1、氮的循环氮的循环自然界中的氮的循环以及自然界中的氮的循环以及氮循环中的重要物质氮循环中的重要物质 自然界中的元素自然界中的元素 1了解氮的固定，掌握氮气的性质。了解氮的固定，掌握氮气的性质。2掌握掌握NO、NO2的重要性质及其与环境的关系。的重要性质及其与环境的关系。知识清单知识清单氮在自然界中的循环氮在自然界中的循环1氮的存在，氮是地球上含量丰富的一种元氮的存在，氮是地球上含量丰富的一种元素，以素，以_的形式存在于大气中，以的形式存在于大气中，以_的形式存在于动植物体里、土壤和水体中。的形式存在于动植物体里、土壤和水体中。2氮在自然界中的循环氮在自然界中的循环单质化合物单质化合物(1)在自然
2、界中豆科植物根部的在自然界中豆科植物根部的_，把空气中，把空气中的氮气转变为的氮气转变为_等含氮的化合物。动物遗体中的蛋等含氮的化合物。动物遗体中的蛋白质被微生物分解成白质被微生物分解成_、_和和_，又，又回到土壤，被植物吸收利用。在放电条件下，空气中少量回到土壤，被植物吸收利用。在放电条件下，空气中少量的的_与化合生成与化合生成NO，NO和和O2 迅速生成迅速生成 _并随水进入土壤和水体。并随水进入土壤和水体。根瘤菌硝酸盐铵离子硝酸根离子氨根瘤菌硝酸盐铵离子硝酸根离子氨 氮气氧气氮气氧气NO2 (2)人们通过化学方法把空气中的氮气转化为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
3、转化成各种，再根据需要进一步转化成各种_。(3)化石燃料燃烧、森林和农作物枝叶燃烧所产生的化石燃料燃烧、森林和农作物枝叶燃烧所产生的_通过大气进入陆地和海洋，进入氮循环。通过大气进入陆地和海洋，进入氮循环。(2)氨含氮化合物如氮肥、硝酸等氨含氮化合物如氮肥、硝酸等(3)氮氧化合物氮氧化合物综合拓展综合拓展关于氮气制取的方法关于氮气制取的方法分离空气法：空气中约含五分之四分离空气法：空气中约含五分之四(体积分数体积分数)的氮气，的氮气，因此工业上所需的氮气都是从空气中提取的。其方法通常因此工业上所需的氮气都是从空气中提取的。其方法通常有两种，一是分离液态空气法，即将液态空气减压分馏；有两种，一是
4、分离液态空气法，即将液态空气减压分馏；二是将可燃物在限定容积的容器内燃烧除去氧气，从而获二是将可燃物在限定容积的容器内燃烧除去氧气，从而获得氮气。得氮气。实验室制法：在实验室要制取较纯的氮气，可以加实验室制法：在实验室要制取较纯的氮气，可以加热饱和氯化铵溶液与亚硝酸钠晶体热饱和氯化铵溶液与亚硝酸钠晶体(或饱和溶液或饱和溶液)的混合物的混合物来制备氮气。由于该反应是放热反应，所以当加热到开始来制备氮气。由于该反应是放热反应，所以当加热到开始反应时就应停止加热，发生反应的化学方程式为：反应时就应停止加热，发生反应的化学方程式为：特别提示特别提示：1.将空气液化后，升温时先挥发出将空气液化后，升温时
5、先挥发出的气体是沸点低的气体，故先得到氮气。的气体是沸点低的气体，故先得到氮气。2实验室制备氮气时，可以发生氧化反应制实验室制备氮气时，可以发生氧化反应制得得(如将氨气与氧化铜加热如将氨气与氧化铜加热)，也可以发生还原反应，也可以发生还原反应制得制得(如用氨气还原氮的氧化物制取氮气如用氨气还原氮的氧化物制取氮气)。尝试应用尝试应用1下图是氮元素在自然界中的循环示意图，又知下图是氮元素在自然界中的循环示意图，又知1 mol氮气与氧气化合生成氮气与氧气化合生成2 mol NO气体时需吸收气体时需吸收180.7 kJ热量。试回答：热量。试回答：(1)图中图中_过程称为氮的固定过程称为氮的固定(填写序
6、号填写序号)。(2)下列能将蛋白质转化为氨的生物是下列能将蛋白质转化为氨的生物是_(填写字填写字母母)。A藻类藻类B分解者分解者C化能合成细菌化能合成细菌(3)若在一次雷雨闪电中两块云间的电势差为若在一次雷雨闪电中两块云间的电势差为109 V，从一块云移到另一块云的电量约为从一块云移到另一块云的电量约为30 C，此次闪电放出的，此次闪电放出的能量是能量是_kJ。(4)若闪电时有千分之一的能量用于生成若闪电时有千分之一的能量用于生成NO，能产生，能产生NO _ mol。(5)此次雷雨生成物相当于给大地施加尿素此次雷雨生成物相当于给大地施加尿素CO(NH2)2肥料肥料_kg。解析解析：本题以自然界
