7.1氮的固定 课件 2024-2025学年高一下学期化学苏教版（2019）必修第二册

第一单元 氮的固定 1 学习任务一 氮的固定 学习任务二 氮氧化物的性质 ◆新课探究 ◆课堂评价 2 学习任务一 氮的固定 【课前自主预习】 1.氮元素的存在及氮分子的结构 （1）自然界中氮元素的存在 （2）氮分子结构 氮分子的电子式为_________，结构式为_______， 的化学性质很不活泼， 通常条件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。 新 课 探 究 3 2.氮的固定 （1）自然固氮 ①氮的固定：将空气中游离态的氮转化成含氮化合物。 ②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）将空气 中的氮气通过______________转化为含氮化合物。 ③高能固氮：通过______、火山爆发等途径产生含氮化合物，如在放电或 高温条件下氮气和氧气能直接化合生成 ，反应的化学方程式是 ______________________，该反应的还原剂是____。 生物化学过程 闪电 新 课 探 究 4 （2）人工固氮 氮气在高温、高压、催化剂的情况下，能与氢气化合生成 ，反应的化 学方程式是_ ________________________，该反应的氧化剂是____。 新 课 探 究 5 【情境问题思考】 在新疆和青海交界处有一条狭长山谷，当地牧民经常遇到在风和日丽 的晴天顷刻间电闪雷鸣，狂风大作，人畜往往遭雷击倒下。奇怪的是，这 里的牧草茂盛、四季常青，被当地牧民称为“魔鬼谷”。 新 课 探 究 6 问题一： “魔鬼谷”牧草茂盛、四季常青的原因是什么？ 提示：雷电时空气中的和发生反应生成，被氧化为 ， 与水反应生成， 随雨水进入土壤生成硝酸盐，相当于给牧 草施加了氮肥，因此“魔鬼谷”牧草茂盛、四季常青。 问题二： 氮元素在元素周期表中处于什么位置？氮气分子由氮原子通过 几个共用电子对构成？ 提示：氮元素位于元素周期表中第二周期ⅤA族；氮原子最外层有5个电子， 故两个氮原子通过形成3个共用电子对构成氮气分子，使氮原子最外层达 到8电子稳定结构。 新 课 探 究 7 问题三： 根据氮分子的结构及氮元素的价态预测氮气具有哪些化学性质？ 提示：氮分子中存在氮氮三键，破坏氮气分子中氮原子之间的共价键需要 很大的能量，所以氮气分子很稳定。氮气中的氮元素显0价，反应中化合 价既能降低，又能升高，氮气既有氧化性，又有还原性。在高温或放电等 条件下，氮气分子获得了足够多的能量，也能与一些金属或非金属单质发 生反应，生成含氮化合物。 新 课 探 究 8 问题四： 利用氮气制氮肥的关键是氮的固定。将氮气转化为氮氧化物或 者氨气，实现氮元素化合价的升高或降低，上述变化过程中，分别体现了 氮气什么性质？ 提示：氮气转化为氮氧化物体现氮气的还原性，氮气合成氨体现氮气的氧 化性。 新 课 探 究 9 【核心知识讲解】 1.氮的固定 2.自然界中的氮循环 新 课 探 究 10 【知识迁移应用】 例1 下列关于 的说法错误的是( ) A.通常情况下的性质很稳定,所以 可在电焊时作保护气 B.反应 是汽车尾气造成污染的主要原因之一 C.的质量约占空气总质量的 D.在反应中, 作氧化剂 [解析] 可在电焊时作保护气,是利用氮气的稳定性,A正确;汽车尾气造成 污染的主要原因之一是 ,B正确;氮气的体积约占空气总体积 的,C错误;在反应中,元素的化合价降低,得电子,即 作氧化剂,D正确。 √ 新 课 探 究 11 例2 海洋中氮循环是海洋生物多样性和稳定性的重要保证，海洋中无机 氮的循环过程如图所示。下列关于海洋氮循环的说法正确的是( ) A.过程④中可能有氧气参与 B.海洋中不存在游离态的氮 C.海洋中的“反硝化作用”过程中氮氧化 物被氧化 D.向海洋排放含 的废水不会影响海 洋中 的含量 √ 新 课 探 究 12 [解析] 过程④中氮元素的化合价升高， 被氧化，可能有氧气参与反应， A正确； 过程①中 进入海水，故海洋中存在游离态的氮，B错误； 海洋中的“反硝化作用”过程中，转化为，转化为 ，氮元素化合 价降低，含氮化合物被还原，C错误； 从循环图中可以看出，向海洋排放含的废水会影响海洋中的含量， D错误。 新 课 探 究 13 ［规律小结］ 氮气中的氮元素为0价，处于氮元素的中间价态，故氮气既有氧化性，又 有还原性；氮分子很稳定，故氮气很难发生反应。 新 课 探 究 14 学习任务二 氮氧化物的性质 【课前自主预习】 1.