1、第 1 页 共 13 页 第 2 节 氮的循环1自然界中氮的循环(1)氮元素的存在：氮是地球上含量丰富的元素，存在形式：一种是以游离态存在于空气中，另一种是以化合态的形式存在于动植物体中、土壤中和水体中。化合态的氮元素主要以 NO 、NH 的形式存在，在有机物中以蛋白质形式存在。 3 4(2)氮的循环在自然界中，把空气中的氮气转化为氮的化合物实现氮的循环有两种途径：一是豆科植物根部的根瘤菌，把氮气转化为硝酸盐等含氮化合物；二是在放电条件下，氮气与氧气结合为氮氧化物，并随雨水进入水体中。人类在氮循环方面是通过化学方法把氮气转化为氨，再进一步转化成各种含氮的化合物。化石燃料燃烧、森林和农作物枝叶燃
2、烧所产生的氮氧化物通过大气进入陆地和海洋，进入氮循环。【例 1】 某生态系统的氮循环如图所示。(1)哪一类生物能将蛋白质转化为氨( )A微生物B藻类(2)该生态系统的豆科植物不施氮肥，仍能表现出良好的长势，原因是_。解析：在氮的循环过程中，豆科植物的根瘤菌能将空气中游离 态的氮转化为硝酸盐等含氮化合物，从而满足自身营 养的需要。 NO 被吸收后最终可转化为蛋白质，蛋白质被微 3生物分解成氨、硝酸根、铵根离子，而氨又可被硝化细菌氧化为 NO 。 3答案：(1)A(2)豆科植物的根瘤菌能将游离态的氮转化为硝酸盐等含氮的化合物，满足自身营养的需要2氮气(1)氮气的物理性质纯净的氮气通常状态下是无色的
3、气体，没有味道，没有毒性，密度与空气的密度接近且略小。氮气在水中的溶解度很小，通常状态下，1 体积水中只能溶解大约 0.02 体积的氮气。当压强为 1 个大气压时，氮气在195.8 变为无色液体，在209.9 变为雪花状固体。析规律 巧比气体密度： 比较两种气体的密度大小时，可利用“同温、同压下，两气体的密度之比等于其相对分子质量之比” ，只需比校相 对分子 质量(或平均相对分子质量)的大小即可。如 N2 的相对分子质量为 28，空气的平均相 对分子 质量为 29，故 N2 的密度比空气略小。(2)氮气的化学性质通常情况下，N 2 的化学性质不活泼，很 难与其他物质发生反应。但是在一定条件下，
4、氮气能与氧气、氢气等物质发生反 应。释疑点 N2 为什么稳定氮分子是由氮原子构成的双原子分子，两个氮原子之间共用三 对电子，使每个原子均达到稳定结构，所以，要破坏这 种牢固的结合需要很高的能量。N 2 和 O2 的反应在电闪雷鸣的雨天，空气中的氮气与氧气可以直接化合生成一氧化氮气体。第 2 页 共 13 页 N2O 2 2NO(无色气体)= = = = =放 电 生成的一氧化氮气体在常温下很容易被空气中的氧气氧化生成二氧化氮气体。2NOO 2=2NO2(红棕色)生成的二氧化氮气体溶于水时与水反应生成硝酸和一氧化氮。3NO2H 2O=2HNO3NO生成的硝酸随雨水淋洒到地面上，与土壤中的矿物作用
5、，形成能被植物吸收的硝酸盐，促进植物生长。俗话说的“雷雨 发庄稼” “一场雷雨一场肥 ”就是这个道理。另外，汽车发动机中也有 N2 与 O2 的反应，因此，汽车尾气中一般含有氮的氧化物。N 2 与 H2 的反应在高温、高压和有催化剂存在的条件下，N 2 和 H2 可以直接化合，生成氨气，并放出热量，反应方程式如下：N23H 2 2NH3实际上氮气和氢气反应生成氨气的同时，氨气也分解生成氮气和氢气， 这样的反应称为可逆反应。因此，氮气和氢气不可能完全转化为氨气，在反应后的体系中氮气、氢气、氨气三种气体同时存在。谈重点 可逆反应的特点：可逆反应指的是在相同条件下能同时向正、反两个方向 进行的反应。
6、可逆反应特点：“两同”：同一条件下，正、逆反应同时进行。“共存”：反应物和生成物必须同时存在于同一反应体系中，即反应不能进行到底。表示方法：在可逆反应的化学方程式中用“ ”表示，不用“= =”表示。AN 2 与 Mg 等金属反应N23Mg Mg3N2= = = = =点 燃 (3)N2 的主要用途a氮气是合成氨制硝酸的重要材料；b氮气常用作保护气，用于焊接金属，填充灯泡、保存 农副产品等；c液氨可作冷 冻剂，应用于医学、高科技 领域。(4)氮的固定使空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程叫氮的固定，简称固氮。氮的固定大体有两种方法：【例 2】 下列过程属于氮的固定的是( )A空气液化得到液态的
