5.2.1 氮气与氮的固定-课件-2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第五章 化工生产中重要非金属元素 第二节 氮及其化合物 第1课时 氮气与氮的固定 1 环节一：情境引入，自然界中的氮循环 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？ 2 环节一：情境引入，自然界中的氮循环 氮元素的存在形态 游离态：主要以N2分子的形式存在。 化合态：存在于动植物体内的蛋白质中，土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。 3 环节一：情境引入，自然界中的氮循环 氮元素的结构 氮元素位于元素周期表的第二周期，VA族。 +7 2 5 N 氮原子结构示意图： 4 环节一：情境引入，自然界中的氮循环 氮是自然界各种生物体生命活动不可缺少的重要元素，空气中氮气的体积分数约为78%，氮气是空气中含量最多的气体，为什么还要通过施加氮肥给植物补氮？ 5 环节一：情境引入，自然界中的氮循环 氮气的结构 断开氮氮三键需要较多的能量，化学性质比较稳定，通常情况下很难与其他物质发生化学反应。 N2 N N     N N 6 氮气的物理性质 颜色 气味 密度 溶解性 沸点 无色 无味 比空气稍小 难溶于水 -196 ℃ 环节一：情境引入，自然界中的氮循环 7 环节二：交流互动，人工固氮的探索 1909年，德国化学家哈伯经过反复的实验研究后发现，在500~600℃、17.5~20.0MPa和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可达到6%以上，具备了工业化生产的可能性。 哈伯 (F.Haber，1868-1934) 为了把哈伯合成氨的实验室方法转化为规模化的工业生产，德国工程师博施作出了重要贡献。由于合成氨工业生产的实现和相关研究对化学理论与技术发展的推动，哈伯和博施都获得了诺贝尔化学奖。 合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就， 为促进世界农业发展做出了重大贡献。 人 工 固 氮 合 成 氨 科学史话 8 环节二：交流互动，人工固氮的探索 氮气的化学性质 氮气的化学性质很稳定，但高温、高压、催化剂或者放电等条件下，可以和某些物质发生反应。 氧化性 氧化性 N2 + O2 2NO N2 + 3H2 2NH3 还原性 N2 + 3Mg Mg3N2 9 环节二：交流互动，人工固氮的探索 氮的固定 分类 自然固氮 高能固氮(如雷雨天气N2转化为NO) 生物固氮(如豆科植物的根瘤菌固氮) 人工固氮 合成氨(工业上合成氨) 仿生固氮(某些金属有机化合物可起到根瘤菌的作用) 将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程。 10 环节三：实验探究，氮的氧化物 氮的氧化物 N2O(笑气) NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 氮元素化合价 ____ ___ ____ ___ ____ ____ ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋4 ＋5 上述氮的氧化物中属于酸性氧化物的是 。 N2O5和N2O3 氮的氧化物 11 环节三：实验探究，氮的氧化物 一氧化氮和二氧化氮 物质 NO NO2 颜色 毒性 溶解度 气味 红棕色 无色 NO NO2 有毒 有毒 不溶于水 易溶于水 无味 刺激性气味 12 环节三：实验探究，氮的氧化物 实验5-5 装置   操作 在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器 ①打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹 ②振荡注射器 现象 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ①无色气体变为＿＿＿＿ ②＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 无明显现象 红棕色 红棕色气体逐渐变为无色，注射器活塞向左移动 13 环节三：实验探究，氮的氧化物 ①NO不溶于水，也不与水反应，与O2反应生成红棕色的NO2： 2NO＋O2===2NO2 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ②NO2能与水反应生成无色的NO： 实验5-5——实验结论 14 环节三：实验探究，氮的氧化物 一氧化氮和二氧化氮 如果要将注射器中的NO充分转化为硝酸，可以采取什么措施？上述实验对工业上生产硝酸有什么启示？ 采取的措施是继续通入过量的空气。上述实验对工业上生产硝酸的启示是在用水吸收NO2制取硝酸的反应过程中，要不断地补充空气，使NO2尽可能多地转化为硝酸。 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 15 环节三：实验探究，氮的氧化物 一氧化氮和二氧化氮的化学性质 ① NO→NO2: _____________________ ② NO2→NO: _