3.3.1 氮的循环 课件-2025-2026学年高一上学期化学鲁科版必修第一册

该高中化学课件围绕“氮的循环”展开，涵盖自然界氮循环过程、氮的固定（自然与人工）、氮气及氮氧化物性质与转化等核心知识点。课堂导入通过“魔鬼谷”“雷雨发庄稼”等真实情境及模拟闪电固氮实验，衔接氮元素存在形式与循环过程，以物质类别与化合价对应关系为支架构建知识脉络。 其亮点在于融合真实情境与实验探究，如“雷雨发庄稼”情境分析、模拟闪电固氮实验操作及现象记录，培养学生科学探究与实践能力。结合合成氨史话（三个诺奖）渗透科学态度与责任，通过问题驱动（如“NO₂是否为酸性氧化物”）及表格对比（NO/NO₂性质、危害与应用）深化科学思维。学生能提升知识应用与探究能力，教师可直接使用丰富情境素材与实验设计优化教学。

第三章 物质的性质与转化 第3节 氮的循环 核心素养发展目标 1.通过了解自然界中氮循环的基本过程，认识氮循环过程中的重要物质，并了解含氮物质的相互转化在生产、生活中的应用及对生态环境的影响，增强科学态度与社会责任。 2.通过实验探究和真实情境，了解氮气、一氧化氮和二氧化氮的性质，培养科学探究和创新意识。 一、自然界中的氮循环 氮元素 游离态: N2 化合态: 氮的氧化物、氨（NH3）、铵盐（NH4+）、硝酸盐（NO3-）、 蛋白质、核酸等 生命元素 1．自然界中氮的循环 2. 人类的活动 氨 氮氧化物 微生物分解 交流·研讨 氮元素化合价 物质类别 氢化物 单质 氧化物 酸 碱 盐 NO NH3 N2 NO2 HNO3 KNO3 NH4Cl NH3·H2O N2O3 N2O N2O4 N2O5 HNO2 NaNO2 (1)定义：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。 游离态→化合态 (2)分类： 1．氮的固定 二、氮循环中物质的性质及物质之间的转化 想一想：一氧化氮与氧气反应生成 二氧化氮是氮的固定吗？ 2NO + O2 == 2NO2 某些金属有机化合物可以起到根瘤菌的作用,这些金属有机化合物做催化剂实现了常温常压固氮 含氮化合物之间的转化不属于氮的固定 “种豆肥田” 自然固氮 自然固氮 “雷雨发庄稼” NH3 N2 NO NO2 HNO3 O2 H2O 碱\盐\碱性氧化物 NO3 - NH4 + 设计雷雨天N2到NO3- 的转化路径 -3 0 +2 +4 +5 单质 氧化物 酸 盐 氢化物 物质类别 氮元素 化合价 氮气与氧气反应生成哪种氮氧化物？ 氮氧化物与水如何反应生成硝酸？ ↑ 观察·思考 模拟闪电固氮，认识氮及其化合物的性质 观察·思考 模拟闪电固氮，认识氮及其化合物的性质 实验操作 实验现象 化学方程式   气体颜色由无色变为红棕色 2NO + O2= 2 NO2 3NO2 + H2O =2HNO3+ NO NO易被O2氧化 ？ 红棕色气体变为无色；集气瓶中水面上升，但未充满集气瓶； 集气瓶内无色气体接触到空气变成红棕色。 2NO + O2= 2 NO2 想一想? 在新疆和青海的交界处，有一处山谷，每当牧民和牲畜进入后，风和日丽的晴天顷刻电闪雷鸣，人、畜遭雷击而毙命，奇怪的是这里牧草茂盛、四季常青，被当地人称为魔鬼谷。最近地质工作者揭开了谜底—该地质表层处有一巨大磁铁矿，当人畜进入后形成尖端放电。 请同学们用简单的化学方程式来解释牧草茂盛的原因. 电闪雷鸣--->>牧草茂盛,四季常青 2NO+O2==2NO2 3NO2+H2O==2HNO3+NO 进一步形成了硝酸盐 N2+O2==2NO 放电 “雷雨发庄稼” N2＋3H2 2NH3 优化条件 N2＋3H2 → 2NH3 N2很稳定 把空气变面包——合成氨 严苛 人工固氮 N N 微观 宏观 氮氮三键 合成氨：一个反应，三个诺奖 弗里茨·哈珀 1918年 博施 1931年 埃特尔 2007年 发明了N2和H2 直接合成氨的方法 改进了反应条件，实现 氨的规模化工业生产 发现了合成氨 的反应机理 人类力争撬动束缚氮分子的“叁 键”，在温和条件下获得氨气。 固氮技术展望--仿生固氮 金属有机化合物 人工固氮 （一）氮气 N2 颜色状态 气味 溶解性 密度(比空气) 无色气体 无味 难 略小 1、物理性质 2、化学性质 ① 与O2反应 ② 与H2反应 工业合成氨 N2化学性质很稳定，既有氧化性，又有还原性（皆很弱） N2分子中两个氮原子共用三对电子,相互作用力强,在通常情况下,结构特别稳定,化学性质不活泼 氧化剂 还原剂 可逆反应:相同条件下,能同时向正反两个方向进行的反应 氮气利用稳定性可用作保护气，充填灯泡。 ③ 与Mg反应 N2＋3Mg　　 Mg3N2 点燃 氮气一般不支持燃烧，但支持镁的燃烧。 氧化剂 Mg3N2+6H2O= 3Mg(OH)2+2NH3↑ 无水制备 3. 氮气的用途 ⑴ 作保护气（化学性质不活泼） ⑵ 是合成氨、制硝酸的主要原料 ⑶ 液氮可用作冷冻剂（沸点低 -195.8℃） 　　 合成氨工业 N2+3H2 2NH3 （二）氮的氧化物 1．氮的氧化物 均有毒 氮元素化合价 物质类别 氢化物 单质 氧化物 酸 碱 盐 +5 +4 +3 +2 +1 0 -3 NO NO2 HNO3 N2O3 N2O5 N2O HNO2 2NO2 N2O4 红棕色 无色 NO NO2 N2O4 酸性氧化物 笑气 2. NO和NO2 NO NO2 颜色、气味 密度 溶解性 相互转化 收集方法 无色、无味 难溶于水 红棕色、刺激性气味 易溶于水，发生反应 2NO＋O2===2NO2 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 比空气大 排水法 向上排空气法 支持燃烧 3NO2 + H2O =2HNO3+ NO 红棕色气体变为无色；集气瓶中水面上升，但未充满集气瓶（三分之二）；集气瓶内无色气体接触到空气变成红棕色。 2NO + O2= 2 NO2 NO2是不是酸性氧化物？ 2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O 此反应可用于工业制硝酸 3. 应用与危害 氧化物 危害 应用 NO 有毒，与血红蛋白结合能力强，容易造成人体缺氧 可作为传递神经的“信使分子”，具有扩展血管、提高免疫力、增强记忆力等作用 NO2 有毒，能使织物褪色，破坏多种织物和尼龙制品，对金属和非金属材料有腐蚀作用，另外还能够形成酸雨 雷雨天气NO2与雨水形成的硝酸降落到地面，与土壤中矿物作用形成硝酸盐，促进植物生长 思考·讨论 氮的氧化物溶于水的计算 (1) NO2 或NO2与NO 或NO2与N2（非O2）的混合气体溶于水 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 (2) NO2 和 O2 的混合气体溶于水 V(NO2)/V(O2) = 4︰1,恰好完全反应 ＞ 4︰1，NO2过量，剩余气体为NO，是过量NO2体积的1/3 ＜4︰1， O2过量，剩余气体为O2 3NO2+H2O = 2HNO3+NO 先3NO2+H2O = 2HNO3+NO 同时2NO + O2= 2 NO2 4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 （3）NO和O2同时通入水中 V(NO):V(O2) =4︰3，恰好完全反应 ＞ 4︰3，NO过量，剩余气体为NO ＜4︰3， O2过量，剩余气体为O2 先2NO + O2= 2 NO2 后3NO2+H2O = 2HNO3+NO 问题：向一支充有10 mL NO的试管中通入多少O2才能使水充满整个试管? 例1 下列关于氮的氧化物的说法中，正确的是 （　　） A.氮的氧化物都是酸性氧化物 B.氮的氧化物都既有氧化性，又有还原性 C. NO2 与 H2O 反应生成 HNO3，所以 NO2 是酸性氧化物 D. NO 和 NO2 均有毒 变式1 常温下将盛有10 mL NO2和10 mL NO的混合气体的试管倒立于水槽中并向其中通入O2，一段时间后，试管内还剩余2 mL气体，则通入O2的体积可能为 （　） A. 8 mL　　B. 8.5 mL C. 10 mL D. 10.5 mL 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 3NO2+H2O = 2HNO3+NO 4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 变式2 在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12 mL通入足量水中，充分反应后剩余2 mL气体（同温同压下），则原混合气体中O2的体积为（　　） ①1.2 mL　②2.4 mL　③3 mL　④4 mL A. ①④ B. ③④ C. ②③　　　　D. ①② Lavf58.28.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 $