5.2.1 氮气与氮的固定 课件—2023-2024学年高一化学人教版（2019）必修第二册

第五章 化工生产中的重要非金属元素 第二节 氮及其化合物 （一） 1 学习目标 一 通过自然界中的氮循环，了解氮循环的基本过程，认识氮循环过程中的重要物质。 二 了解生物固氮和人工固氮形式，认识氮气在一定条件下能够与氧气、氢气发生反应，了解氮的固定的相关知识。 三 了解氮的两种氧化物（NO和NO2）；了解自然界中形成硝酸的过程。 四 知道工业制硝酸的反应原理。 2 目录 CONTENTS 氮气 氮的氧化物 1 2 在新疆与青海交界处有一山谷，经常电闪雷鸣，把人畜击毙。当地的农民把它称为“魔鬼谷”，可奇怪的是这里却牧草茂盛，四季常青。 4 氮元素在元素周期表中的位置 氮元素位于元素周期表的第二周期，VA族。 氮原子的最外层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。一般通过共用电子对与其他原子结合。在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。 5 01 氮气 氮的存在方式 游离态：在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中 化合态：少部分存在于生物的蛋白质中、以及土壤、海洋中的硝酸盐和铵盐。 空气中的氮气 土壤海洋中硝酸盐和铵盐 动植物蛋白质 7 氮是自然界各种生物体生命活动不可缺少的重要元素，自然界是怎样通过氮的循环为生物体提供氮元素的呢？ 想一想： 8 氮气的物理性质 无色、无味的气体，密度与空气接近，难溶于水 思考：氮气在低温加压时可以液化形成液氮，液氮汽化会吸热使温度降低，你知道液氮有什么用途吗？ 氮气 熔点：-210 ℃ 沸点：-196 ℃ 密度：1.25 g/L 9 氮气 氧气 其他成分 0.78 0.21 0.01 氮气的物理性质 液氮 冷冻治疗 液氮食品 10 氮气的物理性质 思考：对比氧气和氮气的沸点，如何从空气中获得氮气？ 氧气 熔点：-218.4 ℃ 沸点：-183 ℃ 密度：1.25 g/L 氮气 熔点：-210 ℃ 沸点：-196 ℃ 密度：1.25 g/L 11 氮气的物理性质 工业制氮气： 空气(气态) 空气(液态) 低温 加压 N2(气态) O2(液态) 实验室制氮气： NH4Cl+NaNO2 NaCl+2H2O+N2↑ 思考：实验中用什么方法收集氮气、检验氮气的？说明氮气具有哪些化学性质? 12 氮气的化学性质 氮的结构： N的原子结构示意图 N2的电子式 N2的结构式 N2的球棍模型 由于氮分子内两个氮原子间以共价三键结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常情况下难以与其他物质发生化学反应，无法被大多数生物体直接吸收。 13 氮气的化学性质 稳定性： 常温下，N2的化学性质很稳定，通常情况下难以与其他物质发生化学反应反应 焊接保护气 充氮灯泡 食品保护气 14 氮气的化学性质 在高温、放电等条件下，氮分子获得了足够的能量，使氮氮三键断裂，氮气能够与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应。 N2+ O2 2NO 放电或高温 得到2×2e- 失去2×2e- 还原剂 氧化剂 失去6×e- 得到2×3e- 氧化剂 还原剂 N2+ 3H2 2NH3 15 氮气的化学性质 失去3×2e- 得到2×3e- 氧化剂 还原剂 N2+ 3Mg Mg3N2 点燃 16 氮在自然界中的循环示意图 17 氮的价-类二维图 -3 0 +1 +2 +3 +4 +5 NH3 N2 N2O NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5 HNO3 HNO2 NaNO3 NaNO2 Mg3N2 18 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的化合物，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨，从而实现自然固氮。 人 工 固 氮 合 成 氨 19 氮的固定：将游离态的氮转变为氮的化合物 人 工 固 氮 自 然 固 氮 N2+ 3H2 2NH3 豆科植物根瘤菌固氮 N2+ O2 2NO 放电 20 N2+ O2 2NO 放电或高温 NO使人中毒原理与CO相似，被人体吸收后与血红蛋白结合，使血红蛋白失去携带氧的能力导致中毒。燃油汽车发动机中会进行该反应，产生的NO是汽车尾气中的一种污染气体。 信使分子——NO 1998年的诺贝尔生理学和医学奖颁给了发现“NO是心血管系统的信号分子”的三位美国科学家。 心脏急救药硝酸甘油的主要作用就是通过释放NO，可使血管平滑肌松弛，周围血管舒张，外周阻力减小，