自然界中的氮循环 导学案

自然界中的氮循环
知识目标
（1）了解自然界中的氮循环及人类活动对氮循环的影响；
（2）通过了解生物固氮和人工固氮形式，认识N2 、NO 、NO2的性质；
（3）通过观察思考活动，认识NH3，铵盐的性质及铵态氮肥的使用问题；
（4）通过观察思考活动，认识 HNO3的性质。
学习重点 氮气、氨、铵盐和硝酸的性质。
学习难点 硝酸的氧化性。
知识框架
知识梳理
一、氮在自然界中的循环
1、氮的存在形态
氮是地球上含量丰富的一种元素，以 的形式存在于大气中，以 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）在自然界中豆科植物根部的 ，把空气中的氮气转变为 等含氮的化合物。在放电条件下，空气中少量的 和 化合生成NO，NO和O2迅速生成 并随水进入土壤和水体。
（2）人们通过化学方法把空气中氮气转化为 ，再根据需要进一步转化成各种 。
练习1、下列说法不正确的是 （ ）
A．豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮是化学变化
B．汽车尾气中排放的氮氧化合物是由游离态氮转化来的
C．化石燃料燃烧通常不释放出氮氧化合物
D．植物秸秆燃烧时放出氮氧化合物，参与了氮的循环
二、氮循环中的重要物质及其变化
1、氮气
①与氧气反应：通常状况下氮气和氧气 ，但在放电条件下，却可以直接化合生成 色，
溶于水的 。此反应的化学方程式为：
。
②与氢气反应：此反应的化学方程式为： 。
③与金属镁反应：此反应的化学方程式为：
。
练习2、据报道，科学家已成功合成了少量N4，有关N4的说法正确的是
A．N4是N2的同素异形体 B．相同质量的N4和N2所含分子个数比为1:2
C．相同质量的N4和N2所含原子个数比为1:2 D．N4的摩尔质量是56g
2、一氧化氮和二氧化氮
一氧化氮：是一种 色 味的气体， 溶于水， 毒。在常温下与空气中氧气化合，生成二氧化氮，化学方程式为： 。
二氧化氮：是一种 色 味的气体， 溶于水， 毒。二氧化氮溶于水时，与水反应，生成硝酸和一氧化氮。该化学方程式为：
二氧化氮有较强的氧化性，可使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。
练习3、Murad等三位教授最早提出NO分子在人体内有独特功能，近年来此领域研究有很大发展，因此这三位教授荣获了1998年诺贝尔医学及生理学奖。下列关于NO的叙述不正确的是
A．NO可以是某些含低价N物质氧化产物 B．NO不是亚硝酸酐
C．NO可以是某些含高价N物质的还原产物 D．NO是棕色气体
3、氮的固定
⑴概念： 的方法叫氮的固定。
⑵分类：可以分为 、 。
练习3、下列反应起了氮的固定作用的是
A．N2与H2在一定条件下反应生成NH3 B．NO与O2反应生成NO2
C．NH3经催化氧化生成NO D．由NH3制碳铵和硫铵
4、氨与铵态氮肥
⑴氨
①物理性质
氨是 色 气味的 体。
喷泉试验
实验现象：形成喷泉，且烧瓶内液体呈红色。
实验原理：使烧瓶内外在短时间内产生较大的压强差，利用大气压将烧杯中的液体压入烧瓶内，在尖嘴导管处形成喷泉。
（1）压强差的形成：气体极易溶于水或某种溶液的性质，也可以是气体与液体快速反应，导致瓶内压强小于外界的压强。
（2）喷泉实验的用途：形象地证明某些气体极易溶于水（或特定溶液）或气体与液体能够快速反应。
实验结论：氨气 溶于水，且与水反应生成了使溶液显 性的物质。
实验成功的关键：a瓶内外压强要足够大，b盛放气体的烧瓶必须干燥，否则瓶中有液体，会使气体在实验前已有大量溶解，造成压强差不大，形成的喷泉不明显。C气体要充满烧瓶d烧瓶不能漏气
