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- 2021-08-24 发布
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第3章 第3节 硫的转化
【本讲教育信息】
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。
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(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:① NO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。
② NO2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
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,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
NH3+HCl=NH4Cl
练习:写出NH3与硝酸、硫酸、磷酸的化学方程式
解答:NH3+HNO3=NH4NO3;2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4;3NH3+H3PO4=(NH4)3PO4)
③氨与某些盐溶液的反应
FeCl3+3NH3·H2O=Fe(OH)3↓+3NH4Cl ;MgCl2+2NH3·H2O=Mg(OH)2↓+2NH4Cl
④氨的还原性
a. 氨与O2的反应
催化氧化:4NH3+5O2=4NO+6H2O ;与纯O2反应 : 4NH3+3O2=2N2+6H2O
b. 与Cl2反应
①氨气不足(Cl2过量) 2NH3+3Cl2=N2+6HCl
②氨气足量 8 NH3+3Cl2=N2+6NH4Cl
c. 与CuO的反应 2NH3+3CuO=3Cu+N2+3H2O(可用于制N2)
小结:
●NH3是唯一能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,可用于氨气的检验
●氨水与液氨为不同物质,氨水为混合物,液氨为纯净物;NH3为非电解质,而NH3·H2O为弱电解质。
●与浓氨水靠近,能产生白烟现象的物质:①挥发性酸如浓HNO3、浓HCl ②酸性气体HCl、HBr、HI、H2S等;③Cl2。但浓H2SO4、浓H3PO4因难挥发而无此现象。
●NH3可在纯氧中燃烧,不是在空气中燃烧,故NH3不属于可燃烧气体。
4. 铵盐的主要性质
(1)概念:由铵根离子和酸根离子组成的盐
(2)物理性质:都是无色晶体,都易溶于水
(3)化学性质
①受热易分解
a. 热不稳定酸的铵盐为NH3和酸的分解产物NH4HCO3NH3↑+CO2↑+H2O
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(对热不稳定酸:H2CO3、H2SO3、H2SiO3)
b. 挥发性酸对应的铵盐的分解产物是NH3和相应的酸 NH4ClNH3↑+HCl↑
(挥发性酸:HCl、HBr、H2S、HI)
c. 高沸点酸的铵盐的分解产物为NH3和相应的酸 (NH4)3PO43NH3↑+H3PO4
d. 氧化性酸的铵盐的分解产物随温度而异 2NH4NO32N2↑+O2↑+4H2O
②与碱反应 NH4Cl+NaOHNaCl+NH3↑+H2O
(4)NH4+的检测: 在未知溶液中加入强碱并加热,用湿润的红色石蕊试纸检验,若试纸变蓝,则证明原溶液中含NH4+
思考:
①铵盐都能受热分解,能不能用此种方法检验NH4+的存在?
②铵盐与浓碱溶液,铵盐与稀碱溶液反应并加热,铵盐与稀碱溶液反应不加热的离子方程式有何不同?
解答:①不能。②生成氨气、生成氨气、生成一水合氨。
5. 硝酸的重要性质
(1)物理性质:纯HNO3是无色,易挥发(沸点83℃),有刺激性气味的液体。易溶于水密度比水大,常用的浓HNO3质量分数为69%,98%的硝酸称“发烟硝酸”)
(2)化学性质
①酸的通性
②特性
a. 不稳定性: 4HNO34NO2+O2+2H2O并且越多越易分解
b. 强氧化性:浓硝酸可以与不活泼金属如铜、银等以及碳、磷等非金属反应。
说明:
①浓、稀HNO3均有强氧化性 ②氧化性:浓HNO3>稀HNO3
③金属与硝酸反应不产生H2,而是与浓硝酸反应生成NO2,与稀HNO3生成NO
4HNO3(浓)+Cu=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
8HNO3(稀)+3Cu=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
小知识:
●常温下浓HNO3可使铁、铝表面形成致密的氧化物膜而钝化,(浓H2SO4也有此性质)因此可用铁、铝容器盛放浓H2SO4、HNO3。
●氧化性酸和酸的氧化性:酸的氧化性是指H+的氧化性;氧化性酸是酸根离子中心原子获得电子的性质。
思考:①分别将盛有浓HCl,浓H2SO4,浓HNO3的烧杯置于空气中,其中质量增加的是 ,质量减少的是 ,原因分别是 。
②浓HNO3为什么常是黄色? 浓HNO3如何保存?
