2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第3章物質(zhì)的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化第3節(jié)第1課時(shí)自然界中氮的循環(huán)氮的固定學(xué)案魯科版必修1

PAGE7-第1課時(shí)自然界中氮的循環(huán)氮的固定[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．了解氮循環(huán)的基本過程，相識(shí)氮循環(huán)中的重要物質(zhì)以及人類活動(dòng)對(duì)氮循環(huán)的影響，樹立環(huán)保意識(shí)。2．知道氮?dú)庠诳隙l件下能夠與氧氣、氫氣反應(yīng)，了解氮的固定的相關(guān)學(xué)問。3．了解NO、NO2的物理及化學(xué)性質(zhì)。(重點(diǎn))授課提示：對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第61頁(yè)一、自然界中氮的循環(huán)1．自然界中氮的循環(huán)2．人類活動(dòng)的影響(1)氮?dú)鈋q\o(→,\s\up7(化學(xué)方法))氨→氮肥、硝酸等含氮化合物。(2)燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的氮氧化物參與氮的循環(huán)。二、氮的固定1．氮?dú)?1)物理性質(zhì)：無色無味的氣體，難溶于水。(2)化學(xué)性質(zhì)：通常狀況下，化學(xué)性質(zhì)不活潑。2．氮的固定(1)定義：使空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過程。(2)分類。eq\a\vs4\al(氮,的,固,定)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(自然固氮\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(高能固氮N2＋O2\o(=,\s\up7(放電))2NO,生物固氮豆科植物的根,瘤菌固氮)),人工固氮\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(工業(yè)合成氨,仿生固氮))))留意：含氮化合物之間的轉(zhuǎn)化不屬于氮的固定。3．一氧化氮(1)無色、難溶于水的氣體；(2)結(jié)合血紅蛋白的實(shí)力比CO強(qiáng)，毒性較大；(3)是一種“信使分子”；(4)常溫下與空氣中的氧氣快速化合。2NO＋O2=2NO2。4．二氧化氮(1)紅棕色有刺激性氣味的有毒氣體，易溶于水；(2)能使多種織物褪色，有腐蝕作用；(3)與水反應(yīng)3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。留意：NO2不是酸性氧化物?！龆嗑S思索·自主預(yù)習(xí)1．下列說法不正確的是()A．豆科植物通過根瘤菌汲取空氣中的氮是化學(xué)改變B．汽車尾氣中排放的氮氧化合物是由游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化來的C．化石燃料燃燒通常不釋放出氮氧化合物D．植物秸稈燃燒時(shí)放出氮氧化合物，參與了氮的循環(huán)答案：C2．在通常狀況下，氮?dú)夂芊€(wěn)定，這句話是指氮?dú)獾?)A．物理性質(zhì) B．化學(xué)性質(zhì)C．物理改變 D．化學(xué)改變答案：B3．下列反應(yīng)中氮元素只發(fā)生還原反應(yīng)的是()A．N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放電))2NOB．2NO＋O2=2NO2C．N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高溫、高壓),\s\do5(催化劑))2NH3D．3NO2＋H2O=2HNO3＋NO答案：C4．一氧化氮對(duì)SARS病毒的抑制作用明顯。下列關(guān)于NO的說法正確的是()A．NO是酸性氧化物B．NO只能通過人工合成C．NO是大氣污染物，會(huì)形成酸雨D．NO可以用向下排空氣法收集答案：C5．下列反應(yīng)屬于氮的固定的是()A．工業(yè)合成氨B．由氨氣制備碳酸氫銨C．銅與濃硝酸反應(yīng)產(chǎn)生NO2D．NH4Cl與Ca(OH)2反應(yīng)生成NH3答案：A授課提示：對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第62頁(yè)要點(diǎn)一自然界中氮的循環(huán)1．自然界中氮的循環(huán)2．人類活動(dòng)的影響(1)氮?dú)鈋q\o(→,\s\up7(合成氨))氨→氮肥、硝酸等含氮化合物。