7、中氮元素的循环为主线，综合考本题以自然界中氮元素的循环为主线，综合考查了化学、生物、物理三个学科的知识。查了化学、生物、物理三个学科的知识。(1)将氮元素由游离态变为化合态的过程叫做氮的固定，将氮元素由游离态变为化合态的过程叫做氮的固定，显然只有过程符合。显然只有过程符合。(2)蛋白质转化为氨属于蛋白质的水解和分解，能完成蛋白质转化为氨属于蛋白质的水解和分解，能完成这一过程的生物应为这一过程的生物应为“分解者分解者”。(3)两块云放电时，其放出的能量可用下式计算：两块云放电时，其放出的能量可用下式计算：EUItUQ1093031010(J)3107(kJ)(4)由题意知，每吸收由题意知，每吸收
8、180.7 kJ的能量，即可合成的能量，即可合成 NO 2 mol，此次闪电放出能量的千分之一就是，此次闪电放出能量的千分之一就是3104 kJ，它可以，它可以生成生成NO：3104 kJ180.74 kJ2 mol332 mol。(5)由氮守恒又可找出由氮守恒又可找出NO与尿素的关系式为与尿素的关系式为2NOCO(NH2)2 2 mol60 g即每产生即每产生2 mol NO相当于给大地施加尿素相当于给大地施加尿素60 g，则，则332 mol NO相当于施加尿素的量为：相当于施加尿素的量为：332 mol/2 mol60 g9960 g9.96 kg。 答案答案：(1)(2)B(3)310
9、7(4)332(5)9.96知识清单知识清单氮循环中的重要物质及其变化氮循环中的重要物质及其变化1氮气氮气(1)与氧气反应：化学方程式为：与氧气反应：化学方程式为：_。(2)与氢气反应：化学方程式为：与氢气反应：化学方程式为：_。(3)与金属镁反应：与金属镁反应：此反应的化学方程式为：此反应的化学方程式为：_。(1)N2O2 2NO(2)N23H2 2NH3 (3)3MgN2 Mg3N2催化剂高温、高压催化剂高温、高压=点燃 放电放电2一氧化氮和二氧化氮一氧化氮和二氧化氮物质NONO2颜色_毒性_溶解性_气味无味刺激性气味转化_无色红棕色剧毒剧毒不溶解溶于水并无色红棕色剧毒剧毒不溶解溶于水并与
10、水反应与水反应2NOO2 2NO2 ；3NO2H2O 2HNO3NO3.氮的固定氮的固定(1)概念：概念：_叫氮的固定。叫氮的固定。(2)分类：主要分为分类：主要分为_。(1)使空气中游离态的氮转化为含氮化合物的方法使空气中游离态的氮转化为含氮化合物的方法(2)自然固氮自然固氮 、人工固氮、人工固氮(或工业固氮或工业固氮)综合拓展综合拓展氮的氧化物以及与氧气混合后溶于水的情况分析氮的氧化物以及与氧气混合后溶于水的情况分析(1)NO2或或NO2与与N2(非非O2)的混合气体溶于水时，可根的混合气体溶于水时，可根据反应：据反应：3NO2H2O 2HNO3NO，利用气体体积的，利用气体体积的变化差值
11、进行计算。变化差值进行计算。(2)NO2和和O2的混合气体溶于水时，根据反应：的混合气体溶于水时，根据反应：4NO2O22H2O 4HNO3当当V(NO2) V(O2)4 1时，恰好反应，无剩余气体；时，恰好反应，无剩余气体；当当V(NO2) V(O2)4 1时，剩余氧气；时，剩余氧气；当当V(NO2) V(O2)4 1时，时，NO2过量，剩余气体为过量，剩余气体为NO，且体积为过量，且体积为过量NO2体积的体积的1/3。(3)NO和和O2同时通入水中时，此时的反应为：同时通入水中时，此时的反应为：4NO3O22H2O 4HNO3当当V(NO) V(O2) 4 3时，恰好反应，无剩余气体；时，
