《氮的循環(huán)》物質的性質與轉化PPT(第1課時自然界中的氮循環(huán)氮氣和氮的氧化物)
第一部分內(nèi)容：素養(yǎng)目標
1.通過了解自然界中氮循環(huán)的基本過程,逐步認識氮循環(huán)過程中的重要物質。
2.知道氮氣在一定條件下能夠與氧氣、氫氣發(fā)生反應,了解氮的固定的相關知識,體會合成氨過程中的科學態(tài)度與社會責任的核心素養(yǎng)。
3.熟知一氧化氮和二氧化氮的性質,通過反應了解自然界中形成硝酸的過程。
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氮的循環(huán)PPT，第二部分內(nèi)容：課前篇自主預習
知識鋪墊
1.空氣的組成及其體積分數(shù):N2占78%,O2占21%,稀有氣體占0.94%,CO2占0.03%,其他占0.03%。
2.舉例說明氮氣的一種用途:化學性質穩(wěn)定——作糧食保存、焊接金屬的保護氣。
新知預習
一、自然界中氮的循環(huán)
1.自然循環(huán)
2.人類活動的影響
(1)通過化學方法把空氣中的氮氣轉化成氨,再轉化成其他含氮化合物(如銨鹽、硝酸等)。
(2)燃燒反應產(chǎn)生的氮氧化物參與氮的循環(huán)。
二、氮氣的性質和氮的固定
1.氮氣的物理性質
2.氮氣的化學性質
N2化學性質穩(wěn)定,通常很難與其他物質發(fā)生反應,在一定條件下能與O2或H2等物質反應。
(1)N2與O2的反應:N2+O2 2NO(表現(xiàn)還原性)。
(2)N2與H2的反應:N2+3H2 2NH3(表現(xiàn)氧化性)。
3.氮的固定
(1)定義:游離態(tài)的氮轉化為含氮化合物的過程。
(2)分類:氮的固定主要有自然固氮和人工固氮。
【微思考1】將1 mol N2和3 mol H2充入密閉容器中,在一定條件下反應,能否得到2 mol NH3?原因是什么?
提示:不能。因為合成氨的反應是可逆反應,不能完全進行到底。
三、氮的氧化物
1.氮的氧化物的種類
2.NO和NO2
(1)物理性質
(2)相互轉化
2NO+O2 2NO2
3NO2+H2O 2HNO3+NO
【微思考2】實驗室如何收集NO和NO2?
提示:由于NO能與空氣中的氧氣反應生成NO2,應用排水法收集NO。
由于NO2能與水反應,不能用排水法收集NO2,可用向上排空氣法收集NO2。
自主測試
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)化合態(tài)的氮元素只顯一種價態(tài)。( )
(2)N2在通常狀況下與O2反應生成NO2。( )
(3)合成氨反應屬于自然固氮中的高能固氮。( )
2.下列敘述中與氮的固定無關的是( )
A.工業(yè)合成氨
B.工業(yè)上將氨轉化成硝酸和其他氮的氧化物
C.豆科植物的根瘤菌吸收空氣中的氮氣使之轉化成植物蛋白質
D.電閃雷鳴的雨天,N2與O2會發(fā)生反應并最終轉化為硝酸鹽被植物吸收
答案:B
解析:氮的固定過程是使游離態(tài)的氮轉化為化合態(tài)的氮,B項,NH3轉化為HNO3不符合要求。
3.NO2與水反應的化學方程式為3NO2+H2O === 2HNO3+NO,關于此反應的下列說法中正確的是( )
A.氮元素的化合價沒有發(fā)生變化
B.NO2只是氧化劑
C.NO2只是還原劑
D.NO2既是氧化劑,又是還原劑
答案:D
解析:NO2與H2O的反應中N的化合價既升高又降低,NO2既是氧化劑,又是還原劑。
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氮的循環(huán)PPT，第三部分內(nèi)容：課堂篇探究學習
氮氣的性質、用途
問題探究
1.實驗室可以通過向下排空氣法收集氮氣嗎?
提示:不能。由于氮氣的密度與空氣的接近,所以既不能用向上排空氣法也不能用向下排空氣法收集,應用排水法收集。
2.在化學反應中氮氣只做氧化劑嗎?
