自然界中的元素 氮的循环

自然界中的元素氮的循环

一. 教学内容：

第3章第2节氮的循环

二. 教学目的

1. 能简要说明氮循环的基本过程，知道固氮的本质以及生物固氮和人工固氮这两种固氮形式。

2. 了解氮循环过程中的重要物质以及人类活动对氮循环和环境的影响（知道酸雨、光化学烟雾和富营养化等环境问题）

3. 能列举含氮元素的单质及其化合物了解氮气、氨气、铵盐及硝酸的主要物理性质和化学性质，知道NH 的检验方法和氨气的实验室制法，能书写相关反应的化学方程式。

三. 教学重点、难点

氮气、氨、铵盐和硝酸的性质

四. 知识分析

空气中的主要物质？植物生长需要的主要元素？

（一）氮在自然界中的循环和存在形式

1. 氮元素在自然界中的存在形式

自然界中氮元素存在的形式一种是游离态，如N2，一种是化合态，如铵盐、硝酸盐、氨、蛋白质等。2. 氮在自然界中的循环

（1）氮在自然界中的循环的基本过程

自然界里，空气的氮气转化为植物可以直接吸收含氮化合物的两种主要形式，豆科植物的根瘤菌把N2转化为硝酸盐；闪电使少量N2与O2化合生成NO，随之变为硝酸随降水进入土壤和水体。植物的根从土壤中吸收铵盐、硝酸盐，经过复杂的生物转化，形成了各种氨基酸，氨基酸最后变成蛋白质。动物以植物为食而获得植物蛋白，并将其转化为动物蛋白，动物遗体中的蛋白质被微生物分子分解成铵离子、硝酸根和氨，又回到了土壤和水体中，被植物再次吸收利用。

（2）氮循环的重要意义

由于存在着氮元素的循环，其他生命元素的循环，以及水的循环，地球的生命才生生不息，生机勃勃。

（二）氮循环的重要物质及其变化

1. 氮气

（1）物理性质

无色无味的难溶于水的气体；密度比空气小，在空气中约占总体积的78%，占其它质量的75%。

（2）分子结构

两个氮原子之间的强烈作用，要破坏这种牢固的结合，需要很高的能量。常温下，N2的化学性质很不活泼，但在高温、放电、点燃等条件下能与O2、Mg、H2等反应。

（3）化学性质

①与O2反应：N2+O2＝2NO ②与H2反应：N2+3H2＝2NH3

③与Mg的反应：N2+3Mg＝Mg3N2

温馨提示：

●由于N2的化学性质不活泼，所以N2与其它物质的反应，需特别注意标明条件。

●N2和O2反应后，“最初产物”是NO，而不是NO2。

●一般情况下，N2不能燃烧，也不助燃，但Mg条却可以在N2中燃烧。

（4）用途：a.保护气b.液氮作深度冷冻剂c.合成氨等

思考：相同质量的镁条分别在O2、N2和空气中充分燃烧，所得固体产物的质量m1，m2，m3由大到小的

顺序是

（解答：m1>m3>m2 ）

重要补充：①氮的固定

概念：使空气中游离的氮转变为含氮化合物的方法。

分类：自然固氮和人工固氮

②可逆反应

概念：在相同条件下，能同时正反两个方向进行的反应，为可逆反应，化学方程式中用“”代替“＝”。特点：相同条件下，相反方向的两个化学反应；与化学反应有关的各种物质共存，如N2+3H2 2NH3反应体系中就存在N2、H2、NH3分子。

2、氮的氧化物—NO、NO2的重要性质

（1）物理性质

NO：无色无味难溶于水的气体有毒

NO2：红棕色有刺激性气味的气体有毒

（2）化学性质

2NO+O2＝2NO2 6NO+4NH3＝5N2+6H2O

3NO2+H2O＝2HNO3 ＋NO 6NO2+8NH3＝7N2+12H2O

（3）计算中用到的两个重要化学方程式

4NO+3O2+2H2O＝4HNO3 ；4NO2+O2+2H2O＝4HNO3

思考：①NO有毒，为什么在1992年被世界著名学术期刊《科学》（Seience，美国）评为明星分子？

②NO2为什么能使多种织物退色，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？

③实验室如何收集NO、NO2？为什么？

解答：①NO作为一种神经系统的信使分子，在使血管扩张、免疫、增强记忆力等方面有着及其重要的作用。

②NO2溶于水生成了硝酸，使织物退色、腐蚀材料。

③收集NO用排水法，收集NO2用向上排空气法；前者易与氧气反应，后者易与水反应

3、氮的氢化物——NH3

（1）分子结构

立体结构（三角锥形）

（2）物理性质

无色、有刺激性气味的气体，标况下密度为0.771g·L－1，比空气轻，极易溶于水（1:700），且快速溶解，易液化得液氨，液氨气化时要吸收大量的热，使物质的温度急剧下降，所以液氨常用作制冷剂。

关于喷泉实验：

①氨气能形成喷泉的本质原因是氨极易溶于水。

②用教材中的装置进行喷泉实验，引发水上喷的操作是挤压胶头滴管，使少量水进入烧瓶。该实验的原理是，少量水进入烧瓶时，氨迅速溶解，瓶内压强迅速降低，水在外界大气压作用下，压入烧瓶。如果把胶头滴管去掉，如何引发水上喷？

③氨溶解于水不是简单的溶解过程，有化学反应，生成碱性物质。

（3）化学性质

①氨与水的反应NH3+H2O NH3·H2O

说明：

●氨的溶解中更重要的是生成了NH3·H2O，但溶质为NH3

●氨的水溶液显弱碱性，NH3·H2O NH4++OH—

●氨水易挥发，要密封保存，对许多金属有腐蚀作用，不能用金属容器盛装。

●氨水的密度小于水的密度，且质量分数越大，密度越小。

●氨水的成分：NH3、H2O、NH3·H2O、NH4+、OH—H+

②氨与HCl反应