12、恰好反应，无剩余气体；当当V(NO2) V(O2)4 3时，剩余氧气；时，剩余氧气；当当V(NO2) V(O2)4 3时，剩余时，剩余NO。特别提示特别提示：将方程式将方程式4NO2O22H2O = 4HNO3与与4NO3O22H2O = 4HNO3相加可以得到方程式相加可以得到方程式NO2NO O2H2O = 2HNO3，由此可知，由此可知NO、NO2、O2等体积混合等体积混合时恰好能被水完全吸收，但混合气体能被水完全吸收时三时恰好能被水完全吸收，但混合气体能被水完全吸收时三者不一定必须是等体积，其实只需要混合气体的者不一定必须是等体积，其实只需要混合气体的O2分为两分为两部分，一部分恰好与
13、部分，一部分恰好与NO反应，另一部分恰好与反应，另一部分恰好与NO2反应即反应即可。可。尝试应用尝试应用2雷鸣电闪是人们司空见惯的自然现象，地球上雷鸣电闪是人们司空见惯的自然现象，地球上每年平均发生每年平均发生31560余次闪电。余次闪电。(1)每当雷电交加之际，轰鸣闪电之时，空气中可能每当雷电交加之际，轰鸣闪电之时，空气中可能发生如下反应：发生如下反应：_。_。_。(2)由此说明闪电对人类生活有何益处：由此说明闪电对人类生活有何益处：_。解析解析：氮是作物体内蛋白质、核酸和叶绿素的重要成氮是作物体内蛋白质、核酸和叶绿素的重要成分，氮肥能促使作物的茎叶生长茂盛，叶色浓绿。蚕豆、大分，氮肥能促使
14、作物的茎叶生长茂盛，叶色浓绿。蚕豆、大豆等豆科植物和苜蓿等的根部有根瘤菌，能把空气中的氮气豆等豆科植物和苜蓿等的根部有根瘤菌，能把空气中的氮气转变成氨作为养料吸收，是植物生长发育的基本条件之一，转变成氨作为养料吸收，是植物生长发育的基本条件之一，推动着自然界周而复始的氮循环，保持着生态平衡，使生命推动着自然界周而复始的氮循环，保持着生态平衡，使生命得以延续。当然，现代农业并不单纯仅仅靠等待大自然的恩得以延续。当然，现代农业并不单纯仅仅靠等待大自然的恩赐。赐。答案：(1)N2O2=放电2NO 2NOO2=2NO2 3NO2H2O=2HNO3NO (2)闪电时可把空气中的氮(N2)转化为氮肥(“固
15、氮” 反应)(48300 余万吨)，落到地面上后可发生：2 HNO3Ca(HCO3)2=Ca(NO3)22H2O2CO2， 形成硝酸盐以利于作物生长 3一定条件下，将等体积的一定条件下，将等体积的NO和和O2的混合气体的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原总体积的余气体的体积为原总体积的()A1/4B3/4C1/8 D3/8解析：NO 和 O2 反应生成 NO2 ， NO2 溶于水又生成 NO。 2NOO2 =2NO2 3NO2 H2O =2HNO3 NO 由方程式可知等体积气体混合时，O2 过量， 中生成的 NO
16、 会再被 O2 氧化，多次循环， 将两方程式合并成 4NO3O2 2H2O=4HNO3 等体积混合，余 O2 1/4 体积，原混合气体 2 体积， 余气为原气 1/8。 答案：C 氮的固定氮的固定 下列属于固氮作用的化学反应是下列属于固氮作用的化学反应是()AN2和和H2 在一定条件下反应生成在一定条件下反应生成NH3BNO与与O2反应生成反应生成NO2CNH3催化氧化生成催化氧化生成NO和和H2OD由由NH3制制NH4HCO3和和(NH4)2SO4解析解析：将空气中游离态的氮转化为化合态的氮的过程将空气中游离态的氮转化为化合态的氮的过程叫氮的固定。固定氮的方式有自然固氮和人工固氮，如工叫氮的
17、固定。固定氮的方式有自然固氮和人工固氮，如工业合成氨是人工固氮，雷雨天气产生业合成氨是人工固氮，雷雨天气产生NO气体就属于自然固气体就属于自然固氮，另外豆科植物的根瘤菌也将空气中的氮气转化为植物氮，另外豆科植物的根瘤菌也将空气中的氮气转化为植物体内的蛋白质，也属于自然固氮。体内的蛋白质，也属于自然固氮。答案答案：A名师点睛名师点睛：此类题目要紧紧抓住题目的要求去做，同此类题目要紧紧抓住题目的要求去做，同时要求同学们对概念有正确的理解，如本题中只要牢牢抓时要求同学们对概念有正确的理解，如本题中只要牢牢抓住住“氮由游离态生成化合态就是氮的固定氮由游离态生成化合态就是氮的固定”，则很容易得，则很容易
