高中化学 第三章 自然界中的元素 第2节 氮的循环 第1课时学案 鲁科版必修1

第1课时 自然界中氮的循环、氮气、氮的氧化物
二氧化氮的性质
一、自然界中氮的循环 1．氮的存在形态
（1）以______态的形式存在于大气中。

（2）以______态的形式存在于动植物体、土壤和水体中。

2．氮在自然界中的循环
（1）自然循环：N 2――→根瘤菌
放电
铵离子和硝酸盐植物蛋白、动物蛋白―→氨气 （2）人类活动的影响：人们通过化学方法把空气中的氮气转化为____，再根据需要进
一步转化成各种含氮化合物（如______、______
）。

二、氮气 1．物理性质
2．化学性质
3．氮的固定
（1）概念：使空气中________的氮转化为____________的过程。

（2）分类
预习交流
1．什么是可逆反应？ 2．有人说，“氢气和氧气化合生成水，水可分解为氢气和氧气，所以反应：2H 2＋O 2===2H 2O 为可逆反应”。

你认为这句话对吗？
三、氮的氧化物 1．氮的氧化物
2．NO 和2（1）物理性质
（2）相互转化
①NO→NO 2：__________________
②NO 2→NO：________________________ （3）影响
①NO：是传递神经信息的“信使分子”，但容易与血红蛋白结合而使人体缺氧。

②NO 2：能使多种织物退色，损坏多种织物和尼龙制品，对金属和非金属材料也有腐蚀作用。

预习交流
1．俗语“雷雨发庄稼”的道理是什么？ 2．实验室如何收集NO 、NO 2？为什么？ 答案：一、1.（1）游离 （2）化合 2．（2）氨 氮肥 硝酸
二、1.无色 气体 无味 难溶于水
2．N 2＋O 2=====放电2NO N 2＋3H 2高温、高压
催化剂2NH 3 3．（1）游离态 含氮化合物 （2）高能 生物 合成氨 仿生 预习交流：
1．答案：在相同条件下能同时向正反两个方向进行的反应称为可逆反应。

2．答案：不对，因为这两个反应不是在相同条件下进行的，所以不是可逆反应。

三、1.N 2O NO N 2O 3 NO 2 N 2O 5 2．（1）无色 红棕色 气体 气体 无味 刺激性气味 有毒 有毒 难溶 易溶 （2）2NO ＋O 2===2NO 2 3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 预习交流：
1．答案：空气中氮气在高压电作用下与氧气发生化学反应生成NO ，NO 与氧气反应转化成NO 2，NO 2与雨水反应生成HNO 3，生成的HNO 3随雨水进入土壤，同土壤中的矿物质作用，形成被植物吸收的硝酸盐类，使庄稼受益。

2．答案：收集NO 用排水法，收集NO 2用向上排空气法；前者易与氧气反应，后者易与水反应。

一、NO 、NO 2的性质实验
1．在持续通入氧气的情况下能否使上述试管内液面不断上升，直至试管完全被液体充满？若能，需要通入多少体积的氧气？
2．若试管内开始时充满NO 气体，要使NO 尽可能被水吸收，需要通入多少体积的O 2?
1.NO 2和
O 2同时通入水中时，其反应是3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO,2NO ＋O 2===2NO 2，总反应为4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3。

2．NO 和O 2同时通入水中时，其反应是2NO ＋O
2===2NO 2,3NO
2＋H 2O===2HNO 3＋NO ，总反应为4NO ＋3O 2＋2H 2O===4HNO 3。

3．4NO 2＋O 2和4NO ＋3O 2从组成上看均相当于2个N 2O 5，即总反应式都与N 2O 5＋H 2O===2HNO 3
等效。

这不仅是记忆上述1、2两式的方法，也为上述问题的解决提供了新的思路，即利用混合气体中的N 、O 原子个数比进行分析判断：
二、氮的氧化物溶于水的计算
如图所示，将盛满等体积的NO 和NO2混合气体的试管倒置在水槽中，请回答：
（1）试管内的现象如何？
（2）液面上升的高度占试管容积的多少？
将12 mL NO 2和O 2的混合气体通入足量的水中，充分反应后剩余气体2 mL （气体均在相同状态下测定）求原气体中各气体的体积是多少？
1.氮氧化物溶于水的计算有以下三种类型：
（1）NO 和NO 2的混合气体溶于水时，其反应是3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 。

可利用气体体
积变化的差值进行计算。

V 剩＝V （NO ）原＋1
3
V （NO 2）。

（2）NO 2和O 2同时通入水中时，根据4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3进行计算。

（3）NO 和O 2同时通入水中时，根据4NO ＋3O 2＋2H 2O===4HNO 3进行计算。

2．氮氧化物溶于水的产物分析：
氮的氧化物与O 2混合通入水中，剩余气体只可能是NO 或O 2，不可能是NO 2，因为过量的NO 2会与水反应生成NO ；所得溶液的溶质为HNO 3。