实验结束时，水不能充满整个烧瓶的原因可能是：
（1）实验方法得当时：实验所用气体与水反应后产生另一种不溶于水的气体产物，占据烧瓶内的一定体积，使水不能充满烧瓶。如：NO2与水反应。
（2）因操作不当而引起的：装置漏气、烧瓶不太干燥、气体溶解度不大
练习4、同温同压下，两个等体积的干燥圆底烧瓶中分别充满①NH3，②NO2，进行喷泉实验，经充分反应后，瓶内溶液的物质的量浓度为
A．①>② B．①<② C．①=② D．不能确定
②化学性质
a.与水的的反应
氨 溶于水，在常温常压下，1体积水中约溶解 体积氨。氨的水溶液叫 氨溶于水时，大部分NH3 和H2O通过氢键结合，形成一水合氨（NH3·H2O），NH3·H2O可以部分电离成 和 ，所以氨水显 性。氨溶于水的过程中存在着下列可逆反应：NH3 + H2O NH3·H2O NH4+ +O H- 。NH3·H2O不稳定，受热时分解为 和 。
思考：氨水中存在哪些分子和离子？
b.氨与氯化氢的反应
氨气和氯化氢气体可生成氯化铵，该化学方程式为 。反应现象为：
用途：可以用来鉴定氨气的存在
c.氨与氧气的反应
化学方程式为 工业上制硝酸的基础。
③氨的实验室制法
在实验室，常用加热 和 的混合物的方法来制取氨气，例如把固体氯化铵和氢氧化钙的混合物加热可制得氨气。
该化学方程式为 。
用湿润的 试纸放在收集气体的试管口可以看到，加热一会儿后， 试纸变 ，这说明氨气已经充满试管。应立即停止加热，并将多余的氨气吸收掉，（可在导管口放一团用 或 浸湿的棉花球），避免 。若要制取干燥的氨气，可使产生的氨通过干燥剂。在实验室，通常是将制得的氨气通过 以除去水蒸气。
由于氨水受热分解也可产生氨气，在实验室有时也用加热浓氨水的方法得到氨气。
NH3·H2O NH3↑+H2O
另外，把浓氨水滴入固体氢氧化钠中，也可以制得氨气。
⑵铵盐
①铵盐受热分解
有些铵盐受热可分解产生氨气，NH4Cl受热会分解，生成氨气和氯化氢，冷却时，氨气和氯化氢又重新结合，生成NH4Cl。用化学方程式表示上述过程。
。
碳酸氢铵在30℃以上，即可分解，反应方程式为： ，在储存碳酸氢铵时，应 包装并放在 处，施肥时，应将其埋在土下以保持肥效。
铵盐与碱反应
氨气的实验室制法就是铵盐与碱反应的例子。其他氨盐都可以与碱反应产生NH3。（氨态氮肥不能与碱性的草木灰混合使用）
写出硫酸铵与氢氧化钠反应方程式
铵根离子的检验：
步骤：在含有NH4+的溶液中加入 并加热，用湿润的 色石蕊试纸检验，若试纸变成 色，则证明原溶液中含有NH4+。
6、硝酸及其应用
⑴物理性质
纯净的硝酸是 色、 挥发、 刺激性气味的 。浓硝酸见光或受热分解成红棕色的二氧化氮气体。为了防止硝酸见光分解，一般将它保存在 试剂瓶中，放置在 处。
⑵化学性质
①强酸性：具有酸的通性
稀硝酸遇石蕊试液变 色；浓硝酸遇紫色石蕊试液先变 （H+作用），随后 （氧化作用）。
②不稳定性：浓硝酸见光或受热分解，该化学方程式为 。
硝酸越浓，越 分解。浓硝酸久置呈黄色，是由于 。
③强氧化性
a与金属的反应
Cu 与浓HNO3： 。
反应现象为： 。
Cu 与稀HNO3： 。
反应现象为： 。
浓硝酸与浓盐酸的混合物（体积比 ）叫王水，能使一些不溶于硝酸的金属如 、
等溶解。常温下浓HNO3使 、 钝化
练习5、用铜锌合金制成的假金元宝欺骗行人的事件屡有发生。下列不易区别其真假的方法的是
A．测定密度 B．放入硝酸中 C．放入盐酸中 D．观察外观
练习6、下列块状金属在常温时能全部溶于足量浓硝酸的是 （ ）
A．Ag B．Cu C． Al D．Fe
b与非金属的反应
