)剩余2 mL的無(wú)色氣體，則原混合氣體中O2為多少毫升？歸納總結(jié)：1NO和NO2性質(zhì)的對(duì)比NONO2色、態(tài)、味、毒性無(wú)色、無(wú)味紅棕色、刺激性氣味有毒氣體水溶性不溶易溶且與水反應(yīng)與O2反應(yīng)2N

6、OO2=2NO2與H2O反應(yīng)3NO2H2O=2HNO3NO與O2、H2O共同反應(yīng)4NO3O22H2O=4HNO34NO2O22H2O=4HNO3氧化性6NO4NH3eq o(,sup7(催化劑)5N26H2O6NO28NH3eq o(,sup7(催化劑)7N212H2O，NO2SO2=SO3NO，NO2能使?jié)駶?rùn)的淀粉KI試紙變藍(lán)2氮的氧化物溶于水的計(jì)算(1)原理解答氮的氧化物溶于水的計(jì)算問(wèn)題首先明確原理，無(wú)論是單一氣體(NO2)，還是NO、NO2、O2中的兩者或三者的混合氣體，反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是3NO2H2O=2HNO3NO,2NOO2=2NO2，故若有氣體剩余只能是NO或O2，不能是NO2。(2)

7、方法加合式法NO2和O2混合氣體溶于水的計(jì)算由4NO2O22H2O=4HNO3可知：V(NO2)V(O2)eq blc(avs4alco1(41NO2過(guò)量，剩余氣體為NO)NO與O2同時(shí)通入水中2NOO2=2NO2、3NO2H2O=2HNO3NO總的化學(xué)方程式為4NO3O22H2O=4HNO3可知：V(NO)V(O2)eq blc(avs4alco1(43剩余NO)NO2、NO、O2三種混合氣體通入水中：a可先將NO和O2轉(zhuǎn)化為NO2，再按上述各種情況分別處理。b也可先將NO2和H2O反應(yīng)轉(zhuǎn)化為NO，再按4NO3O22H2O=4HNO3情況處理。典例剖析：典例：將盛有1 mol NO和NO2混

8、合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中，再通入0.4 mol O2，充分反應(yīng)后，整個(gè)試管充滿水。(1)則原混合氣體中NO與NO2體積比為多少？ 。(2)1 mol NO和NO2混合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中剩余氣體0.4 mol，則NO與NO2體積比為多少？ 。(3)1 mol NO和NO2混合氣體中兩者體積之比為11，試管倒立于盛滿水的水槽中，為使整個(gè)試管充滿水，需通入多少O2？ 。變式訓(xùn)練：1下列對(duì)NO、NO2的描述，不正確的是()ANO2是紅棕色氣體，易溶于水，不是酸性氧化物BNO可以用排水法收集，但不能由N2和O2直接化合而得到CNO、NO2在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化，且二者都是引起光化學(xué)煙

9、霧的大氣污染物DNO、NO2都有毒，且NO是汽車(chē)尾氣的有害成分之一2某混合氣體中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的兩種或多種氣體?，F(xiàn)將該無(wú)色氣體通入品紅溶液中，品紅溶液褪色，把剩余氣體排入空氣中，很快變成紅棕色。下列對(duì)于原混合氣體成分的判斷中正確的是()A肯定有SO2和NOB肯定沒(méi)有Cl2、O2和NOC可能有O2和Cl2D肯定有NO23為有效實(shí)現(xiàn)NO和NO2的相互轉(zhuǎn)化，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)。按圖組裝好實(shí)驗(yàn)裝置，并檢查裝置的氣密性，實(shí)驗(yàn)前用排水法收集半瓶NO氣體。(1)打開(kāi)止水夾a，推動(dòng)針筒活塞，使O2進(jìn)入燒瓶中。關(guān)上止水夾a，觀察到的現(xiàn)象是_，原因是_。(2)然后輕輕搖動(dòng)燒瓶，燒瓶中觀察到

10、的現(xiàn)象是_，產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因是_。(3)若最后燒瓶中充滿了水，則原燒瓶中NO與通入氧氣的體積之比為_(kāi)(同溫同壓下)，用化學(xué)方程式說(shuō)明你是如何計(jì)算的_?！緟⒖即鸢浮啃轮A(yù)習(xí)一、氮?dú)馀c氮的固定1(1)游離 化合 游離態(tài) NN NN(2)無(wú)色 無(wú)味 難 (3)穩(wěn)定N2O22NON23H22NH3 2(1)游離態(tài) 含氮化合物二、NO和NO21無(wú)色 無(wú)味 不紅棕色 刺激性 易 22NOO2=2NO2 3NO2H2O=2HNO3NO預(yù)習(xí)自測(cè)：1A解析：氮的固定是將空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過(guò)程，只有A項(xiàng)符合題意。2A解析：N2與H2在高溫、高壓、催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；N2的化合價(jià)為0價(jià)，