(2)燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的氮氧化物參與氮的循環(huán)。3．預(yù)料下列物質(zhì)的氧化性、還原性物質(zhì)NH3N2NONO2HNO3N化合價(jià)－30＋2＋4＋5預(yù)料性質(zhì)還原性氧化性還原性氧化性還原性氧化性還原性氧化性[探究應(yīng)用]下列關(guān)于自然界中氮循環(huán)(如圖)的說法不正確的是()A．氮元素均被氧化B．工業(yè)合成氨屬于人工固氮C．含氮無機(jī)物和含氮有機(jī)物可相互轉(zhuǎn)化D．碳、氫、氧三種元素也參與了氮循環(huán)答案：A要點(diǎn)二氮?dú)鈴脑鼗蟽r(jià)分析氮?dú)饩哂屑扔醒趸杂钟羞€原性(填“氧化性”“還原性”或“既有氧化性又有還原性”)，從分類的角度分析氮?dú)饪赡芫哂械男再|(zhì)：與金屬單質(zhì)反應(yīng)，與某些非金屬單質(zhì)反應(yīng)。1．化學(xué)性質(zhì)(1)N2＋H2：N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高溫、高壓),\s\do5(催化劑))2NH3。(表現(xiàn)了氧化性)應(yīng)用：工業(yè)上制氨氣可逆反應(yīng)：在相同條件下能同時(shí)向正反兩個(gè)方向進(jìn)行的反應(yīng)。(2)N2＋O2：N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放電))2NO。(表現(xiàn)了還原性)2．氮的固定(1)定義：使游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過程。(2)分類：氮的固定eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(自然固氮\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(高能固氮,生物固氮)),人工固氮\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(合成氨,仿生固氮))))說明：高能固氮指N2在雷電作用下生成NO；生物固氮指植物根瘤菌把N2轉(zhuǎn)化成NHeq\o\al(＋,4)、NOeq\o\al(－,3)。3．氮?dú)獾挠猛?1)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定——做糧食、瓜果、焊接金屬的愛護(hù)氣。(2)不燃燒、不支持燃燒——滅火。(3)與H2反應(yīng)生成氨氣——制造硝酸、氮肥的原料。(4)液態(tài)溫度低、性質(zhì)穩(wěn)定、無毒——做冷凍麻醉劑。4．工業(yè)制法空氣中含有大量的氮?dú)?，空氣是工業(yè)制取氮?dú)獾闹饕?，生產(chǎn)方法主要是分別液態(tài)空氣，并制得液氧。[問題探究]1．試驗(yàn)室收集N2的方法是什么？為什么？答案：只能用排水法收集，不能用排空氣法。N2的密度與空氣接近，試驗(yàn)室只能用排水法收集。2．2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2H2↑＋O2↑和2H2＋O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2H2O是否屬于可逆反應(yīng)？CO2＋H2O=H2CO3和H2CO3=CO2↑＋H2O是否屬于可逆反應(yīng)？答案：可逆反應(yīng)必需滿意“兩同”：①相同條件；②正反方向同時(shí)進(jìn)行。2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2H2↑＋O2↑和2H2＋O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2H2O不是可逆反應(yīng)，因?yàn)榉磻?yīng)的條件不同；CO2＋H2O=H2CO3和H2CO3=CO2↑＋H2O是可逆反應(yīng)，因?yàn)樵谙嗤臈l件下，同時(shí)進(jìn)行。[題組過關(guān)]推斷正誤，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。(1)試驗(yàn)室可用排空氣法收集N2。()(2)N2在通常狀況下與O2反應(yīng)生成NO2。()(3)含成氨反應(yīng)屬于自然固氮中的高能固氮。()(4)N2與H2反應(yīng)時(shí)，N2做氧化劑；N2與O2反應(yīng)時(shí)，N2做還原劑。()(5)游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化成化合態(tài)氮時(shí)，氮元素被氧化。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×要點(diǎn)三氮的氧化物1．