浓硝酸在加热条件下，能与碳、硫、磷等非金属单质发生氧化还原反应
C 与浓HNO3的化学方程式： 。
练习7、用以下三种途径来制取相等质量的硝酸铜：（1）铜跟浓硝酸反应；（2）铜跟稀硝酸反应；（3）铜先跟氧气反应生成氧化铜，氧化铜再跟硝酸反应。以下叙述中正确的是
A．三种途径所消耗的铜的物质的量相等 B．三种途径所消耗的硝酸的物质的量相等
C．所消耗的铜的物质的量是：途径（3）>途径（1）>途径（2）
D．所消耗的硝酸的物质的量是：途径（1）>途径（2）>途径（3）
三、人类活动对自然界氮循环和环境的影响
⑴光化学烟雾
⑵水体的富营养化
⑶酸雨：氮氧化物与空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸，也能形成酸雨。
氮及其化合物关系图
练习题
1、将体积为V mL的试管充满NO气体，按右图进行实验．当通人相同条件下O249 mL时，液面仍在原来位置，则试管体积V为( )
A．49mL B．28 mL C．30mL D．24.5mL
2、下列除去杂质的操作方法正确的是（ ）
A．NO中有少量的NO2：用水洗涤后再干燥
B．食盐中有少量的NH4Cl：加过量的烧碱溶液后加热蒸干
C．N2中有少量的O2：通过灼热的铜网
D．硝酸中溶有少量NO2,可向硝酸中加入少量水，使NO2与水反应生成硝酸
3、我国“神州5号”宇宙飞船的运载火箭的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。引燃后的高温气体成分由CO2、H2O、N2、NO等，这些气体均为无色，但在卫星发射现场看到火箭喷射出大量红烟，产生红烟的原因是 （ ）
A．高温下N2遇空气生成NO2 B．NO遇空气生成NO2
C．CO2与NO反应生成NO2 D．NO与H2O反应生成NO2
4、把3体积NO2气体依次通过①NaHCO3溶液（饱和）；②浓H2SO4；③Na2O2后（假设每一步的作用都是充分的），再用排水法收集残留气体，则收集到的气体是： ( )
A．1体积NO B．1体积NO2和0.5体积O2
C．0.25体积O2 D．1/3体积的NO
5、实验室干燥氨可选用的干燥剂是: ( )
A．无水氯化钙 B．P2O5固体 C．浓硫酸 D．NaOH固体
6、下列物质属于混合物的是：( )
A．四氧化三铁 B．小苏打 C．王水 D．液氨
7、下列气体不能用排空气法收集的是( )
A．CH4 B．NH3 C．NO2 D．NO
8、下列关于硝酸的叙述中不正确的是 ( )
A．硝酸是三大强酸之一 B．稀硝酸能与活泼金属反应产生氢气
C．浓硝酸可用铝槽车装运 D．浓、稀硝酸都是强氧化剂
9、硝酸应避光保存是因为它具有 ( )
A．强氧化性 B．强酸性 C．挥发性 D．不稳定性
10、木炭屑与浓HNO3共热，产生的气体等分为①和②两份，将第一份气体先导入适量蒸馏水中再导入石灰水中，将第二份气体直接导入石灰水中，则石灰水的变化可能是( )
A．①不变浑浊②变乳白色 B．①变乳白色②不变浑浊
C．①变乳白色②变乳白色 D．①不变浑浊②变浅黄色
11、下列对硝酸的认识，不正确的是( )
A．浓硝酸和稀硝酸都具有氧化性 　 B．铜与硝酸的反应属于置换反应
C．金属与硝酸反应不产生氢气 D．可用铁或铝制品盛装浓硝酸
12、从经济效益和环境保护考虑，大量制取硝酸铜最宜采用的方法是( )
A．Cu + HNO3（浓）→ Cu(NO3)2 B．Cu + HNO3（稀）→ Cu(NO3)2
C．Cu →CuO →Cu(NO3)2 D．Cu + AgNO3 →Cu(NO3)2
13、制取相同质量的Cu(NO3)2时，消耗硝酸质量最多的是( )