提示:不是。氮氣是非金屬單質,在化學反應中既可以做氧化劑也可以做還原劑,如與H2、Mg反應時N2做氧化劑,與O2反應時N2做還原劑。
知識歸納
氮氣的性質及工業(yè)制法
(1)氮氣的密度與空氣的接近,只能用排水法收集。
(2)在高溫、高壓、放電等條件下,N2能與H2、O2、Mg等發(fā)生化學反應。
(3)工業(yè)制法:空氣中含有大量的氮氣,空氣是工業(yè)制氮氣的主要來源,生產(chǎn)方法主要是分離液態(tài)空氣,并制得液態(tài)氧。
方法規(guī)律氮元素的存在與氮的固定
典例剖析
例1下列有關氮氣的說法正確的是( )
A.氮氣是由氮原子構成的雙原子分子,所以化學性質不活潑
B.醫(yī)學上常用液氮做冷凍劑,在冷凍麻醉條件下做手術,是利用氮氣化學性質的不活潑性
C.H2與N2在一定條件下反應生成NH3,反應中N2體現(xiàn)氧化性
D.電閃雷鳴的雨天,雨水中會含有一定量的硝酸,其中可能發(fā)生的反應有N2+2O2==2NO2
答案:C
解析:A項,氮氣性質穩(wěn)定的原因是兩個氮原子之間的作用力比較強,破壞這種作用力時需要很高的能量;B項,液氮汽化時需要吸收大量的能量,使周圍環(huán)境溫度降低,與其化學性質的不活潑無關;C項,反應的化學方程式為N2+3H2 == 2NH3,反應中氮元素化合價降低,氮氣做氧化劑;D項,N2和O2在放電條件下生成NO,不能直接生成NO2。
對點訓練1下列關于氮氣性質的說法中,錯誤的是( )
A.通常情況下,氮氣性質很不活潑
B.可在氧氣中燃燒,生成一氧化氮
C.通常情況下,氮氣在水中的溶解度很小
D.跟氫氣在一定條件下發(fā)生反應時,氮氣是氧化劑
答案:B
解析:N2不能在O2中燃燒,與O2在放電條件下反應生成NO,B錯;氮氣與氫氣反應時,氮元素的化合價降低,氮氣做氧化劑,D對。
氮的氧化物溶于水的計算
問題探究
1.把一支充滿NO2氣體的試管倒置在水槽中充分反應后,水能否充滿試管?
提示:不能。NO2與水反應的化學方程式為3NO2+H2O === 2HNO3+NO,由此可知最后水只能充滿整個試管的____。
2.向一支充有10 mL NO的試管中通入多少O2才能使水充滿整個試管?
提示:已知2NO+O2 === 2NO2�、�,
3NO2+H2O === 2HNO3+NO�、凇�
由方程式①×3+②×2得:4NO+3O2+2H2O === 4HNO3,即當NO和O2的體積比為4∶3時水可以充滿試管,需通入7.5 mL O2。
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氮的循環(huán)PPT，第四部分內(nèi)容：隨堂檢測
1.下列屬于人工固氮的化學反應是( )
A.N2與H2在一定條件下合成NH3
B.NO與O2反應生成NO2
C.NH3被O2氧化成NO和H2O
D.由NH3制備化肥NH4HCO3
答案:A
解析:固氮的方式有自然固氮和人工固氮,工業(yè)合成氨為人工固氮,雷雨天氣產(chǎn)生NO氣體屬于自然固氮。另外,豆科植物的根瘤菌能將空氣中的氮氣直接轉化為植物體內(nèi)的蛋白質,也屬于自然固氮。
2.下列有關氮氣的敘述中,錯誤的是( )
A.工業(yè)上,氮氣常用作焊接金屬的保護氣
B.在雷雨天,空氣中的N2和O2可反應生成NO
C.氮氣既可做氧化劑又可做還原劑
D.向某容器中充入1 mol N2可與3 mol H2完全反應生成2 mol NH3
答案:D
解析:N2與H2的反應屬于可逆反應,1 mol N2和3 mol H2不可能完全反應生成2 mol NH3,故D項錯誤;因氮氣的化學性質很不活潑,常用作焊接金屬的保護氣;N2中的氮元素為0價,處于中間價態(tài),故N2既可做氧化劑,又可做還原劑。
3.下列對氮的氧化物的敘述中,正確的是( )
A.氮的氧化物都是無色氣體
B.氮的氧化物都難溶于水
C.氮的氧化物都是酸性氧化物
D.氮的氧化物都是大氣污染物
答案:D
解析:NO2是紅棕色,A不正確;NO2易溶于水,B不正確;NO不是酸性氧化物,C不正確;氮的氧化物均是大氣污染物,D正確。
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