7、氮BNH 4HCO3 NH3H 2OCO 2= = = = = CNH 3HCl= =NH4ClDN 23H 2 2NH3解析：在理解氮的固定时，一定要弄清楚是游离 态氮到化合 态氮，其他由化合 态氮到化合态氮( 例如：NH 3 NH 4NO3，NO NO 2 等)，化合 态氮到游离 态氮(例如 NH3 N 2 等)的过程都不是氮的固定。答案：D第 3 页 共 13 页 3一氧化氮和二氧化氮氮在循环过程中有许多氮的氧化物产生，现将 NO 和 NO2 的性质总结如下：物质 一氧化氮 二氧化氮化学式 NO NO2物理性质 无色、不溶于水的气体、有毒、用排水法收集红棕色、易溶于水、有刺激性气味的气体
8、，有毒，用向上排空气法收集化学性质 常温下容易与 O2 化合2NOO2=2NO23NO2H 2O=2HNO3NO2NO2 N2O4A日常联系NO 使人中毒的原理与 CO 相似，其更易与血红蛋白结合，造成人体缺氧；NO 在生物学方面有着独特的作用，它作为传递神经信息的“信使分子” ，在使血管扩张、免疫、增强记忆力等方面有着极其重要的作用NO2 有较强的氧化性，可使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。能使多种纺织物退色，对金属和非金属有腐蚀作用。NO 2 是形成光化学烟雾和酸雨的成分(1)由于 NO 极易被氧化为红棕色的 NO2，因此收集 NO 时用排水集气法，不能用排空气法。NO 2 易溶于水，收集 NO
9、2 用向上排空气法，不能用排水法。(2)NO2 溶于水生成 HNO3，但 NO2 不是 HNO3 的酸酐(因二者中氮元素化合价不同)。【例 3】 发射卫星的运载火箭，其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。引燃后产生的高温气体主要是 CO2、H 2O、N 2、NO ，这些气体均无色，但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红色气体。产生红色气体的原因是( )A高温下 N2 遇空气生成 NO2 BNO 遇空气生成 NO2CCO 2 与 NO 反应生成 CO 与 NO2 DNO 和 H2O 反应生成 H2 和 NO2解析：NO 是一种无色无味的气体，但是这种气体化学性质非常活泼，在空气
10、中很容易被氧化为红棕色的 NO2 气体，因而看到火箭喷出的大量红色气体是生成的 NO 被氧化成NO2 的缘故。答案：B4.氨与铵态氮肥(1)氨气的物理性质氨气是无色、有刺激性气味的气体，密度比空气小，易液化，且极易溶于水，常温、常压下 1 体积水能溶解约 700 体积的氨气。(2)氨气的化学性质氨气与水的反应思考：氨溶解于水仅仅是简单的溶解吗？氨气溶于水形成的溶液的酸碱性怎样？实验用品：干燥的烧瓶、胶头滴管、烧杯、酚酞试液、铁架台(带铁夹) 、长玻璃管。实验步骤：在干燥的烧瓶里充满氨气，用带有玻璃管和胶头滴管(滴管里预先吸入水)的塞子塞紧瓶口；倒置烧瓶，使玻璃管插入盛有水的烧杯里( 事先滴入少
11、量酚酞试液) ，按图所示安装好装置。打开橡皮管上的止水夹，挤压胶头滴管的胶头，使少量水进入烧瓶，观察现象。实验现象：烧杯里的水沿玻璃管进入烧瓶，形成喷泉，烧瓶中的液体呈红色。第 4 页 共 13 页 解释及结论：氨气极易溶于水，胶头滴管中少量的水使烧瓶中的氨迅速溶解，至使烧瓶内气体压强迅速减小。大气压将烧杯中的水通过玻璃管压到烧瓶中，于是形成了喷泉。烧瓶内液体呈红色说明氨气溶于水所得溶液呈碱性。喷泉实验关键：a.装置气密性要好，否则不能形成喷泉。b.所用烧瓶要干燥，否则现象不明显。c.圆底烧瓶内要充满氨气，否则实验不易成功。氨气的水溶液叫氨水。溶解于水的氨气与水发生如下可逆反应：H2ONH 3