A．铜与浓硝酸反应 B．铜与稀硝酸反应
C．CuO与稀硝酸反应 D．Cu(OH)2与稀硝酸反应
14、在冷的浓硝酸中，下列金属最难溶解的是：( )
A．Ag B．Al C．Mg D．Cu
15、已知Cu(NO3)2受热分解的化学方程式为：2Cu(NO3)32CuO+4NO2↑+O2↑，某人将少量Cu(NO3)2固体放入试管中加热，把带火星的木条放入试管中，木条复燃。下列说法正确的是( )
A．二氧化氮具有助燃性 B．二氧化氮具有还原性
C．二氧化氮不发生反应 D．只有氧气才能助燃
16、在下图装置中，烧瓶中充满干燥气体a，将滴管中的液体b挤入烧瓶内，轻轻振荡烧瓶，然后打开弹簧夹f，烧杯中的液体b呈喷泉状喷出，最终几乎充满烧瓶。则a和b 分别是( )
17、在1L1mol/L的氨水中( )
A．含有1molNH3 B．含NH3和NH4+之和为1mol
C．含NH3·H2O1mol D．含NH3、NH4+、NH3·H2O共1mol
18、下列反应中，硝酸既表现氧化性又表现酸性的是( )
A．FeO + HNO3 B．C + HNO3 C．Cu + HNO3 D．CuO + HNO3
19、将20ml二氧化氮和氨的混合气体，在一定条件下充分反应，化学方程式是
6NO2+8NH3=7N2+12H2O。已知参加反应的二氧化氮比氨少2ml(气体体积均在相同状况下测定)，则原混合气体中二氧化氮和氨的物质的量之比是 ( )
A．3：2 B．2：3 C．3：7 D．3：4
20、将a L NH3通过灼热的装有铁触媒的硬质玻璃管后，气体体积变为b L(气体体积均在同温同压下测定).该b L气体中NH3的体积分数是 ( )
A． B． C． D．
21、将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应,下列叙述正确的是 ( )
A．反应速率：两者相同
B．消耗硝酸的物质的量：前者多，后者少
C．反应生成气体的颜色：前者浅，后者深
D．反应中转移的电子总数：前者多，后者少
22、同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NH3和N2。现将3支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是( )
A．V1＞V2＞V3 B．V1＞V3＞V2 C ．V2＞V3＞V1 D．V3＞V1＞V2
23、在容积为1L的干燥烧瓶中，用向下排空气法充入NH3后，测得烧瓶中的气体对氢气的相对密度为9.7。若将此气体进行喷泉实验，当喷泉停止后进入烧瓶中溶液的体积应为( )
A． L B． L C． L D． L
24、标准状况下，将NO2和O2按4︰1体积比充满一烧瓶，烧瓶倒置于水中待液面稳定（假设溶质不向外扩散），则烧瓶内溶液的物质的量浓度（单位：mol/L）为( )
A． B． C． D．
25、CO2和NO共30ｍL，通过足量的Na2O2固体并充分反应后，气体体积缩小到20ｍL，原混合气体中NO的体积为( )
A．10mL B．15mL C．20mL D．25mL
26、38.4mg铜跟适量的浓硝酸反应，铜全部作用后，共收集到22.4mL（标准状况）气体。反应消耗HNO3的物质的量可能是( )
A．0．001moL B．0．0016moL C、0．0022moL D．0．0024moL
27．某单质跟浓硝酸反应时，每0.5 mol单质反应就消耗2 mol 硝酸，则单质氧化后可能的化合价是（ ）
A．+1 价 B．+2 价 C．+3 价 D．+4 价