一氧化氮 （1）物理性质 是____色、无味的有毒气体，微溶于水。 无 （2）化学性质 具有较强的还原性，在常温下与氧气反应生成 ，化学方程式为 __________________。 新 课 探 究 15 2.二氧化氮 （1）物理性质 是______色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气的____，____液 化，____溶于水。 红棕 大 易 易 （2）化学性质 溶于水生成硝酸和一氧化氮，化学方程式为 ______________________________。 新 课 探 究 16 【实验问题探究】 如图所示，在一支 的注射器里充入 ，然后吸入 水，用乳胶管和弹 问题一： 上述实验中发生了哪些化学反应？观察到哪些实验现象？ 提示：实验中发生的化学反应有 ， 。 实验现象：第一次振荡时，无明显现象；吸入空气后气体变为红棕色，再 振荡后气体又变为无色，同时注射器的活塞向里移动。 簧夹封住管口，振荡注射器，打开弹簧夹，快速吸入 空气后夹上弹簧夹， 振荡注射器。 新 课 探 究 17 问题二： 若将注射器中的 充分转化，可采取什么措施？上述实验对工 业生产硝酸有什么启示？ 提示：吸入足量空气，当过量时，可完全溶于水生成 ；工业生 产硝酸时，可通入足量空气，提高元素的转化率，减少尾气中 的含量。 新 课 探 究 18 【核心知识讲解】 1.和 的性质比较 颜色 无色 红棕色 毒性 有毒 有毒 溶解性 微溶于水 易溶于水 与 不反应 与 不反应 新 课 探 究 19 2.氮氧化物溶于水的计算 （1） 溶于水 ①反应原理： ②反应分析：剩余气体为， （2）和 的混合气体溶于水 反应循环，由得 新 课 探 究 20 （3）和 的混合气体溶于水 反应循环，由得 新 课 探 究 21 【知识迁移应用】 例3 下列关于氮氧化物的说法中，正确的是( ) A.能与水反应生成硝酸， 是酸性氧化物 B.和 都是无色有刺激性气味的气体，有毒 C.和 都可以用排水法或排空气法收集 D.和在放电时生成的是，不是 √ 新 课 探 究 22 [解析] 与水生成硝酸的反应是氧化还原反应： ，不是酸性氧化物，A项错误； 是无色的气体， 是红棕色有刺激性气味的气体，二者都有毒，B项错误； 能与水反应，且密度比空气大，只能用向上排空气法收集，能与 反应，只能用排水法收集，C项错误； 和在放电时生成的是， 再与反应可生成 ，D项正确。 新 课 探 究 23 例4 将盛有和 的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后， 还剩余无色气体，则原混合气体中 的体积可能是( ) A. B. C. D. √ [解析] 根据化学方程式： 、 ，剩余的气体有两种可能：①若剩 ， 另外气体发生 的反应，则二氧化氮占 气体的，即体积为； 新 课 探 究 24 例4 将盛有和 的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后， 还剩余无色气体，则原混合气体中 的体积可能是( ) A. B. C. D. √ ②若剩 ，根据反应，得到生成 气体消耗二氧化氮气体的体积为，说明另外还有气体发生 的反应，则这气体中二氧化氮占 ，则二 氧化氮气体总的体积为 ，C符合题意。 新 课 探 究 25 ［规律小结］ 氮氧化物溶于水的问题分析 无论是单一气体还是、、 中的两者或三者的混合气体、反 应的实质是， ，故若有气 体剩余只能是或，不可能是 。 （1）若和 通入水中，总反应式为 。 （2）若和 通入水中，总反应式为 。 新 课 探 究 26 1.判断下列说法是否正确（错的打“×”,对的打“√”）。 （1）空气中的体积分数约为 。( ) √ （2）在高温条件下与发生燃烧反应生成 。( ) × （3）在空气中易转化为红棕色的 。( ) √ （4）与的反应， 只作氧化剂。( ) × 课 堂 评 价 27 2.20世纪初，人类通过高压电弧使空气中的氮气与氧气进行反应，生成氮 氧化物，并进一步氧化吸收以合成硝酸。该过程属于( ) A.人工固氮 B.自然固氮 C.大气固氮 D.生物固氮 [解析] 人类通过高压电弧使空气中的氮气与氧气进行反应，生成氮氧化物， 即氮气和氧气化合生成了 ，所以属于人工固氮。 √ 课 堂 评 价 28 3.薯条等膨化食品的袋子里填充的是食品级氮气。下列有关氮及其氧化物 的说法正确的是( ) A.、和 均为无色气体 B. 既具有氧化性，又具有还原性 C.雷雨天，空气中的和反应生成 D.