答案：活动与探究1：答案：试管中的红棕色气体逐渐变成无色气体，同时水会进入试管，最后水充满整个试管的2/3体积左右 3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 无色气体先变为红棕色气体，后又变为无色气体，试管内液面继续上升 2NO ＋O 2===2NO 2、3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO
思考与交流：
1．答案：能，NO 2与O 2以4∶1的体积比混合，与足量的水反应就可以完全转变成硝酸。

解析：3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO① 2NO ＋O 2===2NO 2②
①×2＋②得：4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3
故NO 2与O 2以4∶1的体积比混合，与足量的水反应就可以完全转变成硝酸。

2．答案：NO 与O 2以4∶3的体积比混合，与足量的水反应就可以完全转变成硝酸。

解析：2NO ＋O 2===2NO 2① 3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO②
①×3＋②×2得：4NO ＋3O 2＋2H 2O===4HNO 3
故NO 与O 2以4∶3的体积比混合，与足量的水反应就可以完全转变成硝酸。

活动与探究2：答案：（1）试管内的红棕色气体逐渐变成无色气体，试管内液面上升。

（2）13
解析：3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO ΔV 3 2 12 13
试管液面上升的高度为减少的体积原体积＝1
31＝1
3。

迁移与应用：答案：剩余气体为O 2时，原混合气体中NO 2为8 mL ，O 2为4 mL ；剩余气体为NO 时，原混合气体中NO 2为10.8 mL ，O 2为1.2 mL 。

解析：剩余2 mL 气体可能是O 2或NO 。

（1）若剩余气体为O 2，根据化学方程式4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3
可知参加反应的NO 2的体积为10 mL×4
5
＝8 mL
参加反应的O 2的体积为10 mL×1
5
＝2 mL
原混合气体中NO 2为8 mL ，O 2为4 mL 。

（2）若剩余气体为NO ，根据3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 可知剩余NO 2的体积为6 mL
根据4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3可以计算出参加反应的O 2的体积为6 mL×1
5
＝1.2 mL ，NO 2
的体积为6 mL×4
5＝4.8 mL ，故原混合气体中NO 2为10.8 mL ，O 2为1.2 mL 。

1．发射卫星的运载火箭，其推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷出。

引燃后产生的高温气体主要是CO 2、H 2O 、N 2、NO ，这些气体均为无色，但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红烟，产生红烟的原因是（ ）。

A ．高温下氮气遇空气生成NO 2
B ．CO 2与NO 反应生成CO 和NO 2
C ．NO 与空气生成NO 2
D ．NO 和H 2O 反应生成H 2和NO 2
2．如下图所示，试管中盛装的是红棕色气体（可能是混合物），当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水柱继续上升，经过多次重复后，试管内完全被水充满，原来试管中盛装的气体不可能是（ ）。

A ．N 2与NO 2的混合气体
B ．O 2与NO 2的混合气体
C ．NO 与NO 2的混合气体
D ．NO 2一种气体
3．标准状况下，在一不规则的玻璃容器内充满NO 2气体后，将其倒置于水槽中，假设容器中的物质不扩散至容器外，则充分反应后容器中所得溶液的物质的量浓度近似为（ ）。

A ．1.0 mol·L －1
B ．0.045 mol·L －1
C ．0.020 mol·L －1
D ．0.12 mol·L －1
4．氮氧化物进入大气后，不仅会形成硝酸型酸雨，还可能形成光化学烟雾，因此必须对含有氮氧化物的废气进行处理。

（1）用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下： 2NO 2＋2NO ＋4NaOH===4NaNO 2＋2H 2O① 2NO 2＋2NaOH===NaNO 2＋NaNO 3＋H 2O②
在反应①中，氧化剂是________，还原剂是________。

在反应②中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。

（2）汽车尾气中含有CO 和NO ，消除这两种物质对大气污染的方法是安装催化转化器，使它们发生反应生成对大气无污染的物质。

写出该反应的化学方程式___________________。

（3）在一定条件下氨气亦可用来将氮氧化物转化为无污染的物质。

写出氨气和二氧化氮在一定条件下反应的化学方程式________________________。

答案：1．C 解析：N 2和O 2不能直接反应生成NO 2，A 不正确；NO 不能和CO 2、H 2O 反应，B 、D 选项不正确；NO 在空气中能被氧气氧化为NO 2，NO 2是红棕色气体。

2．A 解析：如果气体是N 2与NO 2的混合气体，则水不会充满整个试管，因为N 2不溶于水；如果是NO 2（或O 2和NO 2的混合气体），发生反应：4NO 2＋2H 2O ＋O 2===4HNO 3，水会充满试管；如果是NO 与NO 2的混合气体，通入O 2会发生反应4NO 2＋2H 2O ＋O 2===4HNO 3和4NO ＋2H 2O ＋3O 2===4HNO 3，而使水充满试管。

3．B 解析：设容器的体积为V，则充分反应后容器中所得溶液的物质的量浓度为：c
＝
2
3
V
22.4
mol
2
3
V L
＝
1
22.4
mol·L－1。

4．答案：（1）NO2NO 1∶1
（2）2NO＋2CO=====
催化剂
N2＋2CO2
（3）6NO2＋8NH3=====
一定条件
7N2＋12H2
O。