12、 NH3H2O NH OH ，所以氨水显弱碱性。AA 4一水合氨(NH 3H2O)是一种弱碱，不稳定，受热易分解放出有刺激性气味的氨气：NH3H2O NH3 H2O。= = = = = 谈重点 液氨与氨水的比较名称 液氨 氨水物质分类 纯净物(非电解质) 混合物(NH 3H2O)粒子种类 NH3 分子 分子：H 2O、NH3H2O、NH3离子：NH 、OH 、H 4存在条件 常温、常压下不能存在常温常压下可以存在，一般情况下，氨水盛装在橡皮袋、陶瓷坛里。氨水易挥发，因此，氨水应密封保存，且置于低温处注意：氨水的密度比水的小，越浓，其密度越小。氨水中氮元素主要以 NH3H2O 的形式存在，但氨水
13、的溶质是 NH3 而非 NH3H2O，计算氨水的浓度时按 NH3计算。氨气与酸的反应氨气是中学阶段学到的唯一显碱性的气体，因而可以与酸反 应。实验方法：分别在两个集气瓶中滴入几滴浓氨水和浓盐酸，盖上玻璃片，然后抽去中间的玻璃片，如下图所示，观察现象。实验现象：两个试剂瓶内都产生了大量的白烟。实验结论及解释：浓氨水中挥发出氨气， 浓盐酸中挥发出氯 化氢气体，两种气体在集气瓶内相遇发生化学反应生成细小的氯化铵固体颗粒， 现象 为有大量白烟生成。反 应的化学方程式为 NH3HCl= =NH4Cl。在通常状况下，氨除了跟浓盐 酸反应以外， 还易跟许多酸发 生反应生成铵盐，例如：2NH3H 2SO4=(
14、NH4)2SO4NH3HNO 3=NH4NO3NH3CH 3COOH=CH3COONH4NH3CO 2H 2O=NH4HCO3注意：a.若用玻璃棒分别蘸取浓氨水和浓盐酸，当玻璃棒靠近时，会产生大量白烟。(因为浓氨水、浓盐酸都易挥发，挥发出来的 NH3 和 HCl 相遇生成 NH4Cl 固体小颗粒)b若换成浓硝酸，同样有白烟生成(浓硝酸易挥发) 。而换成浓硫酸，不会有白烟生成(浓硫酸难挥发)。第 5 页 共 13 页 氨与氯化氢的反应析规律 NH3 的检验：用玻璃棒蘸浓盐酸靠近集气瓶口时，若产生大量白烟，可以作为检验 NH3 的一种方法。另外一种 检验氨气的方法是用湿润的红色石蕊试纸靠近试管口或
15、集气瓶口，利用石蕊试纸变蓝色来判断。氨气的催化氧化反应NH3 中氮元素为3 价，是最低价态，具有还原性，可与具有氧化性的物质反应。通常状况下氨与氧气不反应，但一定条件 (Pt 作催化剂) 下可与氧气反 应：4NH35O 2 4NO 6H2O，此反 应是工业制 HNO3 的基础。= = = = =高 温 催 化 剂(3)铵盐的性质氨气与酸反应可以生成铵盐，铵态氮肥的主要成分就是铵盐 ，铵态氮肥包括硫酸铵(NH4)2SO4、碳酸氢铵(NH 4HCO3)、氯化铵(NH 4Cl)等。铵盐都是易溶于水的晶体，因而在 贮存、使用 铵态氮肥时，要注意防止雨水的淋湿。铵盐的不稳定性a氯化铵加热氯化铵固体的实验
16、实验步骤：取少量氯化铵固体放在试管中加热，观察发生的现象。实验现象：试管底部的白色固体渐渐减少，在试管上部的内壁上生成了白色固体。实验结论：氯化铵不稳定，受热易分解。结论解释：氯化铵受热分解生成氨气和氯化氢气体，这两种气体遇冷又重新化合为氯化铵。NH4Cl NH3HCl NH 3HCl= =NH4Cl= = = = = b碳酸氢铵实验步骤：取少量碳酸氢铵固体放入试管中加热，并将生成的气体通入新制的澄清石灰水中，观察发生的现象。加热碳酸氢铵固体的实验实验现象：试管底部的白色固体渐渐减少，澄清石灰水变浑浊。实验结论：碳酸氢铵不稳定，受热易分解。结论解释：碳酸氢铵受热分解生成氨气、二氧化碳和水。NH
17、4HCO3 NH3 CO 2H 2O= = = = = 析规律 铵盐分解规律：多数铵盐受热易分解，多数分解放出 NH3，生成相 应的酸或酸性氧化物，但也有的铵盐受热 分解，不放出 NH3。例如，NH 4NO3 受热分解情况较复杂( 发生氧化还原反应)：第 6 页 共 13 页 2NH4NO3 2N2 O24H 2O= = = = = 铵盐与碱的反应实验步骤：在试管中加入少量氯化铵固体，再滴加适量的 10% NaOH 溶液，加热，并将湿润的红色石蕊试纸贴在玻璃棒上靠近试管口， 观察发生的 现象。氯化铵固体与 NaOH 溶液反应的实验实验现象：湿润的红色石蕊试纸变为蓝色。实验结论：氯化铵跟氢氧化钠