常見氮的氧化物有：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5。2．NO、NO2的收集方法及相互轉(zhuǎn)化NONO2收集方法排水法向上排空氣法轉(zhuǎn)化NOeq\o(→,\s\up7(O2))NO2NO2eq\o(→,\s\up7(H2O))NO[問題探究]1．請(qǐng)寫出NO2與H2O反應(yīng)的離子方程式，標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向及數(shù)目，并指出反應(yīng)的氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比。答案：2．如何除去NO中的NO2?答案：將氣體通過盛有水的洗氣瓶。3．放電條件下，N2和過量氧氣反應(yīng)的產(chǎn)物是什么？NO2能不能由單質(zhì)干脆化合而成？答案：放電條件下N2和O2反應(yīng)的產(chǎn)物是NO，NO與過量的氧氣反應(yīng)生成NO2；NO2不能由單質(zhì)干脆化合而成。[歸納總結(jié)]1．氮氧化物與O2、H2O反應(yīng)的計(jì)算NO2和O2的混合氣體溶于水時(shí)，依據(jù)反應(yīng)：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3若NO2有剩余，再依據(jù)3NO2＋H2O=2HNO3＋NO2．NO和O2同時(shí)通入水中時(shí)，此時(shí)的反應(yīng)為：4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3[題組過關(guān)]1．用排水法收集12mLNO于試管中，然后向倒立于水槽中的該試管內(nèi)間歇地通入O2共12mL。下面的說法中，正確的是()A．剩余NOB．剩余NO2C．試管中氣體為紅棕色D．試管內(nèi)氣體先變?yōu)榧t棕色，后紅棕色消逝，反復(fù)幾次，最終剩余無色氣體解析：向NO中間歇通入O2發(fā)生的反應(yīng)為：2NO＋O2=2NO2①3NO2＋H2O=2HNO3＋NO②由①×3＋②×2得：4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3，等體積的NO和O2反應(yīng)最終剩余O2。答案：D2．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，將NO2和O2按體積比4∶3混合后充入干燥燒瓶中，然后將燒瓶倒立于水中使混合氣體充分反應(yīng)，則燒瓶?jī)?nèi)溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為()A.eq\f(1,22.4)mol·L－1B.eq\f(1,39.2)mol·L－1C.eq\f(1,28)mol·L－1D.eq\f(4,5)mol·L－1解析：此類題目可用賦值法來解。設(shè)燒瓶的體積為1L，因V(NO2)∶V(O2)＝4∶3，故在1L混合氣體中V(NO2)＝eq\f(4,7)L，V(O2)＝eq\f(3,7)L。燒瓶中殘留O2的體積：eq\f(3,7)L－eq\f(1,7)L＝eq\f(2,7)L，故溶液充溢燒瓶體積的eq\f(5,7)。所以c(HNO3)＝(eq\f(4,7)×eq\f(1,22.4))mol÷eq\f(5,7)L＝eq\f(1,28)mol·L－1。答案：C學(xué)科素養(yǎng)培育(十七)——改變觀念授課提示：對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第64頁(yè)[培育方向]能多角度、動(dòng)態(tài)地分析化學(xué)反應(yīng)，運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理解決實(shí)際問題。[素養(yǎng)特訓(xùn)]如圖所示，向盛有3.0mLNO的試管中緩緩?fù)ㄈ?.5mLO2(全部氣體體積均在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)定)。試回答下列問題：(1)寫出視察到的現(xiàn)象(可不寫滿，也可補(bǔ)充)：①________________________________________________________________________。②________________________________________________________________________。③________________________________________________________________________。(2)最終試管中剩余的氣體是________，其體積為________。解析：(1)NO遇O2快速反應(yīng)生成NO