5.2.1 氮和氮的固定 一氧化氮和二氧化氮 课件-2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

该高中化学课件围绕氮元素及其化合物的转化关系展开，以价类二维图导入，构建从游离态到化合态的物质转化路径，通过实验探究NO与NO₂的性质及相互转化，层层递进地引导学生理解氮循环与人工固氮的意义，形成清晰的学习支架。 其亮点在于融合化学观念、科学思维与科学探究，突出“位构性”认知模型和“实验推理—证据分析—应用迁移”的教学逻辑。例如，利用注射器实验直观呈现NO转化为NO₂的过程，强化微观粒子变化的宏观表征，体现宏观-微观-符号三重表征思维；结合雷雨发庄稼的真实情境，激发学生对自然固氮与工业生产的对比思考，落实科学态度与责任。此设计既提升学生的问题解决能力，又助力教师实现素养导向的教学转型。

氮与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮 第五章 第二节 第一课时 课前引入 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 1 （大气：N2及少量的NH3、NO、NO2） 雷电作用 产生NO NH3 根瘤菌固氮 人工合成NH3 酸雨HNO3 动物遗体或者排泄物 铵盐或者氨 硝酸盐 NO经氧化等转化 亚硝酸盐 植物吸收产生蛋白质 硝酸盐分解产生氮气 硝化作用 NO、NO2 NO、NO2 【任务一】价类二维图-认识含氮化合物 课前引入 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 首先请同学们观察自然界中单循环示意图，找出参与循环的含氮物质有哪些，这些物质又属于哪种类别？（板书，横坐标） 除了物质类别之外，还有什么研究物质性质的角度呢 2 游离态的氮 氮的化合物 一、氮的固定 概念：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 那我们也可以根据课本上的这张图做一个总结，可以看到天气中的氮可以通过多种作用例如，雷雨，人工固氮，豆科植物的根瘤菌转化为氮的化合物，我们将这种过程就叫做氮的固定，即 3 一、氮的固定 概念：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程 氮的固定 分类 自然固氮 高能固氮(雷雨或者火山喷发) 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 可起到根瘤菌作用) 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 那你可以将氮的固定进行分类吗，比如我们可以将其分为自然固氮和人工固氮，属于自然固氮的应该是，，，属于人工固氮的应该是，，，，除此之后还有一种人工固氮的方法是，，， 4 人工固氮 在我们空气中含量最多的就是氮气，为什么还要固氮？ 已经有了自然固氮，为什么还要人工固氮？ 【任务二】物质转化——解码人工固氮 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 那这个时候问题就来， 我们知道空气中氮气的含量是很多的，那为什么要固氮呢（人类及动植物不能直接吸收氮气，易于被吸收的是含氮元素的粒子）既然有了自然固氮，为什么还要人工固氮呢（说明人类对于氮的需求量很大）-从我们刚刚的学习中也可以认识到但对于人类及动植物的重要性，说明氮是一种生命元素-那人工固氮的目标是什么呢（铵盐，硝酸盐）？我们又该如何进行人工固氮呢？-首先请同学们看课本的科学史话人工固氮方式之一-合成氨的内容 5 科学史话 弗里茨·哈伯 第一个从空气中制造出氨的科学家，加速了世界农业的发展，因此获得1918年诺贝尔化学奖。 卡尔·博施 格哈德·埃特尔 改进了高压合成氨的催化方法，实现了合成氨的工业化生产，并在发展高压化学方面取得成就。因此获得1931年诺贝尔化学奖。 发现了哈伯-博施合成氨的作用机理，并以此为开端推动了表面化学动力学的发展。因此获得2007年诺贝尔化学奖。 【任务二】物质转化——解码人工固氮 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 6 【任务二】物质转化——解码人工固氮 知识精讲 人工固氮 合成铵盐和硝酸盐 N2+O2======2NO 放电 或高温 N2→NO→NO2→HNO3→NaNO3 N2+3Mg === Mg3N2 点燃 N2+3H2 ==== 2NH3 催化剂 高温高压 可逆反应 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 人工固氮的目的是合成铵盐和硝酸盐，今天我们以价类二维图为例，一起探秘一下如何合成硝酸盐，其实就是我们黑板上的黑色这条线，从氮气到一氧化氮，是通过雷电作用实现的，可以看到条件是很苛刻的，那氮气与其他物质反应是不是条件也很苛刻呢？（比如和镁的反应，和氢气生成氨气的反应）那为什么氮气与他们反应的条件都很苛刻呢。让我们从N 的结构来思考 7 1. 非金属性：C < N < O 酸性：H2CO3 < HNO3 2. 氮元素的最高价态为+5，最低价态为-3。 结构决定性质 氮元素的“位-构-性” 3. 存在形式 ①游离态(主)：空气中-氮气分子 ②化合态：动植物体内-蛋白质 土壤、海洋里-硝酸盐和铵盐 无色无味 难溶于水 密度与空气相近 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 首先，我们从位构性的角度来认识氮气，氮气在第二周期，第五主族，以同周期为例，碳酸和硝酸谁的酸性更强呢？