18、反应生成了氨气。结论解释：氯化铵跟氢氧化钠溶液反应的化学反应方程式为 NH4ClNaOHNH3H 2ONaCl，离子方程式为 NH OH NH3H 2O。= = = = = 4 = = = = = 铵盐与碱反应均能放出氨气，利用这一性质可以制取氨气，也可以检验铵盐的存在。a氯化铵的受热分解与碘的升华相比有着本质的区别。前者是化学变化，后者是物理变化，但都可用于分离或提纯。bNH 与 OH 反应的离子方程式书写中，应注意条件对产物的影响。若溶液是浓 4溶液且加热，产物为氨气；若溶液为稀溶液且不加热，产物应为 NH3H2O。cNH 的检验方法：向待测液中加入 NaOH 溶液，加热。若放出能使湿润的
19、红色石 4蕊试纸变蓝的气体，则证明溶液中含有 NH 。 4NH OH NH3H 2O 4 = = = = = (4)氨气的实验室制法铵盐与碱反应可生成氨气，在实验室里常利用这一原理来制备氨气。实验原理：固体氯化铵与氢氧化钙混合加热制得。2NH4ClCa(OH) 2 CaCl22NH 32H 2O= = = = = 实验装置：利用固体与固体加热制气体的装置(见下图)( 与实验室制备氧气的装置相同)。收集：用向下排空气法(因为氨气的密度小于空气密度 )干燥：碱石灰(CaO 和 NaOH 的混合物)检验是否收集满的两种方法：一种是将湿润的红色石蕊试纸靠近试管口，若试纸变蓝，则说明已收集满。另一种方法
20、是用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若有白烟产生，则说明已收集满。注意事项：制氨气所用的铵盐不能用硝铵、碳铵。因为加热过程中 NH4NO3 可能发生爆炸性分解反应(2NH 4NO3 2N2O 24H 2O)，发生危险；而碳铵受热易分解产生= = = = = CO2，使生成的氨气中有较多 CO2 杂质。Ca(OH) 2 不能用 NaOH、KOH 代替，原因是：aNaOH、KOH 具有吸湿性，易结块，不利于产生 NH3。bNaOH、KOH 在高温下均能腐蚀试管。干燥剂可用碱石灰或 CaO 固体或 NaOH 固体，不能用酸性干燥剂(如浓硫酸、P 2O5)、第 7 页 共 13 页 无水 CaCl2 等
21、，因为它们均能与 NH3 发生反应。NH 3 极易溶于水，制备时尽可能使其不与水接触以减少损失和防止倒吸现象发生。管口塞棉花的目的是为了防止氨与空气发生对流而使收集的氨气不纯。解技巧 快速制 NH3：若在 实验室中快速制备氨气，可将氨水滴入 NaOH 固体( 或生石灰)中，如下 图。原因是 NaOH(或生石灰)在溶于水时不但吸水而且放出大量的热，这都有利于氨气的逸出。【例 4】 实验室制氨常用以下两种方法：用固体 Ca(OH)2 和 NH4Cl 晶体反应制取；用固体生石灰与浓氨水混合制取。请回答下列问题：(1)写出用方法制取氨气的化学方程式_ 。(2)方法能够制取氨气的原因是_(用化学方程式表
22、示)。(3)检验氨气是否收集满的方法是_ 。(4)通常用于证明氨气极易溶于水的实验是_；氨气溶于水显碱性，其原理是 (用化学方程式表示)_。(5)上述制氨气的方法中，有下列装置，如图所示，方法 应选用_，方法应选用_( 填装置标号) 。解析：A 装置适合于固体与固体需要加 热的反应；B 装置适合于固体与液体(或液体与液体) 不需要加热的反应；C 装置适合于固体与固体需要加热的反应，但管口应略向下倾斜。D 装置适合于固体与液体(或液体与液体)需要加热的反应。答案：(1)2NH 4ClCa(OH) 2 CaCl22NH 32H 2O= = = = = (2)CaO NH3H2O=NH3 Ca(OH
23、) 2(3)用玻璃棒蘸取湿润的红色石蕊试纸靠近瓶口，试纸变蓝(4)喷泉实验 NH 3H 2O NH3H2O NH OH AA 4(5)A B5硝酸(1)硝酸的物理性质纯硝酸：通常为液体，无色、易挥发(沸点 83 )、有刺激性气味，密度为 1.502 7 gcm3 ，易溶于水，可以与水以任意比混合。发烟硝酸：含 HNO3 质量分数在 98%以上的浓溶液，挥发出的 HNO3 在空气中产生第 8 页 共 13 页 “发烟”现象， “发烟硝酸”因此而得名。浓硝酸：含 HNO3 质量分数约 69%，易挥发出 HNO3，通常为无色或黄色。发烟硝酸发出的烟实质上是雾，组成雾的是 HNO3 遇空气中的水后形成
