第3节 氮的循环 第1课时（教学课件）化学鲁科版2019必修第一册

第三节 氮的循环 第1课时 自然界中氮的循环 鲁科版2019必修第一册 第三章 物质的性质与转化 自然界中氮的循环 壹 氮气 贰 知识导航 氮的氧化物 叁 新课导入 俗语有云：雷水发庄稼 农俗亦有云：“种豆子不上肥，连种几年地更肥” 自然界是怎样通过氮的循环为生物体提供氮元素的呢？ 一、自然界中的氮循环 新课探究 交流 · 研讨 1．自然界中的氮循环涉及许多氮及其化合物，指出上述物质的类别和其中氮元素的化合价。 酸 盐 氢化物 单质 氧化物 物质类别 NH3 N2 NO NO2 HNO3 +4 +2 0 -3 化合价 +5 +1 +3 2．自然界中的氮循环对人类的生活、生产有益，有的则产生了负面影响，你能举例说明吗？ N2O N2O3 N2O5 一、自然界中的氮循环 新课探究 氮原子的最外电子层有5个电子， 既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。 氮元素位于元素周期表的第二周期、第VA族。 氮原子一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。 主要化合价：-3，0，+2，+4，+5 氮原子的结构特点 一、自然界中的氮循环 新课探究 将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程。 氮的固定 自然固氮和人工固氮都是化学变化 自然固氮 闪电 10% 豆科植物 90% N2＋3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 人工固氮 氮的固定 雷电固氮 生物固氮 工业合成氮 仿生固氮 最为关注的研究课题 一、自然界中的氮循环 新课探究 观察 · 思考 实验 实验现象 实验结论 N2与O2发生反应     NO转化为NO2     NO2溶于水     无明显现象 有红棕色气体生成 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO a．红棕色气体变为无色气体； b．集气瓶中水面上升到原体积的约三分之一处； c．集气瓶内无色气体接触到空气，又变成红棕色 颜色 状态 气味 密度 溶解性 _____ _____ _____ 比空气______ 溶于水 无色 气体 无味 稍小 难 (1)物理性质 氮气的密度与空气的接近，只能用排水法收集 制冷剂 二、氮气 新课探究 (2)化学性质 N N 电子式 结构式 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。 可以用作保护气 二、氮气 新课探究 活动 · 探究 ①金属镁：___________________ ， 氮气表现 性； 氧化 ②氢气：____________________ ， 氮气表现 性； ③氧气：_________ ____________ 氮气表现 性。 氧化 还原 但在高温、放电等条件下，氮分子获得了足够的能量，使 N≡N 断裂，也可以和一些物质发生化学反应。 (2)化学性质 二、氮气 新课探究 N2O（笑气）、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5 六种， 其化合价分别是 。 1、N的氧化物的种类——它们都有毒，是大气污染物。 无色有甜味的气体,在室温下稳定,有轻微麻醉作用,并能致人发笑，已被列入《危险化学品目录》 +1，+2，+3，+4，+4，+5 三、氮的氧化物 新课探究 2、NO和NO2的物理性质 氧化物 颜色 气味 毒性 状态 水溶性 收集方法 NO NO2 无色 红棕色 无味 刺激性气味 有毒 有毒 气体 气体 不溶 易溶 排水法 向上排空气法 三、氮的氧化物 新课探究 3、NO和NO2的化学性质 易被O2氧化为NO2： ①NO 催化剂 ==== 加热 2NO+O2 ==2NO2 与NH3反应： 还原性 氧化性 与CO反应： 6NO + 4NH3 5N2 + 6H2O 2NO + 2CO N2 + 2CO2 三、氮的氧化物 新课探究 c. NO2具有较强的氧化性，可使湿润的KI淀粉试纸变蓝 a. 难被氧化，易与水反应生成HNO3和NO 3NO2+H2O ==2HNO3+NO ②NO2 （工业制取HNO3） 2NO2 N2O4 NO2 + SO2 === SO3 + NO b. 常温下易转化为 N2O4 还可将SO2氧化： 红棕色 无色 d.与NaOH溶液反应 (尾气处理方法) 2NO2+ 2NaOH =NaNO3+ NaNO2 +H2O NO+ NO2+ 2NaOH ==2NaNO2 +H2O 三、氮的氧化物 新课探究 ① ② 结合血红蛋白能力比CO还强，更容易造成人体缺氧 NO NO2 在扩张血管、提高免疫力、增强记忆力等方面有着重要作用 信使分子 能使多种织物褪色，损坏多种织物和尼龙制品 对金属和非金属材料有腐蚀作用 在空气中随雨水进入土壤，促进植物生长 ③．NO、NO2的其他性质 三、氮的氧化物 新课探究 实验操作 实验现象 实验结论 在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器 打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹 振荡注射器 注射器内无明显变化 NO难溶于水 注射器内气体变为红棕色 注射器活塞向左移动 NO和O2反应 生成红棕色NO2 气体的红棕色消失， 注射器活塞继续向左移动 NO2 溶于水生成 无色的NO ④拓展提升 三、氮的氧化物 新课探究 ④拓展提升——氮的氧化物溶于水的计算 （1）有关化学反应方程式 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ×2 + 2NO＋O2===2NO2 4NO2＋O2＋2H2O==＝4HNO3 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 按此比例的气体可以和水完全反应生成硝酸。 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ×2 + 2NO＋O2===2NO2 ×3 三、氮的氧化物 新课探究 若 NO2 通入水中，关系式为 3NO2＋H2O===2HNO3 ＋NO 。 剩余气体为NO 剩余V(NO) = V(NO2) 若 NO 和 NO2 通入水中，总关系式: 3NO2＋H2O===2HNO3 ＋NO 。 