-从非金属性考虑到最高价氧化物对于水化物的酸性，氮的核外电子排布是-从核外电子排布可以知道，化合价的关系是，，，， 此外请同学们回忆一下氮气的电子式和结构式，---两个N原子是以三键件结合的，在发生化学变化时，断开该化学键比较难，所以氮气是很稳定的，钠氮气在自然界中应该是游离态还是化合态为主？ 8 一氧化氮和二氧化氮 【任务三】实验探究——氮的氧化物 N2→NO→NO2→HNO3→NaNO3 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 那我们再回到刚刚的转化过程，我们可以通过雷电的方式将氮气转变为一氧化氮，如何实现一氧化碳到二氧化氮到硝酸再到盐的转换呢，下来我们来做个实验 9 【任务三】实验探究——氮的氧化物 实验 装置 实验 操作 在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，观察颜色 ， 然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器 现象 ___________ 结论 无色 无明显现象 NO不溶于水， 且不与水反应 一氧化氮和二氧化氮 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 在实验的过程中，请大家注意观察颜色变化和注射器的体积变化--实验一氧化氮加入水-- 10 实验 装置 实验 操作 打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象，然后再振荡注射器 现象 _________________, 振荡后________________ 结论 无色气体变红棕色 红棕色变为无色 在一定条件下，NO和NO2可以相互转化。 【任务三】实验探究——氮的氧化物 一氧化氮和二氧化氮 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 下面我们来总结一下这个过程，我们发现气体的颜色由无色变为红棕色，震荡后又变为了无色，那这个过程发生了哪些反应呢？ 请同学们试着书写化学方程式 你能总结出一氧化氮和二氧化氮的性质吗 11 一氧化氮和二氧化氮 NO NO2 颜色、气味、状态 密度 毒性 溶解性 收集方法 转化 无色无味气体 红棕色刺激性气味气体 不溶于水 易溶于水 排水法 向上排空气法 与空气相近 大于空气 有毒（与血红蛋白结合） 有毒 2NO+O2===2NO2 3NO2+H2O===2HNO3+NO 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 现在我们认识到了一氧化氮和二氧化氮之间是可以转化的，那在此过程中，氧化剂和还原剂分别是哪一个？电子又是如何转移的呢？ 我们通过理论推导的方式认识到为硝酸，那我们继续吸入空气并将溶液注入小烧杯并加入紫色石蕊溶液，来验证一下是否是这样 12 【思考与讨论】 如果要将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？ 可以用注射器不断吸入空气，然后使注射器里的气体充分与水反应。 【任务四】应用迁移——工业生产硝酸 一氧化氮和二氧化氮 ×3 +） 4NO + 3O2 + 2H2O 4HNO3 ×2 4NO2 + O2 + 2H2O 4HNO3 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 下面我们再来思考一个问题，如果要将，，，，， 这对工业生产，，， 13 工业生产硝酸 【任务四】应用迁移——工业生产硝酸 一氧化氮和二氧化氮 这对工业生产硝酸有什么启示？ 向生产硝酸的尾气中通入氧气，利用氧 气将NO氧化为NO2实现循环利用。 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 由于一氧化氮和二氧化氮都是有毒的，因此我们可以通过改变气体体积比来试验一氧化氮和二氧化氮的转化，这也是遵循了我们实验设计的安全性和绿色性原则。 14 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。 【任务五】应用迁移——雷雨发庄稼 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 本节课的最后的，留给大家一个问题，，，， 15 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。 硝酸与土壤中矿物质作用形成可溶性硝酸盐，成为氮肥被植物吸收 。 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O =2HNO3 + NO N2+ O2 2NO 放电或高温 【任务四】应用迁移——雷雨发庄稼 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 16 Lavf58.20.100 a16f64f1a855aa035545a8a577ee9a5b Lavf58.20.100 033aef0849b6f399b304be26c9311957 Lavf58.20.100 2a7e94981f2eca08bd19651ea4ed9d4b $