24、的小液滴。但人们已习惯把这样的硝酸叫做“发烟硝酸” 。硫酸中也有发烟硫酸，它是由 H2SO4 溶解 SO3 而形成的。发烟硫酸发出的烟实质上也是雾。浓盐酸(含 HCl 质量分数约 37%38%) 挥发出的 HCl 也在空气中形成雾。(2)硝酸的化学性质酸的通性硝酸作为一种酸，具有酸的通性。表现在它能与以下物质反应：a.能使酸碱指示剂变色。b.能与金属单质反应。c.能与碱性氧化物反应，生成盐和水。d.能与碱反应，生成盐和水。e.能与某些盐溶液反应，生成新盐和新酸。硝酸的特性硝酸除了具有酸的通性外，还具有以下特性。a不稳定性硝酸不稳定，见光或受热很容易分解生成 NO2、O 2 和 H2O。4HNO
25、3 4NO2O 22H 2O= = = = = = = = =受 热 或 见 光 为了防止硝酸见光分解，一般将它保存在棕色试剂瓶中并放置在阴凉处。由于硝酸分解产生的 NO2 溶于硝酸，所以浓硝酸往往呈黄色。b强氧化性()硝酸与金属铜的反应实验步骤：在两支试管中各放入一小块铜片，分别加入少量稀硝酸(4 molL1 )和浓硝酸(12 molL 1 )，立即用蘸有 NaOH 溶液的棉花封住试管口，观察试管中发生的现象。实验现象：加稀硝酸的试管中，化学反应较慢；液体由无色变为蓝色；生成无色气体，该气体在试管口外变成了红棕色。加浓硝酸的试管，化学反应较快；液体由无色变为蓝色；直接生成了红棕色气体。实验结
26、论：稀硝酸、浓硝酸都跟铜发生化学反应，但浓硝酸跟铜的反应更快一些。反应的化学方程式为：Cu4HNO 3(浓)= =Cu(NO3)22NO 22H 2O3Cu8HNO 3(稀)= =3Cu(NO3)22NO4H 2O上述反应中铜作还原剂，HNO 3 作氧化剂，但是 HNO3 的强氧化性与盐酸、稀硫酸表现出的氧化性不同，盐酸、稀硫酸表现出的氧化性是由 H 体现出来的，而 HNO3 的氧化性是5 价的 N 元素表现出来的。在第 1 个反应中有 4 mol HNO3 参加反应，但只有 2 mol HNO3 中的氮元素化合价降低，因而参加反应的 HNO3 既体现氧化性又体现酸性。在第 2个反应中有 8
27、mol HNO3 参加反应，但只有 2 mol HNO3 中的氮元素化合价降低，因而参加反应的 HNO3 也既体现氧化性又体现酸性。谈重点 钝化现象：常温下，Fe、 Al 在浓硝酸中发生钝化反应，该现象属于化学反应，是因为浓硝酸具有强氧化性，在金属表面形成一 层致密的氧化物薄膜，阻止了反应的进一步进行。因而可用铝制或铁制容器来盛 浓硝酸。()浓硝酸与非金属的反应加热条件下，浓硝酸还能将 C、P、S 等非金属氧化到最高价态：C4HNO 3(浓) CO24NO 22H 2O= = = = = 在该反应中碳作还原剂，浓硝酸作氧化 剂，由于参加反 应的硝酸中氮元素的化合价全部降低，因而浓硝酸只体现强氧
28、化性。同样原理可写出浓硝酸与 S、P 等非金属反应的方程式：S6HNO 3(浓) H2SO46NO 22H 2O= = = = = 2P10HNO 3(浓) 2H3PO410NO 22H 2O= = = = = 【例 5】 将 1.92 g Cu 粉与一定量的浓硝酸反应，当 Cu 粉完全作用时收集到气体 1.12 L(标准状况)，则所消耗的 HNO3 的物质的量是( )A0.12 mol B0.11 mol C0.09 mol D0.08 mol第 9 页 共 13 页 解析：若 1.12 L 气体全部 为 NO2，则由化学方程式 Cu4HNO 3(浓) =Cu(NO3)22NO 22H 2O
29、 求解，但所得 结果与选项矛盾， 说明随着反应进行，浓硝酸不断变稀，又发生了 Cu 与稀硝酸的反应：3Cu8HNO 3(稀)= =3Cu(NO3)22NO 4H 2O。解此题最基本的方法是运用两个方程式列方程组求解，也可用氮原子守恒法解此 题， 这样灵活简捷快速。2HNO3Cu(NO 3)2,1 HNO31 NO,1 HNO 31 NO 2现有 nCu(NO3)2 0.03 mol1.92 g64 gmol 1n(NO)n(NO 2) 0.05 mol1.12 L22.4 Lmol 1所以消耗的 HNO3 的物质的量为 0.03 mol20.05 mol 0.11 mol。答案：B6人类活动对