剩余V(NO) = V(NO)原＋ V(NO2) ④拓展提升——氮的氧化物溶于水的计算 三、氮的氧化物 新课探究 若 NO 和 O2 通入水中，总关系式为 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。 当体积比 V(NO)∶V(O2) < 4∶3　　O2过量，剩余气体为O2 ＝ 4∶3　　恰好完全反应,无气体剩余 > 4∶3　　NO过量，剩余气体为NO　 剩余V(NO) = V(O2) ④拓展提升——氮的氧化物溶于水的计算 三、氮的氧化物 新课探究 若 NO2 和 O2 通入水中，总关系式为 4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3 < 4∶1　　O2过量，剩余气体为O2 当体积比V(NO2)∶V(O2) ＝ 4∶1　　恰好完全反应，无气体剩余 > 4∶1　　NO2过量，剩余气体为NO　 剩余V(NO) = V(O2)] 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 剩余V(O2) = V(NO2) 剩余气体只能是NO或O2，不可能有NO2 ④拓展提升——氮的氧化物溶于水的计算 三、氮的氧化物 新课探究 若 NO2 、NO和 O2 通入水中 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 都假设NO2先完全与水发生反应生成NO，剩下的气体就是NO与O2的混合气体 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 剩下的就和情况③一样 ④拓展提升——氮的氧化物溶于水的计算 三、氮的氧化物 新课探究 俗话说“雷雨发庄稼”，试说出其中的原理，写出反应的化学方程式。 雷电发生时，N2和O2化合生成NO，NO迅速被氧化为NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3跟土壤作用生成硝酸盐，NO可被植物吸收。 深度思考 人工固氮的重要途径 工业合成氨 普利斯特里 1774年，普利斯特里通过加热氯化铵和氢氧化钙的混合物，首先收集到氨。 化学与技术 人工固氮的重要途径 工业合成氨 贝托莱 1784年，贝托莱经分析确定氨是由氮元素和氢元素组成的。 化学与技术 人工固氮的重要途径 工业合成氨 哈伯 1904年，德国化学家哈伯进行合成氨实验，测得反应所得气体混合物中有0.012%体积的氨，终于在1909年设计出一套高温、高压、催化合成氨的实验装置。 化学与技术 人工固氮的重要途径 工业合成氨 德国化学工程师博施经过大量试验找到了较为理想的铁催化剂，设计并建造了能够耐高温、高压的合成氨装置。 博施 化学与技术 氨的合成从实验室研制到工业化生产，经历了约150年的时间。 普利斯特里 贝托莱 哈伯 博施 人工固氮的重要途径 工业合成氨 化学与技术 我国现代合成氨工厂 解放前中国只有两家规模不大的合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展。1949年全国氮肥产量仅0.6万吨，而1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一。中国引进了一批年产30万吨氮肥的大型化肥厂设备。中国自行设计和建造的上海吴泾化工厂也是年产30万吨氮肥的大型化肥厂。这些化肥厂以天然气、石油、炼油气等为原料，生产中能量损耗低、产量高，技术和设备都很先进。 人工固氮的重要途径 工业合成氨 化学与技术 课堂小结 课堂小结 自然界中的氮循环、氮的固定 氮气的物理性质及化学性质 一氧化氮、二氧化氮的性质 01 02 03 NO、NO2性质比较 NO NO2 红棕色、刺激性气味、气体 不溶于水 有毒 3NO2 + H2O === 2HNO3 + NO 不成盐氧化物 非金属氧化物 2NO+2CO === 2CO2+N2 NO2+SO2 === NO+SO3 2NO + O2 === 2NO2 可使高锰酸钾溶液褪色 与CO中毒机理类似 2NO2 N2O4 (红棕色) (无色) 4NO＋3O2＋2H2O === 4HNO3 4NO2＋O2＋2H2O === 4HNO3 无色、无味、气体 易溶于水，与水反应 有毒 物质分类 物理性质 化学性质 特 性 色味态 溶解性 毒 性 氧化性 还原性 课堂小结 随堂演练 1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 (1)N2在高温条件下与O2发生反应生成NO2。(　　) (2)氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键(　　) (3)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气(　　) (4)白磷(P4)空气中自燃而氮气稳定存在，说明非金属性P比N强(　　) × × √ × 随堂演练 ③图丙中“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有____，说明NO2在该反应中显______性。 氧化 NO ④由图乙和图丙中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式：______________________。 NO2＋SO2===NO＋SO3 2．某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应，进行如下实验(如图所示)。 ①图甲两集气瓶中____(填“上”或“下”)瓶颜色深。 ②图乙中反应的现象是____________________________________。 下 两气体混合后，颜色由红棕色变为无色 随堂演练 3、试管内装有12 mL NO，然后间歇而缓慢地通入8 mL O2，下列有关实验最终状态的描述正确的是(　　) A．试管内气体呈红棕色 B．试管内气体为无色的NO C．试管内气体为无色的O2 D．试管内液面上升至充满整个试管 B 演示完毕 感谢聆听 分层作业见本课时word N2＋O2eq \o(=====,\s\up17(放电))2NO 2NO＋O2===2NO2 FormatFactory : www.pcfreetime.com Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$