氮的循環(huán)教案

-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

第2節(jié)氮的循環(huán)

1氮在自然界中的循環(huán)

1.自然界中氮元素循環(huán)示意圖

大氣中的

有機氮硝酸鹽

TzKl

2.主要形式

（1）游離態(tài)一化合態(tài)

①是豆科植物根部的根瘤菌，把氮氣轉變?yōu)橄跛猁}等含氮化合物；

②放電條件下，與氧氣結合為氮氧化合物，并隨降水進入水體中；

③合成氨工廠、汽車發(fā)動機都可以將一部分氮氣轉化成化合態(tài)。

（2）化合態(tài)一游離態(tài)：硝酸鹽在某些細菌作用下轉化成氮氣。

（3）化合態(tài)一化合態(tài)：化石燃料燃燒、森林和農作物枝葉燃燒所產生的氮氧化

合物通過大氣進入陸地和海洋，進入氮循環(huán)。

【領悟?整合】

氮是維持高等私植物生命活動的必須元素，因此，氮的循環(huán)涉及到地球上生物圈

的各個方面。人類活動也在逐漸的影響到氮循環(huán)。所以，認識氮的循環(huán)，就把我們將

要學習的物質置于“氮的循環(huán)”這個大的背景下，將會更有利于同學們掌握氮及其化

合物的性質。

3.氮氣與氮的固定

（1）氮氣的物理性質：無色無味氣體，難溶于水，與空氣密度相近。

（2）氮氣的化學性質：

【知識?鏈接】

氮氣屬于雙原子分子，兩個氮原子之間的作用非常強。因此，氮氣分子穩(wěn)定，化

學性質不活潑，但要注意，可一旦吸收能量變?yōu)镹原子則性質較活潑。在高溫或放

電時可與某些物質反應，N表現為既有氧化性，又有還原性。

2

①與。2的反應

在放電條件下，氮氣跟氧氣能直接化合生成無色的一氧化氮（NO）。反應

式為：N2+O22NO

說明：在雷雨天氣，汽車的發(fā)動機中均可以發(fā)生該反應。在該反應中，N2

表現出還原性。

②與也反應

高溫、高壓、

、2NHq

催化劑

說明：a該反應是工業(yè)上合成氨的反應原理，具有非常重要的現實意義，在

該反應中，叫表現出氧化性。

b在氮氣跟氫氣反應生成氨的同時，氨氣也在分解生成氮和氫氣。像這樣同

時向正反兩個方向進行的反應稱為可逆反應。在可逆反應的化學方程式中用

”代替。

（3）氮的固定

①定義：將空氣中游離的氮轉變成氮的化合物的方法叫做氮的固定。

②分類：

高能固氮（閃電，約占10%）

r自然固氮?

生物固氮（約占90%）

氮的固定

r合成氨

人工固氮《

I仿生固氮

（3）NO和NO2

物質NONO,

顏色無色紅棕色

毒性劇毒劇毒

溶解性不溶解與水反應

氣味無味刺激性氣味

2NO+O=2NO

轉化22

3NO+HO=2HNO+NO

【聯想?發(fā)散】

氮的氧化物以及與氧氣混合后溶于水的情況分析：

①NO2或NO?與N?俳。2）的混合氣體溶于水時，可根據反應：3NO2+H2O=

2HNO3+NO,利用氣體體積的變化差值進行計算。

②NO2和02的混合氣體溶于水時，根據反應：4NO2+O2+2H2O=4HNO3

當V(NO2)：l/(o2)=4：1時，恰好反應，無剩余氣體；

當l/(NO2)：l/(O2)<4：1時，剩余氧氣；

當V(NO2)：l/(O2)>4：1時，NO2過量，剩余氣體為NO,且體積為過量NO2體

積的1/3o

③NO和。2同時通入水中時，此時的反應為：4NO+3O2+2H2O=4HNO3

當MNO)：1/(02)=4：3時，恰好反應，無剩余氣體；

當V(NO2)：V(O2)<4：3時，剩余氧氣；

當V(NO2)：V(O2)>4：3時，剩余NOo

3

2氨與鉞態(tài)氮肥

1.氨

（1）物理性質：

無色、有刺激性氣味比空氣輕；極易溶于水，在常溫、常壓下1體積水能

溶解約700體積氨氣。

（2）化學性質:

①堿牛氨與水、酸反應時顯堿性

與水反應：NH'+H/）=^NH3-H2ONH4++OH-

與酸反應：NH3+HCI=NH4CI

說明：a氨溶于水，大部分與水結合成一水合氨（NH3-H2O）,一水合氨少

部分電離，因此，氨水顯弱堿性。氨氣是中學階段唯一的一種堿性氣體，利用

這一點，可以檢驗NH3O

bNH3與其它酸也能反應生成相應的錢鹽。其中，N%與鹽酸這樣的易揮發(fā)