解答:①浓H2SO4;浓HCl、浓HNO3;浓H2SO4有吸水性,吸收空气中的水蒸气;浓HCl、浓HNO3都有挥发性。②浓硝酸易分解产生NO2,NO2溶于水显黄色;浓硝酸通常保存在棕色瓶中,置于冷暗处。
【典型例题】
例1. 下列过程属于人工固氮的是( )
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A. 分离液态空气制氮气 B. 闪电时N2 转化为NO
C. 合成氨 D. 豆科作物根瘤菌将N2 转化为NH3
答案: C
解析:该题目考查氮的固定知识,将空气中游离态的氮转化为化合物的方法,统称为氮的固定,分为自然固氮和人工固氮,B、D 属于自然固氮,C属于人工固氮。
点评:本题属于基本概念应用题
例2. 采用不同的分类方法,可将非金属氧化物分为不同的类别。例如,从某种意义讲P2O5、SO2、SO3、CO2、Cl2O7等归为一类,则下列氧化物中与它们同属一类的是( )
A. CO B. NO C. N2O5 D. NO2
答案: C
解析:本题考查了基本概念。题目中所给氧化物都是酸酐,而所给选项中CO、NO、NO2 都是不成盐氧化物,只有N2O5 是硝酸的酸酐。
点评:解答本题关键是从题干中准确分析、判断、归纳出几种物质的共同规律,分析选项时,明确非金属氧化物可能是酸性氧化物,也可能不是。结合平时积累的知识解决问题。
例3. 有关氨的性质的叙述中正确的是( )
A. 氨不能在空气中燃烧
B. 氨水呈碱性
C. 氨气和酸相遇能产生白色烟雾
D. 在反应 NH3 + H+= NH4+ 中,氨失去电子被氧化
答案:AB
解析:氨只能在纯氧中燃烧,不能在空气中燃烧,A 正确;因为NH3·H2O=NH4++OH-,故氨水呈碱性,并视为一元弱碱,B 正确;氨气只有与挥发性酸相遇才能生成白烟,C错; 反应NH3 + H+ = NH4+为非氧化还原反应,D错。综上分析,本题答案为A、B。
点评:氨是一种重要的物质,学习中应全面掌握氨的重要性质。
例4. 为了测定某铜银合金的成分,将30.0 g 合金溶于80 mL 13.5 mol·L-1的浓HNO3中,待合金完全溶解后,收集到气体6.72 L (标准状况),并测得溶液中c(H+)=1mol·L-1。假设反应后溶液的体积仍为80 mL,试计算:
(1)被还原的HNO3 的物质的量;
(2)合金中银的质量分数。
答案:(1) 0.3 mol (2)36%
解析:(1) HNO3 被还原生成NO 或NO2 气体 , 因此产生的气体的物质的量即是被还原的HNO3 的物质的量。
n = 6.72 L/ 22.4L·mol-1=0.3mol
(2)反应后溶液中c(H+)= 1mol·L-1, 说明硝酸过量。
参加反应的HNO3 为 (13.5mol·L-1 -1mol·L-1)×0.08L=1mol,
设合金中Cu的物质的量为x, Ag的物质的量为y则得:
解得: x=0.3mol y=0.1mol
则合金中银的质量分数为:(0.1mol×108g/mol)/30.0g =36%
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点评:本题是硝酸的性质、氧化还原反应、混合物的计算等多方面综合题,解决此类问题,既要准确掌握相关基础知识,还要准确分析化学过程,灵活选择解题方法。属要求较高的题目。
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