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第3章 物质的性质与转化
第3节　氮的循环
自然界中的氮循环
1.自然界中氮的循环
2.人类活动的影响
(1)通过化学方法把空气中的氮气转化成氨，再根据需要把氨转化成其他含氮化合物(如铵盐、硝酸等)。
(2)化石燃料燃烧、农作物的秸秆燃烧等所产生的氮氧化物通过大气进入土壤和水体，参与氮的循环。
氮循环中物质的性质及物质之间的转化
1.氮的固定
(1)概念：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程叫作氮的固定。
(2)途径
①自然固氮
大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮化合物。
生物固氮：豆科植物的根瘤菌将空气中的氮气通过生物学过程转化为含氮化合物。
②人工固氮
人类通过控制条件，将氮气氧化或还原为含氮化合物；最重要的人工固氮途径是工业合成氨。
2.氮气
(1)物理性质
无色、无味的气体，密度比空气的小，难溶于水。
3.氮的氧化物性质比较
物质 NO NO2
物理性质 无色气体，密度比空气略大，难溶于水 红棕色、有刺激性气味的气体，密度比空气大，易液化，易溶于水
化学性质 毒性 有毒，大气污染物之一(使人中毒的原理与CO相同，都是与血红蛋白结合而使其失去输送O2的功能) 有毒，大气污染物之一
酸性氧化物 不是
与水反应 不反应
与氧气反应 一般情况下不反应
与NaOH溶液反应 不反应
自身二聚 无
物质 NO NO2
实验室制
取原理
对环境的影响 导致光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层
NO2有强氧化性，在溶液中能氧化S2－、I－、Fe2＋等离子；NO既有氧化性又有还原性。
氨
1.氨的分子结构和物理性质
化学式 密度 气味 水溶性 是否液化
NH3 比空气小 有刺激性气味 极易溶于水(1∶700) 易液化(用作制冷剂)
硝酸
1.物理性质
硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。
与除Au、Pt、Ti外的大部分金属反应
与非金属反应
与还原性化合物反应
(如H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋等)
1.硝酸能将大多数金属(如铜等)氧化成其高价态的硝酸盐，浓硝酸生成NO2，稀硝酸生成NO。
2.常温下，浓硝酸能使铁、铝发生钝化，这是因为浓硝酸将铁、铝容器表面氧化，形成致密的氧化物薄膜。在加热条件下，可破坏该氧化膜，从而使反应继续进行。
3.王水是浓硝酸和浓盐酸按体积比1∶3混合形成的溶液，能使一些不溶于硝酸的金属(如金、铂等)溶解。
4.浓硝酸与非金属反应，还原产物一般是NO2，而非金属一般被氧化成最高价氧化物或相应的最高价含氧酸。
5.用途
硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造炸药、染料、塑料和硝酸盐等。
人类活动对氮循环和环境的影响
1.含氮物质的来源及危害
2.减少人类活动对氮循环和环境影响的措施
(1)控制进入大气、土壤和水体中含有氮元素的物质的量。
(2)增强生态系统对含有氮元素的物质的吸收能力。
2.氮的氧化物溶于水的三种类型
(1)NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应①，剩余气体为NO。
(2)NO2和O2的混合气体：NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应③：
反应情况 O2过量并剩余 恰好完全反应 NO2过量又发生反应①，剩余NO
(3)NO和O2的混合气体：NO和O2的混合气体溶于水时涉及反应④：
反应情况 O2过量并剩余 恰好完全反应 NO过量并剩余
常温常压下，向4支相同的试管中分别充入物质的量之比为1∶1的下列混合气体：①N2＋NH3；②N2＋NO2；③O2＋NO2；④O2＋SO2。将4支试管倒扣在4个相同的水槽中，足够长的时间后，4支试管中液面由高到低的顺序为(　　)
A.④③①②　　　　　 B.③④①②
C.①④③②　　　　　 D.①④②③
A
氮氧化物溶于水计算的注意事项
(1)注意混合气体的种类
看清到底是有关NO、O2的混合气体还是NO2、O2的混合气体与H2O的反应。
(2)注意剩余气体的种类
最后剩余气体问题，最终剩余气体的颜色是无色的，说明一定没有NO2，只能是NO或O2中的一种。即使剩余NO2，NO2也会与H2O反应生成NO。
(3)注意混合气体中各成分的量的关系
解答氮氧化物与O2溶于水的计算题时，注意氮氧化物与O2的量的关系。
喷泉实验的原理与操作
1.实验原理
装置中的气体极易溶于水或某液体(或与水、与液体易反应)，使装置内压强降低，与外界形成较大的压强差，在压强差作用下烧杯中的水被压入烧瓶内形成喷泉。
2.常见装置
3.喷泉实验应注意的问题
(1)装置的气密性良好。
(2)烧瓶要干燥。
(3)烧瓶内充满气体。
4.常见的能形成喷泉的物质组合
气体 HCl NH3 CO2、Cl2、H2S、SO2 NO2＋O2
吸收剂 水或NaOH溶液 水或盐酸 NaOH溶液 水
5.引发操作
减小内压装置：打开弹簧夹，挤压胶头滴管，使少量水进入烧瓶，形成喷泉。
增大外压装置：打开弹簧夹，用热毛巾捂住烧瓶(或微热烧瓶)，使导气管中液面上升，形成喷泉。
现有氨气溶于水的喷泉实验(如装置甲和乙所示)，下列说法正确的是 (　　)
A.该实验证明氨气极易溶于水
B.装置甲中产生红色喷泉，说明氨水显弱碱性
C.装置乙一定无法形成喷泉
D.实验时，打开弹簧夹即可产生喷泉
A
挤压胶头滴管，氨气极易溶于水，从而在短时间内形成了较大的压强差，形成喷泉，A正确；氨水能使酚酞变红，说明氨水显碱性，但不能说明氨水显弱碱性，
B错误；装置乙打开弹簧夹，用热毛巾捂住烧瓶可使氨气溶于水形成压强差，产生喷泉，C错误；实验时，装置甲中挤压胶头滴管，打开弹簧夹即可产生喷泉，装置乙中打开弹簧夹，用热毛巾捂住烧瓶，才可产生喷泉，D错误。
形成喷泉的条件：①气体易溶于水；②形成压强差。
喷泉实验成功的关键
(1)装置的气密性良好。
(2)圆底烧瓶要保持干燥。
(3)圆底烧瓶内要充满气体。
(4)烧杯或锥形瓶内装入足量的水或某种溶液，以防止因液体量不足而造成喷泉停止或不发生。
硝酸与金属反应的有关计算
1.解答有关金属与硝酸反应的思维流程
2.计算方法
原子守恒法
得失电子
守恒法 硝酸与金属的反应属于氧化还原反应，硝酸中氮原子得到电子的物质的量等于金属失去电子的物质的量
电荷守恒法
离子方程
式计算法
A

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