30、氮循环和环境的影响(1)正面影响进入工业化社会以后，随着科学技术的进步和工农业生产的发展，人类开发和利用自然资源的规模越来越大，化石燃料的消耗量急剧增加，化学合成氮肥的数量迅速上升，豆科植物的栽种面积也在陆续扩大，人类的固氮活动使活化氮(NH 和 NO )的数量大大增 4 3加。科学家们预测，从现在到 2020 年，人工固氮活动所产生活化氮的年均数量将增加 60%，达到年均 2.241011 kg。(2)负面影响全球人工固氮虽然有助于农产品产量的提高，但也给全球生态环境带来压力，使与氮循环有关的生态环境问题进一步加剧。光化学烟雾：氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。汽车尾气中的氮氧化
31、物与碳氢化合物经紫外线照射发生反应形成的一种有毒的烟雾，称为光化学烟雾。光化学烟雾具有特殊气味，刺激眼睛，伤害植物，并使大气能见度低。另外，氮氧化物跟空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸是酸雨的成分。水体富营养化：大量使用氮肥、磷肥、含磷洗涤剂，生活污水中常含有过量的N、P 等营养物质。这些物质流入湖泊、海湾，使海水中富集 N、P 等植物营养物质，称为水体富营养化。水体富营养化引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖。这些生物集中在水层表面进行光合作用释放氧气，使表层海水溶 O2 达饱和，从而阻止了大气中的 O2 溶入海水。而大量死亡的海藻在分解时却要消耗水中的溶解氧，使水中溶氧急剧减少，致使鱼类死亡。死亡
32、的藻类分解时会放出 CH4、H 2S 等气体，使水体变得腥臭。这种情况在海洋中发生称“赤潮” ，在淡水中发生称“水华” 。(3)氮污染的防治：为了减少人类活动对自然界中氮循环和环境的影响，一方面应控制进入大气、陆地和海洋的有害物质的数量，另一方面应增强生态系统对有害物质的吸收能力。因此，应保护森林、植树造林，促进全球氮的良性循环。【例 6】 为了解决粮食生产和环境保护问题，实现农业可持续发展，当前科学、有效的途径是( )合理开发海洋资源，寻找新的能源 控制人口增长，协调人与自然和谐发展 增加化肥和农药的使用，提高作物产量 开荒辟地，围湖造田，扩大粮食种植面积 利用现代生物技术，培育具有较高光合
33、效率的作物品种A B C D解析：可持续发展是生态、经济 、社会三位一体的 发展，是指生态、经济和社会三者的协调发展。包括减少化肥和农药 的使用，不得随意改造、破坏生 态环境，还包括控制环境污染和改善环境质量，保护生物多 样性，保 证以可持续的方式使用可再生 资源。答案：B7NO、NO 2、O 2 与水反应的有关计算有关反应：3NO 2H 2O=2HNO3NO2NOO 2=2NO2第 10 页 共 13 页 (1)NO2 溶于水的计算3NO2H 2O=2HNO3NO V3 1 2V(NO2) V(NO) VV(NO2) V(NO)3V2 V2(2)NO、NO 2 混合气体溶于水的计算由 3NO
34、2H 2O=2HNO3NO V3 2V(NO2) VV(NO2)3V2(3)NO2 和 O2 的混合气体溶于水，发生反应为3NO2H 2O=2HNO3NO,2NOO 2=2NO2合并得 4NO2O 22H 2O=4HNO3由此可得：(4)NO 和 O2 的混合气体同时通入水中时，发生如下反应：2NOO 2=2NO2,3NO2H 2O=2HNO3NO合并得 4NO3O 22H 2O=4HNO3根据以上方程式可知NO、NO 2、O 2 三种混合气体通入水中，可先按 (1)求出 NO2 与 H2O 反应生成 NO 的体积，再加上原混合气体中的 NO 的体积即为 NO 的总体积，再按(4)方法进行计算
