5.2.1 氮及其化合物 课件-2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

该高中化学课件聚焦氮及其化合物，以“从空气到粮食的氮之旅”为主线，通过全球粮食危机、农作物缺氮案例导入，引导学生探究氮气的“惰性”与“活化”、氮的固定、氨的制备及性质、铵盐特性，构建“问题-原理-应用”的知识脉络。 其亮点在于融合真实情境与实验探究，如用河南麦田缺氮数据、山东番茄减产案例培养科学态度，通过喷泉实验、铵盐与碱反应实验落实科学探究与实践，结合哈伯-博施合成氨故事渗透科学思维与责任。学生能联系生活理解化学价值，教师可借助案例与实验提升教学实效。

第五章 化工生产中的重要非金属元素 第二节 氮及其化合物 （第一课时） 沃土之需——从“空气”到“粮食”的氮之旅 沃土之需——从“空气”到“粮食”的氮之旅 当全球粮食危机的阴霾逐渐笼罩，保障粮食稳产增产成为关乎人类生存的重要命题；化肥是破解这一难题的关键抓手，而氮元素正是化肥家族中撑起粮食产量的核心力量。今天，就让我们一同走进氮及其化合物的世界，探寻它们从实验室走向田间地头的奥秘。 探究氮气的“惰性”与“活化” 01 农作物缺氮问题 缺氮导致作物生长异常 观察小麦田发现，缺氮植株叶片发黄、分蘖少，如2023年河南某麦田因缺氮亩产较正常田块降低约30%。 经济作物产量品质下降 山东寿光某番茄种植基地，缺氮导致果实小、着色不均，商品果率下降15%，农户收益显著减少。 全球农业缺氮现状 联合国粮农组织数据显示，全球约40%耕地存在不同程度缺氮，每年因缺氮造成粮食损失超2亿吨。 空气中78%是氮气，为什么农作物还会缺氮？ 氮气与氮的固定 1.氮元素 氮元素位于元素周期表的第二周期，VA族。 氮原子的最外层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。一般通过共用电子对与其他原子结合。 2.氮在自然界的存在 氮元素的存在形式 主要以N2形式存在于空气中，约占空气体积的78%。 游离态 部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中及土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中 化合态 氮气与氮的固定 3.氮气的性质 （1）物理性质 颜色 气味 状态 密度 水溶解 无色 无味 难溶 气体 密度比空气稍小 （2）化学性质 ① 稳定性：氮分子内两个氮原子间以共价三键（ ）结合，化学键稳定，断开该化学键需要较多的能量。N2的化学性质稳定，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。 氮气与氮的固定 在高温、放电等条件下，氮分子获得了足够的能量，使氮氮三键断裂，氮气能够与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应。 ② 氧化性 ③ 还原性 （3）用途：① 氮气常用作保护气，用于焊接金属、填充灯泡、保存食品等； ② 氮气是合成氨、制硝酸的重要原料；③ 液氮可用作制冷剂，应用于医学、科技等领域。 氮气与氮的固定 4.氮的固定 （1）定义：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定。 （2）分类： 氮的固定 雷电固氮 自然固氮 仿生固氮（某些金属有机化合物可起到根瘤菌的作用） 人工固氮 生物固氮（如豆科植物的根瘤固氮） 工业合成氨（最重要的人工固氮途径） 氨的制备与性质探究 02 氨和铵盐 1.氨 颜色、状态 气味 密度 特性 溶解性 无色气体 刺激性气味 小于空气 易液化 极易溶于水 （1）物理性质 在常温常压下，1体积水大约可溶解700体积氨。 氨的沸点为-33.5℃，容易液化，在常压下冷却至-33.5℃时就会液化成无色液体，同时放出大量的热。 氨和铵盐 （2）化学性质 ① 与水反应——喷泉实验 【实验5-6】 如图所示，在干燥的圆底烧瓶里充满NH3，用带有玻璃管和胶头滴管（预先吸入水）的橡胶塞塞紧瓶口。倒置烧瓶，使玻璃管插入盛有水的烧杯中（预先在水里滴入少量酚酞溶液）。打开弹簧夹，挤压胶头滴管，使水进入烧瓶。观察并描述现象，分析出现这些现象的可能原因。 氨和铵盐 氨和铵盐 实验现象：烧杯中的酚酞溶液由玻璃管进入烧瓶，形成红色喷泉。 实验结论：①氨极易溶于水 ；②氨水显碱性。 NH3+H2O NH3·H2O +OH- 反应原理： NH3·H2O===NH3↑+H2O △ 氨气：高中阶段唯一的一种碱性气体 注意：NH3·H2O不稳定，易分解 氨和铵盐 1.形成喷泉的原理：容器内外产生较大的压强差。 2.产生压强差的原理：减小内压。 如图甲（或乙）烧瓶内的气体极易溶于水（或易与溶液中的溶质发生化学反应），从而使烧瓶内气压迅速降低，在大气压作用下，烧杯中的液体迅速向上流动，从而形成喷泉。 成功的关键： （1）装置气密性良好； （2）圆底烧瓶必须保持干燥； （3）圆底烧瓶内要充满氮气。 氨和铵盐 ② 与酸反应 NH3＋HCl = NH4Cl 氨可与酸反应生成铵盐。