18、得到正确答案。到正确答案。变式训练变式训练1下列过程属于人工固氮的是下列过程属于人工固氮的是()A分离液态空气制氮气分离液态空气制氮气B闪电使闪电使N2 转化为转化为NOC合成氨合成氨D豆科植物将豆科植物将N2 转化为转化为NH3解析解析：固氮是将游离态的氮转化为化合态的氮，固氮是将游离态的氮转化为化合态的氮，A中没有生成化合态氮，中没有生成化合态氮，B、D是自然固氮，合成氨和是自然固氮，合成氨和仿生固氮是人工固氮。仿生固氮是人工固氮。答案答案：CNO2、NO与水或氧气的反应与水或氧气的反应 将装有将装有50 mL NO2、NO混合气体的量筒倒混合气体的量筒倒立于水槽中，反应后气体体积缩小为立
19、于水槽中，反应后气体体积缩小为30 mL，则原混合，则原混合气体中气体中NO2和和NO的体积比是的体积比是()A5 3 B3 5C3 2 D2 3解析解析：判断此题可根据化学方程式，运用差量法判断此题可根据化学方程式，运用差量法进行计算，由所得结果来确定正确的选项。设混合气进行计算，由所得结果来确定正确的选项。设混合气体中体中NO2的体积为的体积为x差量法： 3NO2H2O=2HNO3NO V 3 mL 1 mL 3 mL1 mL2 mL x 50 mL30 mL20 mL 3 mLx2 mL20 mL x30 mL 则原混合气体中 NO 为 50 mL30 mL20 mL 所以：V(NO2)
20、V(NO)302032。 答案：C 名师点睛名师点睛：差量法是根据化学反应中反应物和生差量法是根据化学反应中反应物和生成物的相差量跟反应物的消耗量或生成物的增加量之成物的相差量跟反应物的消耗量或生成物的增加量之间的比例关系为解题思路而建立起来的解题方法。关间的比例关系为解题思路而建立起来的解题方法。关键是找准变化量，把题中的已知差量与化学方程式中键是找准变化量，把题中的已知差量与化学方程式中的化学计量数对应差量列出比例关系，进行计算，是的化学计量数对应差量列出比例关系，进行计算，是一种简捷的解题方法。一种简捷的解题方法。变式训练变式训练2如下图所示，室温下向盛有如下图所示，室温下向盛有3.0
21、mL NO的的试管中缓缓通入试管中缓缓通入1.5 mL O2(所有气体体积均在标准所有气体体积均在标准状下测定状下测定)。试回答下列问题：试回答下列问题：(1)写出观察到的现象写出观察到的现象(可不写满，也可补充可不写满，也可补充)：_；_；_。(2)最终试管中剩余的气体是最终试管中剩余的气体是_，体积为，体积为_。解析：解析：(1)通入的通入的O2与与NO发生反应生成发生反应生成NO2： 2NOO2 2NO2，所以看到有红棕色气体生成，生，所以看到有红棕色气体生成，生成的成的NO2溶于水：溶于水：3NO2H2O 2HNO3NO，两反应的总方程式为：两反应的总方程式为：4NO3O22H2O 4
22、HNO3，气体被消耗，所以又会看到试管内液面上升。气体被消耗，所以又会看到试管内液面上升。V(NO) V(O2) 4 3，故最后有气体剩余，不论剩余，故最后有气体剩余，不论剩余NO还是还是O2，都为无色气体，这是看到的第三个现象。，都为无色气体，这是看到的第三个现象。（2）设）设1.5 mL O2全部参加反应，由全部参加反应，由(1)中知：中知：V反反应应(NO)V反应反应(O2)4/31.5 mL4/32.0 mL，而，而NO的的总体积是总体积是3.0 mL，故剩余，故剩余NO气体气体1.0 mL。答案答案：(1)试管内气体变为红棕色试管内液试管内气体变为红棕色试管内液面升高面升高最后试管内
23、剩余一种无色气体最后试管内剩余一种无色气体(2)NO1.0 mL综合计算综合计算 欲用欲用V V升某烧升某烧碱溶液将由碱溶液将由n n molmol NONO与与m m mol NO2 mol NO2组成的混合气体全组成的混合气体全部吸收，则部吸收，则NaOHNaOH溶液的物质的量浓度至少为多少？溶液的物质的量浓度至少为多少？ 变式训练变式训练3把把CO2和和NO组成的混合气体组成的混合气体80 mL，缓缓通过，缓缓通过足量的足量的Na2O2，气体的体积缩小到原混合气体的，气体的体积缩小到原混合气体的1/2，则，则CO2与与NO的体积比不可能为的体积比不可能为()A1 1 B2 3C3 2 D5 2B