性酸反應時會有白煙（銹鹽固體的小顆粒）生成。利用這個現象，在某些場合

也可以檢驗NH3O

②還原性：氨的催化氧化反應

4NH3+5O2.催化-4NO+6H2。

△

說明：a該反應是工業(yè)上生產硝酸的一個基礎反應。

bN%中的氮元素的價態(tài)為-3價，因此，N%不僅能被催化氧化生成NO,在

純氧中燃燒能生成N2O在一定條件下，N%還能被Cl?、CuO等氧化。

【辨析?比較】液氨和氨水

液氨是氨氣加壓或降溫得到的液態(tài)氨，是純凈物，即液氨由氨分子組成的

液體。

氨水的主要成分是NH3-H2O.在氨水中以分子狀態(tài)存在的粒子有：NHr

H20>NH3-H2O；以離子狀態(tài)存在的粒子上要有：NH4+、H-、0H,極少量的是

Hl所以氨水是混合物。

2.錢鹽

【觀察?思考】

操作現象結論

將氯化鉉固體在試管中加在試管上端內壁上有白色受熱時，氯化核分解，生

執(zhí)，、、、固體附著。成氨氣和氯化氫，冷卻

時，兩者又重新結合，生

成氯化錢

將碳酸氫鏤固體在試管中澄清石灰水變渾濁碳酸氫錢分解，生成J'

加熱，將生成的氣體通入co2

澄清石灰水中

在試管中加入少量氯化較加熱后試管中有氣體產產生了氨氣

固體，再滴加適量稀氫氧生，并可聞到刺激性的氣

化鈉溶液，加熱，并將濕味。同時還看到，濕潤的

潤的紅色石蕊試紙貼在玻紅色石蕊試紙變藍。

璃棒上靠近試管

根據以上的觀察與思考，我們可以錢鹽具有以下性質:

4

(1)鏤鹽受熱分解

NHJIuMM%個+HCI個

NH4HCO3^i.NH3個+CO2個+%0個

(2)錢鹽與堿反應

NH,Cl+NaOHHaCl+N%個+”。

/

(NH4)2SO4+Ca(OH)2-^CaSO44-2NH3T+2H2O

【梳理?總結】

由鏤離子和酸根離子構成的化合物叫鉞鹽，所有的錢鹽都是晶體，都能溶

于水。受熱均易發(fā)生分解，分解產物一般為N也和相應的酸(或酸的分解產

物)。但也有例外，例如5NH4NO31電個+2H。^+鄉(xiāng)%。，且NH4NO3在不同

溫度條件下分解產物不同。鏤鹽與堿共熱都能產生氨氣，這是錢鹽的共同性

質。因此，鉞態(tài)氮肥不宜和堿性物質混合施用，同時，利用這個性質可以檢驗

校離了，也可以在實驗室中制備氨氣。

(3)氨的實驗室制取

藥品：NH&、消石灰

反應原理：ZNH/l+CagWHCaCIz+ZN%個+2%0

裝置：與制氧氣相同

收集：向下排空氣法。

驗滿：用濕潤的紅色石蕊試紙或沾有濃鹽酸的玻璃棒。防止多余氨氣污染

空氣的方法：收集N%后的導管口處塞一團濕棉花或用稀H2sO,浸濕的棉花。

干燥：N%通過盛有堿石灰的干燥管。

實驗室制取氨的其它方法：加熱濃氨水、氧化鈣與濃氨水反應等。

3硝酸及其應用

【溫故?知新】

硝酸具有酸的通性

①使指示劑變色：例如：稀HNQ使紫色石蕊溶液變紅。

②與堿反應：如HNO3+NaOH=NaNO3+H2O

③與堿性氧化物反應：如2HNO3+CaO=Ca(NC>3)2+2H2。

④與弱酸鹽反應：如2HNO3+Na2CO3=2NaNO3+CO2T+H2O

5

⑤與金屬反應：由于硝酸具有強氧化性，因此，與酸反應時一般不產生H2O

硝酸除了具有酸的通性以外，還具有以下特性：

1.硝酸的物理性質：無色、易揮發(fā)、有刺激性氣味、易揮發(fā)、密度大于

水。

2.硝酸的不穩(wěn)定性：硝酸見光或受熱易分解。

4HNO3=^^=4NO2個+Q個+2%0

說明：硝酸越濃，越容易分解。長期存放的濃HNO3呈黃色，

這是由于HNO3分解產生的NO2溶于硝酸的緣故。也正因為硝酸見

光或受熱易分解，一般將它保存在棕色瓶里，放置在陰涼處。

3.硝酸的強氧化性：硝酸具有強的氧化性，是因為硝酸分子里氮呈+5

價。

°(1)與金屬反應：HNO3幾乎能與所有的金屬(除金、鉗、鈦以外)發(fā)生

氧化還原反應。

Cu+4HNC)3(濃)=Cu(NO3)2+2NC)2個+2%0

/

3CU+8HNO3(?)=3CU(NO3)2+2NOT+4H2O

說明：硝酸與不活潑金屬反應時，濃硝酸生成N02,稀硝酸生成NOo

【交流?研討】

①常溫下為什么可以用鋁槽車或鐵罐運輸濃硝酸

鋁、鐵等金屬可以在冷的濃硝酸中發(fā)生鈍化現象，濃HNO3會把鋁或鐵的

表面氧化，形成一層薄而致密的氧化膜，阻止了反應的進一步發(fā)生.遇熱時，

該氧化膜會被破壞.因此常溫下鋁、鐵制品可以盛放冷的濃HNO3.

翻同與濃HNC)3反應時，放出NO2氣體，與稀HNO3反應時，放出NO氣

體。能否由此說明稀HNO3比濃HNO3的氧化能力更強

硝酸與金屬反應時，硝酸被還原的程度取決于硝酸的濃度和還原劑的強弱

。對于同一種還原劑來說，硝酸越稀被還原的程度越大.因為當HNO3的濃度

在8moi以上時，HNO3氧化性很強，在此過程中生成氮的低價氧化物在強

的氧化氣氛中不能存在，繼續(xù)被氧化成高價的氮的氧化物，所以產物為

NO2.當硝酸較稀時，它的氧化性較弱，氮的低價氧化物也能夠存在，所以主

要產物是NO.濃HNO3與Cu反應放出NO2氣體要比稀HNO3與Cu反應放出

NO氣體劇烈的多，所以濃HNO3氧化能力比稀HNO3氧化能力更強。

【知識?鏈接】

王水：濃HNO3和濃鹽酸的混合物(體積比1：3)叫王水，它的氧化能力比硝酸

更強，能夠使一些不溶于硝酸的金屬如金、伯等溶解。

(2)與非金屬反應：硝酸能與許多非金屬及某些有機物發(fā)生氧化還原反

應:

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C+4HNO3（濃）=^C02個+4NO2個+2%。

【辨析?比較】

氧化性酸和酸的氧化性概念辨析

酸的氧化性：實質上指氫離子的氧化性，任何酸都有不同程度電離出H+的

能力，H+在一定條件下獲得電子生成H2.因此在某些反應中酸作氧化劑其實質

上是H+作氧化劑如：鋅與鹽酸或稀H2s。4的反應，都可以用Zn+2H+=Zn2++

七個離子方程式表示此類反應的實質。

氧化性酸：是酸根離子中心原子獲得電子的能力，酸根離子獲得電子后，

中心原子化合價降低，形成相應的低價含氧化合物甚至是單質.如濃H2sO,與

Cu反應：Cu+2H2s04濃）」工16。4+$。2個+2%。，濃“Sq與木炭反應：c+

2H2so4（濃）J：。2個+2SC）2個+2%0,硝酸與鋅反應：4Zn+10HNC）3（稀尸

42門例03）2+為0個+5%05Zn+12HNC）3（很稀）=52門例。3）2+/個+6匕0,濃

HNC）3與木炭、單質硫、磷的反應等等。

作為氧化性酸，不僅能氧化金屬而且還能氧化某些非金屬單質。而酸的氧

化性即H+的氧化能力較弱，只能氧化較活潑的金屬（即金屬活動順序表中氫前

金屬）0

【領悟?整合】

硝酸除了具有酸的通性以外，還具有揮發(fā)性、不穩(wěn)定性、強氧化性等特性。硝酸

不僅是氮循環(huán)中的一種重要物質，在實驗室中也是一種重要的化學試劑，在工業(yè)上更

是一種重要的化工原料，可用于制造炸藥、燃料、塑料和硝酸鹽等。

4人類活動對自然界氮循環(huán)和環(huán)境的影響

1.人類活動對自然界氮循環(huán)的影響：

（1）作物每年要從土壤中攝取大量的氮。每100m2土地的上空約有105kg

的氮，這是巨大的氮資源。閃電能使空氣里的氮氣轉化為一氧化氮，一次閃電

能生成80、1500kg的一氧化氮。這是一種自然固氮。但自然固氮遠遠滿足不了

農業(yè)生產的需求。人類的固氮活動使活化氮的數量大大增加?？茖W家們預測，

從現在到2020年，人工固氮將增加60%,達到年均XlOukgv

（2）汽車的數量大大增加，由汽車排放到大氣中的氮氧化物逐年增加。

2.人類活動對環(huán)境的影響：

人類是偉大的，人們用自己的智慧創(chuàng)造了一個新的自然界。但是，人類的

活動也對地球的環(huán)境造成了一些不良的影響。當前環(huán)保面臨的十大問題有：大

氣污染、地球變暖、臭氧層被破壞、酸雨蔓延、生物多樣性減少、淡水資源枯

竭與污染森林銳減、土壤荒漠化、海洋污染、固體廢棄物污染。其中與氮循環(huán)

失衡直接相關的有以下幾個方面：

（1）光化學煙霧：光化學煙霧是指汽車尾氣中的氮氧化物與碳氫化合物經

紫外線照射發(fā)生反應形成的種有毒的淺藍色煙霧。光化學煙霧具有特殊氣

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味，刺激眼睛，傷害植物，并使大氣能見度降低。氮氧化合物是形成光化學煙

霧的一個重要原因。大氣中的氮氧化物主要來源于汽車尾氣、化石燃料的燃燒

和植物體的焚燒，以及農田土壤和動物排泄物中含氮化合物的轉化。

（2）酸雨：氮氧化合物是形成酸雨的一個重要原因。

（3）富營養(yǎng)化：進入水體的氮的含量增大，會導致藻類“瘋長〃，迅速地覆

蓋在水面上，造成水體的富營養(yǎng)化。水體中的氮主要來源于工業(yè)廢水、生活污

水、農田灌溉和淋洗，以及水產養(yǎng)殖所投入的餌料和肥料等。

3.如何減少人類活動對自然界中氮循環(huán)的影響

（1）控制進入大氣、陸地和海洋的有害物質的數量。

（2）增強生態(tài)系統對有害物質的吸收能力。我們應保護森林，植樹造林，

促進全球氮的良性循環(huán)。

開拓學習新視野

▲課標知識拓展

【思想方法】

1.發(fā)散法理解幾個實驗試管中棉花的作用

在收集NH§的試管口放置一團松軟的干棉花，目的是為了防止試管內的

N七與試管外的空氣形成對流，以期在較短時間內收集到較為純凈的NH3e在

收集N0的試管口放置一團蘸有稀酸（一般為難揮發(fā)性的酸，如H2s0,溶液的松

軟棉花，目的是為了吸收多余的NH3,防止N%對空氣造成污染。而銅與硝酸

的反應要產生NOx，用蘸有堿液的松軟棉花放在管口，目的是吸收生成的

NO*,防止空氣污染。

2.聯系法認識N,和NO*的化學性質

農民有句諺語，叫做“雷雨能肥田”，雷雨過后，不僅田里莊稼長得茂

盛，田間雜草也生長迅速，所以不可疏于農田管理.“雷雨能肥田”有何科學

道理呢原來在閃電作用下，空氣中的&和。2發(fā)生了化合反應：①叫+

心山2N0

生成的NO又被。2氧化成N02：?2NO+O2=2NO2

NO2與水作用生成HNO3：@3NO2+H2O=2HNO3+NO

逸出的NO循環(huán)法行②③兩反應，②③兩反應的總化學方程式可表示為：

?4NO+3O2+2H2O=4HNO3

④乃②@疊加消去NO?的結果，如果②③疊加消去NO,則得：

（S）4NO2+O2+2H2O=4HNO3

生成的HNO3隨雨水降到農田，HNO3與土壤顆粒作用生成硝酸鹽，電離出

的No?-可被植物吸收，故日：“雷雨能肥m”0

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3.統攝法了解鏤鹽的分解規(guī)律

（1）不穩(wěn)定性酸的錢鹽分解產物為NH*酸酢和水。

（2）揮發(fā)性酸對應的鏤鹽分解產物為NH3和相應的酸。

（3）高沸點酸的鏤鹽分解產物為N%和酸（或酸式鹽）。

（4）氧化性酸的錢鹽的分解產物隨著溫度高低不同而分解產物

不同。

4.究因法認識濃HNO3呈黃色的原因及消除黃色的方法

濃硝酸為什么呈黃色其原因是由于一個反應；怎樣才能消除這種顏色，恢

復濃HNO3的本來面目，自然就要依靠這個反應的逆反應。

HNO3不穩(wěn)定，見光受熱都能發(fā)生分解反應，光線越強、溫度越高、濃度越

大，HNO3