35、。【例 71】 现有 NO2、O 2 的混合气体 12 mL，通入足量水中，充分反应后逸出气体2 mL(同温同压下 )，则原混合气体中氧气的体积是( )A2.2 mL B2.4 mL C3 mL D4 mL解析：(总反应式法)根据有关的反应：4NO 2O 22H 2O=4HNO3 3NO2H 2O=2HNO3NO设原混合气体中 O2 的体积为 V(O2)，剩余气体可能是 O2，也可能是 NO。若剩余 O2，则 V 剩 V(O 2) 12 mLV(O 2)2 mL。解得 V(O2)4 mL， D 正确。14若剩余 NO，则 V 剩 12 mLV(O 2)4V(O 2)2 mL 。解得 V(O2)
36、1.2 mL。13答案：D【例 72】 将充满 NO2 和 O2 的混合气体 10 mL 的量筒，倒立在盛有水的水槽中，充分反应后，最后剩余 1 mL 气体，问原混合气体中 NO2 和 O2 的体积各是多少？解析：NO 2 和 O2 混合物溶于水后发生如下反应：4NO2O 22H 2O=4HNO3当 V(NO2)V (O2)41 时恰好反应完全。 现剩余 1 mL 气体，可能是 O2 也可能是NO，NO 是发生如下反应 3NO2H 2O=2HNO3NO 所生成的，所以有两种可能的情况：第 11 页 共 13 页 若 O2 剩余，则参加反应的 NO2 和 O2为 9 mL。根据 4NO2O 22
37、H 2O=4HNO3，得V(NO2)9 mL 7.2 mL， V(O2)9 mL 1 mL2.8 mL。45 15若 NO 剩余，即 NO2过量，则由 3NO2H 2O=2HNO3NO 知，过量的 NO2为 3 mL，则 4NO2O 22H 2O=4HNO3 中反应的 NO2 和 O2 共 7 mL。V(NO2)7 mL 3 mL8.6 mL45V(O2) 7 mL 1.4 mL15答案：若 O2 过量，则 V(NO2)7.2 mL，V (O2)2.8 mL；若 NO2 过量，则 V(NO2)8.6 mL，V (O2)1.4 mL。8硝酸与金属反应的讨论(1)硝酸与金属的反应产物除少数几种极不
38、活泼的金属(如金、铂) ，其他金属都能被硝酸氧化，如果金属有可变化合价( 如铁、铜)，则都能被氧化成较高价态，铁、铝等少数几种金属在冷的浓硝酸中因表面被迅速氧化成致密的氧化膜而钝化(因此可用铁或铝制容器贮运冷的浓硝酸) ，在受热或稀释时钝化作用会消失。硝酸的还原产物与硝酸的浓度有关，一般硝酸越浓，还原产物中氮元素的价态越高(NO 2)，随着硝酸浓度的降低，氮元素的化合价逐渐降低。例如：Zn4HNO 3(浓)= =Zn(NO3)22NO 22H 2O3Zn8HNO 3(较稀)= =3Zn(NO3)22NO4H 2O4Zn10HNO 3(很稀)= =4Zn(NO3)2N 2O5H 2O4Zn10H
39、NO 3(极稀)= =4Zn(NO3)2NH 4NO33H 2O因此实际上，当金属与一定量的浓硝酸发生反应时，随着反应的进行硝酸浓度逐渐降低，所得还原产物不是单一物质。总之，浓硝酸一般被还原为 NO2，稀硝酸一般被还原为NO，极稀硝酸可被还原成 NH3，生成 NH4NO3。(2)硝酸与金属反应时，既表现强氧化性又表现强酸性，可由金属与硝酸反应的关系，求还原产物的化学式或物质的量。(3)硝酸与铁反应时，由于存在反应 Fe2Fe 3 =3Fe2 ，当 HNO3 过量时，产物为Fe(NO3)3；当 Fe 过量时，产物为 Fe(NO3)2；当 Fe 与 HNO3 恰好耗尽时，产物可能是Fe(NO3)3
40、 或 Fe(NO3)2 或 Fe(NO3)3、Fe(NO 3)2 的混合物。(4)浓硝酸与 Cu 反应时，若 Cu 过量，反应开始时浓硝酸的还原产物为 NO2，但随着反应的进行，硝酸变稀，其还原产物将为 NO，最终应得到 NO2 与 NO 的混合气体，可利用氧化还原过程中化合价升降总数相等的守恒规律求解有关 Cu、HNO 3 和混合气体之间的量的关系。硝酸与其他金属(过量 )反应的情况与此类似。(5)注意 NO 在离子共存问题的判断中的特殊性。 3在水溶液中，NO 本无氧化性，但当水溶液中有大量 H 存在时，NO 就表现出强 3 3氧化性，如在有 H 、NO 存在的溶液中就不能存在 Fe2 、