11、既可升高又可降低，N2既有氧化性又有還原性，B項(xiàng)正確；根據(jù)氮的固定的定義，C項(xiàng)正確；N2與O2在放電條件下反應(yīng)生成NO，D項(xiàng)正確。3C解析：N2的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，常用作保護(hù)氣，A項(xiàng)正確；N2與O2在高溫或放電條件下生成NO，NO易被O2氧化成NO2，故汽車(chē)尾氣會(huì)造成環(huán)境污染，B項(xiàng)正確；N2在空氣中的體積分?jǐn)?shù)約為eq f(4,5)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；N2與Mg的反應(yīng)中N2的化合價(jià)降低做氧化劑，D項(xiàng)正確。4D解析：相同狀況下，氣體的體積比等于物質(zhì)的量之比，則3.0 mol NO、NO2混合氣體與3.5 mol NH3恰好反應(yīng)生成N2，設(shè)NO為x mol，則NO2為(3x)mol，由得失電子守恒可知2x4(

12、3x)33.5，x0.75，故原混合氣體中NO和NO2的物質(zhì)的量之比為13。5雷雨天時(shí)在閃電的作用下，空氣中氮?dú)馀c氧氣反應(yīng)生成NO，然后發(fā)生NONO2HNO3，HNO3隨雨水進(jìn)入土壤，為植被提供了豐富的氮肥。課堂探究氮的氧化物的性質(zhì)及有關(guān)計(jì)算問(wèn)題探究：1提示：由3NO2H2O=2HNO3NO和2NOO2=2NO2得4NO2O22H2O=4HNO3，即當(dāng)NO2和O2的體積比為41時(shí)可完全溶于水。2提示：若剩余的是NO，由反應(yīng)3NO2H2O=2HNO3NO，得NO2體積為2 mL36 mL。則原有O2體積為(10 mL6 mL)eq f(1,41)0.8 mL。若剩余的是O2，則有10 mL2 m

13、L8 mL NO2和O2的混合氣體按反應(yīng)4NO2O22H2O=4HNO3進(jìn)行。所以NO2的體積為8 mLeq f(4,41)6.4 mL，O2體積為10 mL6.4 mL3.6 mL。典例剖析：(1) 37 (2) 19 (3) 0.5 mol解析：(1)設(shè)1 mol NO和NO2的混合氣體中有a mol NO和(1a)mol NO2，根據(jù)4NO3O22H2O=4HNO3和4NO2O22H2O=4HNO3可得：eq f(3,4)aeq f(1a,4)0.4，所以a0.3，V(NO)V(NO2)37。(2)設(shè)n(NO2)a mol3NO2H2O=2HNO3NO氣體減少3 mol 1 mol 2

14、mola mol (10.4)mola0.9故NO與NO2體積比為19。(3)通入的氧氣的物質(zhì)的量為eq f(3,4)0.5 moleq f(0.5,4) mol0.5 mol。變式訓(xùn)練：1B 解析：NO2是紅棕色氣體，易溶于水，與水發(fā)生反應(yīng)：3NO2H2O=2HNO3NO，由于反應(yīng)前后元素的化合價(jià)發(fā)生了變化，因此NO2不是酸性氧化物，A正確；NO不溶于水，可以用排水法收集，由于N2性質(zhì)穩(wěn)定，室溫下不容易反應(yīng)，但在放電時(shí)可由N2和O2直接化合而得到，B錯(cuò)誤；NO與氧氣發(fā)生反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生NO2；NO2溶于水反應(yīng)產(chǎn)生硝酸和NO，因此二者在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化，且二者都是引起光化學(xué)煙霧的大氣污染物，C正

15、確；NO、NO2都有毒，且在汽車(chē)發(fā)動(dòng)時(shí)，在電火花作用下N2和O2化合產(chǎn)生NO，NO是汽車(chē)尾氣的有害成分之一，D正確。2A 解析：此無(wú)色混合氣體通過(guò)品紅溶液后，品紅溶液褪色，說(shuō)明一定含有SO2；把剩余氣體排入空氣中，很快變?yōu)榧t棕色，說(shuō)明原混合氣體中一定含有氣體NO，故A正確；肯定有NO氣體，一定不含有O2，另外因混合氣體無(wú)色，也不會(huì)有Cl2，故B錯(cuò)誤；Cl2為黃綠色，該混合氣體無(wú)色，則說(shuō)明不含有Cl2，把剩余氣體排入空氣中，很快變?yōu)榧t棕色，說(shuō)明含有氣體NO，NO和氧氣反應(yīng)生成紅棕色的二氧化氮，說(shuō)明原混合氣體中無(wú)氧氣，故C錯(cuò)誤；NO2氣體為紅棕色，此混合氣體無(wú)色，所以一定不含NO2，故D錯(cuò)誤。3解析：(1)無(wú)色的NO能與O2反應(yīng)生成紅棕色的NO2。(2)輕輕搖動(dòng)燒瓶，使得NO2與水發(fā)生反應(yīng)：3NO2H2O=2HNO3NO，所以燒瓶中的紅棕色氣體又變?yōu)闊o(wú)色，因?yàn)闊績(jī)?nèi)氣體的量減少，引起燒瓶?jī)?nèi)氣體的壓強(qiáng)減小，所以燒杯內(nèi)的水會(huì)倒吸入燒瓶中，使燒瓶中液面上升。(3)發(fā)生的反應(yīng)為2NOO2=2NO