28．已知镁跟稀硝酸反应时，每有1mol HNO3 反应，就有0.8mol电子转移，此时硝酸的还原产物可能是（ ）
A．NO2 B．NO C．N2O D．NH4NO3
29、某金属单质跟一定浓度的硝酸反应，假定只产生单一的还原产物，当参加反应的单质与被还原硝酸的物质的量之比为2∶1时，还原产物是 （ ）
A．NO2 B．NO C．N2O D．N2
30、在标准状况下，将O2与NO按3:4体积比充满烧瓶，将烧瓶倒置于水中，最后烧瓶内溶液的物质的量浓度约为（单位：mol·L-1）（ ）
A．0.045 B．0.036 C．0.026 D．0.018
31、14g铜、银合金与足量的某浓度的硝酸反应，将放出的气体与1.12L（标准状况下）氧气混合，通入水中恰好全部被吸收，则合金中铜的质量为（Cu:64;Ag:108）（ ）
A．9.6g B．6.4g C．3.2g D．1.6g
32、在铁与铜的混合物中，加入一定量的稀硝酸，充分反应后剩余金属m1g,再向其中加入一定量的稀硫酸，充分振荡后，剩余金属m2g,，则m1与 m2之间的关系是 ( )
A、m1一定大于m2 B、m1可能等于m2 C、m1一定等于m2 D、m1可能大于m2
33、某100mL混合酸中，HNO3物质的量浓度为0.4mol/L，H2SO4物质的量浓度为0.2mol/L。向其中加入2.56克Cu粉，待充分反应后，溶液中Cu2＋物质的量浓度为
A．0.15mol/L　　　 　B．0.3mol/L　　　　 C．0.225mol/L 　D．无法计算
34、将NO2、NH3、O2的混合气体33.6L，通过稀硫酸后，溶液质量增加26.4g，气体体积缩小为11.76L（体积均在标准状况下测定），剩余气体能使带火星的木条复燃，则原混合气体的平均相对分子质量是( )
A．28.1 B．27.7 C．28.8 D．29.9
35、1.92 g铜投入一定量浓HNO3中，铜完全溶解，生成气体颜色越来越浅，共收集到672 mL气体（标况）．将盛有此气体的容器倒扣在水中，通入标况下一定体积的O2，恰好使气体完全溶于水中，则通入O2的体积是( )
A．504 mL　　　 B．168 mL　　　 C．336 mL　　　 D．224 mL
36、a g金属铜与含b g硝酸的溶液恰好完全反应。若a∶b=8∶21，则反应中起酸性作用的硝酸为( )
A． B． C． D．
37、把盛有48mlNO和NO2混合气体的容器倒置于水中（保持同温同压），液面稳定后，容器内气体的体积变为24mL，则：
（1）原混合气中，NO是 12 mL，NO2是 36 mL
（2）若在剩余的24mL中，通入6mL O2，液面稳定后，容器内气体体积为 16 mL
（3）若在剩余的24mL中，通入24mL O2，液面稳定后，容器内气体体积为 6 mL
（4）若在剩余的24mL中，通入 15或22 mL O2，充分反应后剩余4mL无色气体。
（5）若在原48mL NO和NO2中，通入 18 mL O2再倒置于水中，气体会全部被吸收。
38、用“氧化性”、“还原性”、“不稳定性”、“挥发性”填空：
浓硝酸要避光保存在阴凉处，是因为浓硝酸具有_不稳定性_
浓硝酸可使铁、铝产生钝化现象，是因为浓硝酸具有_氧化性_
打开浓硝酸的瓶盖，可见到白雾，是因为浓硝酸具有 挥发性
39、制取氨气并完成喷泉实验。
（1）写出实验室制取氨气的化学方程式：
_2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O _。
（2）收集氨气应使用__向下排空气_法，要得到干燥的氨气
可选用 碱石灰 做干燥剂。
（3）用图（Ⅰ）装置进行喷泉实验，上部烧瓶已装满干燥氨气，引