和 都可稳定存在于空气中 [解析] 为红棕色气体，A错误；中的氮元素为0价，既能降低到 价，也能升高到 价，故既具有氧化性，又具有还原性，B正确；雷雨天， 放电条件下，空气中的和反应生成，C错误； 不能稳定存在， 易被氧化为 ，D错误。 √ 课 堂 评 价 29 4.对二氧化氮溶于水的反应，下列说法正确的是( ) A.氧化剂与还原剂的质量之比为 B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为 C.是氧化剂， 是还原剂 D.在反应中若有参与反应时，有 电子发生转移 [解析] 在反应 中，氧化剂和还原剂均为 ，为氧化产物，来源于还原剂， 为还原产物，来源于氧化剂， 故氧化剂、还原剂质量之比为 ，氧化产物与还原产物的物质的量之比 为，A正确，B、C错误；由方程式可知， 参与反应转移 电子，D错误。 √ 课 堂 评 价 30 5.某气体可能含、、 中的一种或几 种，将盛满一定量此气体的集气瓶倒扣入水中 （如图甲），最终集气瓶内有气体剩余 （如图乙），则原气体( ) A.一定含有 B.一定含有 C.一定不含 D.一定含有 [解析] 甲到乙过程液面上升，一定含有与水反应或能溶于水的气体， 、、中只有 易溶于水且与水能发生反应，则气体中一定有 。 √ 课 堂 评 价 31 6.自然界中存在很多物质循环过程。 下图是自然界中氮循环示意图,请回 答下列问题： （1）自然界中的固氮和人工固氮的 共同点是________________________ ________________________________。 将游离态的氮转化为化合态的氮或将氮气转化为含氮的化合物 [解析] 自然界中的固氮和人工固氮的共同点是将游离态的氮转化为化合态 的氮或将氮气转化为含氮的化合物。 课 堂 评 价 32 （2）硝化细菌可以将氨气氧化成亚硝酸,请配平下列反应： ______ ______ ,其中还原产物为____________。 2 3 2 2 和 [解析] 根据反应可知氮元素的化合价从价升高到 价,失去6个电子,氧 元素的化合价从0价降低到 价,得到2个电子,根据得失电子守恒可知配平 后的化学方程式为 ,氧气是氧化剂,还原产物 为和 。 课 堂 评 价 33 （3）氮循环是生态系统中物质循环的重要组成部分,人类活动影响了氮循 环中的物质转化。下列说法中正确的是_______。 A.工业合成氨属于人工固氮过程 B.硝化过程中氮元素被还原 C.含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化 D.反硝化过程有助于稳定 在大气中的含量 √ √ √ 课 堂 评 价 34 [解析] 人工固氮是在人为的条件下将氮元素的单质转化为化合物的过程, 所以工业上用氮气和氢气合成氨属于人工固氮过程,A正确;硝化过程中 、中氮元素的化合价由价变化为、中的价、 价, 氮元素的化合价升高,失电子被氧化,发生氧化反应,B错误;、 经同 化作用变为动植物蛋白中的元素,动植物蛋白经氨化作用转化为 或 ，故含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化,C正确;反硝化过程生成 氮气,向大气提供氮气,即反硝化过程有助于弥补人工固氮对氮循环造成的 影响,D正确。 课 堂 评 价 35 7.如图所示是氮元素的几种价态与物质类别的对应关系，回答下列问题： （1）写出镁条在空气中燃烧生成含氮化合物的化学方程式： _____________________。 [解析] 和镁反应生成氮化镁。 课 堂 评 价 36 （2）从元素的化合价分析， 具有氧化性和还原性。各举一例说明 （用化学方程式表示）。 氧化性：_ ________________________。 还原性：____________________________。 （合理即可） [解析] 中的氮元素为0价，既有氧化性又有还原性。 课 堂 评 价 37 （3）与图中的物质C常用于检验 的存在，则C的化学式为 _______，该检验反应的离子方程式为___________________。 [解析] 与常用于检验 的存在。 （4） 与水反应生成物质A的化学方程式为_______________________ __________。 [解析] 与水反应生成硝酸和 。 课 堂 评 价 38 （5） 和B在一定的条件下能否发生反应？____。（填“能”或“不能”） 能 [解析] 根据氧化还原反应中的价态归中规律，可知和 在一定条件 下能反应生成 和水。 课 堂 评 价 39 $$