7.1.1 氮的固定 课件 2022-2023学年高一下学期化学苏教版（2019）必修第二册

2.1.1 氮的固定 1 学习目标 1.能依据氮分子的微观结构对氮气的性质预测。 2.通过对比实验，探究NO和NO2的物理性质和化学性质。 3.认识自然固氮和人工固氮的原理和氮循环。 氮元素的重要作用 氮元素是生命物质的重要组成元素，含氮化合物在生产、科研领域有广泛应用。 血红蛋白 农作物生长必需元素 航天燃料 3 氮的存在方式 1.氮元素的存在方式：: b.化合态: 氮气 a.游离态: 铵盐、硝酸盐、蛋白质 氮元素在自然界中多数以什么形式存在？ 4 思考探究 氮元素在自然界中多数以什么形式存在？ 在自然界中，绝大多数的氮元素以游离态的单分子形式存在与空气中。 氮分子的结构 电子式： 结构式： N≡N 破坏氮气分子中的共价键需要很大的能量，所以氮气分子很稳定。 氮气与大多数物质很难发生化学反应，说明氮气的化学性质很不活泼。 5 一、氮气的性质 1.物理性质： 无色无味的气体, 难溶于水, 熔沸点低, 密度比空气略小。 稳定 2.化学性质: (与空气密度相近, 只能用排水法收集N2) （2）与活泼金属反应 工业合成氨 （合成氨反应） （1）与氢气反应 （3）与氧气反应 N2＋3H2 高温、高压 催化剂 2NH3 N2 + 3Mg Mg3N2 点燃 N2+O2 ==== 2NO 放电 6 氮的用途 (1)是合成氨、制硝酸的重要原料 (2)保护气：焊接金属；灯泡的填充气体； 保存粮食、罐头、水果。 (3)医学上，用液氮作冷冻剂 自然界中：充足的氮能使植物枝叶茂盛，叶片增大，光合作用增强，促进氨基酸和蛋白质的形成，从而使农作物的产量和产品质量得以提高。 7 二、氮的固定 氮的固定：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物叫作氮的固定，简称固氮。 氮气 含氮化合物 8 氮的固定 自然固氮 人工固氮 自然固氮 1.生物固氮： 自然界中的一些微生物种群（如豆科植物的根瘤菌）将氮气通过化学过程转化为含氮化合物。约占自然固氮的90%。 2.高能固氮： 通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物。约占自然固氮的10%。 高能固氮 生物固氮 9 思考探究 “雷电发庄稼”；“一场雷雨一场肥”有什么化学道理？我们来模拟一下雷电环境。 实验现象： 开始——5min 无色 5min——10min 浅红色 10min——15min 红棕色 20min——颜色更深 整个实验过程涉及氮的两种 重要的氧化物——NO和NO2 10 一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮 2NO+O2==== 2NO2 反应非常迅速。 二氧化氮与水反应 实验现象： 红棕色气体消失，水位上升，最后水充满试管的2/3，无色气体充满试管的 1/3（上部）。 如果通入足量的氧气，一氧化氮都转化为硝酸。 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO “雷雨发庄稼”涉及的反应过程 N2+O2 2NO ==== 放电 2NO＋O2=2NO2 3NO2＋H2O=2HNO3＋NO 在放电条件下， 空气中的氮气与氧气发生反应，生成一氧化氮。 一氧化氮被空气中的氧气氧化生二氧化氮。 二氧化氮与水反应生成硝酸。 雨水中的硝酸渗入土壤后与矿物质作用生成硝酸盐，其中的硝酸根离子被植物的根系吸收，转化为植物生长所需的养料 思考探究 现在农业生产需要大量氮肥（含氮化合物），上述途径能满足生产需要吗？ 氮是粮食作物生长必须的的元素，科学家一直在探索将空气中的氮转化为植物可吸收的含氮物质。 20世纪初，德国化学家哈伯（F. Haber，1868—1934）在实验室中首次用氮气和氢气合成了氨，从此人类进入了化肥农业时代，大大提高了粮食产量。 14 人工固氮——合成氨 1.反应原理 ΔH= -92.4 kJ· mol-1 (2)原料：氮气与氢气 (3)条件：高温、高压、催化剂。 15 ②反应放出的大量的热可以用来预热原料气，以达到反应所需的温度,节约能源。 (4)合成氨的工艺: ③反应为可逆反应，达到平衡时混合气体中氨气约占 20%，然后分离出氨气后，将未反应的氮气、氢气 送回合成塔循环使用。 ①在较高温度下将混合气体加压后送入合成塔反应。 氨气易液化 目的：加快反应速率 目的：增大原料转化率 ①为植物生长提供足够的氮肥。 ②缓解了地球上有限的耕地资源与庞大的粮食需求之间的矛盾。 ③改变了世界粮食生产的历史，使人类免受饥荒之苦。 (5)合成氨的意义: 三、氮氧化合物 4NO2+O2+2H2O=4HNO3 4NO+3O2+2H2O=4HNO3 不反应 不反应 红棕色、刺激性气味气体、有毒、易溶于水 无色、无味气体、 有毒、微溶于水 O2和H2O O2 H2O 化 学