发水上喷的操作是__打开止水夹，挤出胶头滴管中的水；
该实验的原理是_氢气极易溶解于水，致使烧瓶内气体压强迅速减小。
（4）如果只提供如图（Ⅱ）的装置，请说明引发喷泉的方法：打开夹
子，用手（或热毛巾等）将烧瓶捂热，氢气受热膨胀，赶出玻璃导管
内的空气，氨气与水接触，即发生喷泉。
40、用仪器A、B和胶管组成装置收集NO气体（①仪器A已经气
密性检查；②除水外不能选用其他试剂）。
正确的操作步骤是 在A中加满水，盖紧瓶塞，用胶管连接b和c
接口，由a导入NO气体，水通过b和c排入B中。
41、为了在实验室制取干燥的氨气，甲、乙、丙三位同学分别设计了如下三套实验装置：
①写出实验室制氨气的化学反应方程式 Ca(OH)2+2NH4Cl=2NH3↑+ CaCl2+H2O；
②实验室装置和所用样品都正确的是（填“甲”、“乙”、“丙”）___丙___
③三个收集装置所在试管口塞上一小块棉花，其作用是减少氨气于空气对流，尽快收集满氨气
④检验试管里是否收集满了氨气的方法是：
第一种方法是：在 试管口 处放一块湿润的 红色 色石蕊试纸，如果试管里收集满了氨气，试纸将变为 蓝色 色
第二种方法是：用玻璃棒沾取浓盐酸或者浓硝酸，放在 试管口 如果试管里收集满了氨气，观察到的现象是 产生大量白烟；
⑤上述装置中，其中的一个装置肯定收集不到氨气，其原因是（用化学方程式表示）乙，2NH3＋H2SO4＝（NH4）2SO4
⑥为了检验NH3的某种性质，某同学将盛满NH3的试管移入水槽的水里，放开拇指，观察到的现象是试管液面上升，该实验说明了氨气具有 极易溶于水的性质。
⑦若某同学在试管中加入NH4HCO3固体，再加饱和NaOH溶液。常温下即能产生气体，装置如右。写出制NH3的离子方程式NH4＋＋HCO3－＋2OH－＝NH3↑＋H2O＋CO32－
⑧某同学在锥形瓶中加入浓氨水，再加NaOH固体，装置如右，该同学制NH3的原理是什么？_ NaOH固体溶解放出大量的热，促使氨水分解产生氨气_。该同学用向下排空气法收集NH3时，没有检验是否集满，即将试管移入水槽的水里。放开拇指，却观察不到⑥的现象，其原因可能是有空气，氨气未收集满
43、有一句俗语叫“雷雨发庄稼”，其所包含的化学过程有（用化学方程式表示）
⑴　 ⑵ 2NO + O2 = 2NO2 ⑶ 3NO2 + H2O = 2HNO3 +NO
44、.下图为A、B、C、D、E五种物质的相互转化关系（反应条件未注明）。A为一种气态单质，D是一种红棕色气体。请回答下列问题
写出A、B、C、的化学式
A___N2__B___NH3___C___NO___
写出E→D的化学方程式
___3Cu+8HNO3（稀）=3Cu(NO3)2+2NO+2H2O__
氮的循环
氨与铵态氮肥
硝酸及其应用
人类活动对氮循环和环境的影响
氮气与氮的固定
（氮气的性质，氮的固定）
（氨的性质，
铵盐的性质）
（硝酸的性质）
（酸雨、光化学烟雾、富营养化）
NH4Cl
HNO3
AgNO3
Ca(OH)、△
H2（高温）
（高压、催化）
O2
水
水
①光或△
②Cu 等
Ag
NH4NO3 NH4HCO33
△ 水 水
NH3· H2O
NaNO3
Cu(NO3)2
(放电)
NaOH
Cu
△
O2(催化△)
Cu 等(稀酸)
Mg3N2
水
NO2
O2
NO
N2
NH3
HCl
(氮肥)
物质
性质
过程
反应
产物
氧化剂
得电子
失电子
还原剂
还原性
氧化性
化合价降低
化合价升高
被还原
被氧化
还原反应
氧化反应
还原产物
氧化产物
具有
具有
发生
发生
表象
实质
本身
本身
生成
生成
⑦图
⑧图
A
C
B
D
E
+O2
+H2
+O2
+O2
+Cu
+H2O
+Cu