41、S 2 、I 、SO 、Br 等还 3 23原性离子。另外在利用 HNO3 的酸性时，要注意考虑它的强氧化性。如 FeO 与稀硝酸反应时的方程式应是 3FeO10HNO 3(稀) =3Fe(NO3)3NO5H 2O，而不是FeO2HNO 3=Fe(NO3)2H 2O。(6)解决与硝酸有关问题的指导思想由浓变稀的思想由上述可知，金属与一定量浓硝酸的反应，会随着硝酸浓度的降低，而得到不一样的产物。所以一定要注意：当题目中浓硝酸是定量或适量时，应考虑酸的浓度由浓变稀的问题，这很可能是题目设置的一个陷阱。氮元素守恒的思想硝酸和不活泼金属反应一般生成硝酸盐和氮氧化物，在此硝酸担当了两个角色，一是酸，二是
42、氧化剂。如果分别知道了二者的物质的量，也就知道了消耗硝酸的总的物质的量。第 12 页 共 13 页 如：3Cu8HNO 3=3Cu(NO3)22NO4H 2O 反应中，当 3 mol 铜和 8 mol 硝酸反应时，起酸性作用的硝酸的物质的量为 6 mol，即金属的物质的量与金属离子化合价的乘积 (3 mol2)，作为氧化剂的硝酸的物质的量为 2 mol，即 NO 的物质的量。2 mol6 mol8 mol，即消耗硝酸的总物质的量。应特别注意的是：金属与浓硝酸反应的气体产物中 N 的物质的量和作为氧化剂的硝酸的物质的量相等。这充分体现了氮元素守恒的思想。【例 81】 a mol Cu 跟含 b
43、mol HNO3 的溶液恰好完全反应，则被还原的 HNO3 的物质的量一定是( )A(b2a) mol B. molb4C. mol D2a mol2a3解析：由于不知道 HNO3 的浓度，故最好不要通 过化学方程式列方程来计算。金属与HNO3 反 应的产物为硝酸盐、氮的氧化物和水，通过氮原子个数守恒来计算更快捷。a mol Cu反应一定生成 a mol Cu(NO3)2，这说明有 2a mol HNO3 中未表现出氧化性，那么被还原的HNO3 的物 质的量一定是(b 2a) mol。答案：A【例 82】 (1)在浓硝酸中放入铜片。开始时反应的化学方程式为：_。若铜有剩余，则反应将要结束时的化
44、学方程式为：_。待反应停止后，再加入少量 25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，其原因是_。(2)在 100 mL 混合酸中，c (HNO3)0.4 molL1 ，c (H2SO4)0.2 molL1 ，向其中加入2.56 g 铜粉，微热，待充分反应后，溶液中 Cu2 的物质的量浓度为_。(3)14 g 铜、银合金与一定量某浓度的硝酸溶液反应，将放出的气体与 1.12 L(标准状况下)氧气混合通入水中，恰好全部被水吸收，则合金中铜的质量是_ g。解析：(1)开始时铜与浓硝酸发生反应：Cu4HNO 3(浓) =Cu(NO3)22NO 22H 2O，反应将要结束时，铜与稀硝酸反 应，反 应方程式
45、为：3Cu8HNO 3(稀)= =3Cu(NO3)22NO4H 2O，反应停止后，再加入稀硫酸，H 与 NO 构成了氧化性条件，发生反应： 33Cu2NO 8H =3Cu2 2NO4H 2O。 3(2)n(Cu)2.56 g64 gmol1 0.04 moln(H )0.4 molL 1 0.1 L0.2 molL 1 0.1 L20.08 moln(NO )0.4 molL 1 0.1 L0.04 mol 3根据 3Cu2NO 8H =3Cu2 2NO4H 2O 知：溶液中 n(H )的量不足，所以 3按 H 的物质的量计算，生成 Cu2 的物质的量为：n(Cu 2 )0.08 mol 0.
46、03 mol，38c(Cu2 ) 0.3 molL 1 。0.03 mol0.1 L(3)根据题意，其反应过程为：所以整个过程中 14 g Cu、Ag 失去电子总数等于 0.5 mol O2 得到的电子总数。设 Cu 和 Ag 的物质的量分别为 x、y，则：得：Error!铜的质量为：m(Cu)64 gmol 1 0.05 mol3.2 g第 13 页 共 13 页 答案：(1)Cu4HNO 3(浓)= =Cu(NO3)22NO 22H 2O3Cu8HNO 3(稀)= =3Cu(NO3)22NO4H 2OH 2SO4 提供 H ，NO 继续与 Cu 发生反应： 33Cu8H 2NO =3Cu2 2NO4H 2O 3(2)0.3 molL1(3)3.2