例如： NH3＋HNO3 = NH4NO3 NH3＋H2SO4 = (NH4)2SO4 注意： 易挥发的浓盐酸、浓硝酸与浓氨水均可产生白烟，但浓硫酸难挥发，与浓氨水反应不产生白烟。 氨和铵盐 ③ 与氧气反应 工业制硝酸的基础 失5×4e- 得10×2e- 还原性 高温 催化剂 -3 0 +2 -2 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 氨的其他氧化反应： a.与氯气反应： 2NH3 + 3Cl2 = N2+ 6HCl 8NH3 + 3Cl2 = N2+ 6NH4Cl b.与CuO反应： 2NH3 + 3CuO === N2+ 3H2O+3Cu （氨气少量） （氨气足量） 氨和铵盐 2.氨气的实验室制取 （1）实验原理 （2）实验装置 导气管要伸入接近试管底部 棉花的作用是防止因空气与NH3对流而使收集的NH3不纯 试管口应略向下倾斜，防止反应产生的水蒸气冷凝回流炸裂试管 氨和铵盐 （3）收集方法：氨气极易溶于水且密度比空气小，通常用向下排空气法收集 （4）验满方法：用湿润的红色石蕊试纸接近试管口——变蓝 （5）干燥方法：氨气是碱性气体，常用碱石灰作干燥剂，不能用酸性干燥剂（浓硫酸、P2O5等）干燥，也不能用无水CaCl2干燥。常用的干燥装置如下： 氨和铵盐 （6）尾气处理：多余的氨要吸收掉(可在导管口放一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球)，以避免污染空气。但多余气体在尾气吸收时要防止发生倒吸。常采用的装置如下: 将NH3通入此装置时，因NH3极易溶于水，使制取NH3的装置内的压强小于大气压强，水被倒吸入漏斗中，水面下降，与漏斗口分离，在重力作用下，漏斗中的水又回落到烧杯中，达到防倒吸的目的。 氨和铵盐 （7）实验室制取NH3的注意事项 ① 不能用NH4NO3制取NH3，因为NH4NO3加热时会发生爆炸；不能用(NH4)2CO3、NH4HCO3的原因是它们受热均易分解产生CO2，使生成的NH3中混有较多的CO2杂质。 ② 熟石灰不能用NaOH、KOH代替，原因是NaOH、KOH具有吸湿性，易结块，不利于产生NH3，且在加热条件下易腐蚀试管。 ③ 由于NH3极易溶于水，在制备、收集过程中，应尽可能不与水接触，以减少损失和防止倒吸。 氨和铵盐 实验室制取氨气的其它方法： ①加热浓氨水法 ②浓氨水+生石灰（或氢氧化钠固体）法 NH3•H2O NH3↑+H2O △ NaOH（或CaO）溶于水后放热，促进NH3•H2O分解 溶液中的OH-浓度增大，减小NH3的溶解度 氨和铵盐 3.铵盐 （1）定义：由铵根离子(NH4+)和酸根离子构成的化合物，如:氯化铵(NH4Cl)、硝酸铵(NH4NO3)、硫酸铵[(NH4)2SO4] （2）物理性质：绝大多数铵盐都是白色或无色晶体且易溶于水。 （3）用途：铵盐是农业上常用的化肥，如硫酸铵、碳酸氢铵、硝酸铵等。 氨和铵盐 4.铵盐的化学性质 （1）受热易分解 （2）与碱反应 在不加热的条件下： 与碱液在加热的条件下： 氨和铵盐 5.铵盐与碱的反应 【实验5-7】 实验操作：向盛有少量NH4Cl溶液、NH4NO3溶液和(NH4)2SO4溶液的三支试管中分别加入NaOH溶液并加热（注意通风），用镊子夹住一片湿润的红色石蕊试纸放在试管口。 氨和铵盐 氨和铵盐 实验现象：产生有刺激性气味的气体，湿润的红色石蕊试纸变蓝。 实验结论： 加热条件下，铵盐与碱反应，有氨气放出： 注意： （1）与碱反应放出氨气是铵盐的通性，因此某物质与碱反应，若放出的气体是氨气，则可以确定该物质中含有NH4+。 （2）铵态氮肥应注意密封、低温保存，且不能与碱性物质（如草木灰，主要成 分是 K2CO3）混用。 氨和铵盐 6.铵根的检验方法 （1）固体 ① 取少量样品放入研钵中，加入固体碱进行研磨。若闻到氨的刺激性气味，则说明样品中含有NH4+。 ② 取少量样品与碱混合于试管中，加热后将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，若红色石蕊试纸变蓝，则说明样品中含有NH4+。 （2）溶液 取少量溶液于试管中，加入浓碱液，微热，将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，红色石蕊试纸变蓝，则说明样品中含有NH4+。 合成氨的工业历程与社会价值 03 哈伯与博施的故事 20世纪初，世界人口激增，粮食危机迫在眉睫。土壤中的天然氮肥（来自雷电、根瘤菌）已无法满足需求。如何“从空气中制造面包”成为世界性难题。 哈伯没有走前人“高温高压直接反应”的老路，而是创造性地提出了 “循环工艺” 的构想。 弗里茨·哈伯 他通过精确的热力学计算和实验，找到了在 “500~600 ℃，17.5~20.0 MPa” 条件下，使用锇为催化剂，让氮气和氢气持续反应生成氨的方法 这体现了科学探究中“假设-验证-模型建立”的完整过程，以及创新思维——用新思路解决老问题 哈伯与博施的故事 哈伯的实验室成果中，那个能耐受高温高压、抵抗氢气侵蚀的反应器，是用昂贵的铂金做的，无法工业化。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。1913年，一个年产量7000 t的合成氨工厂建成并投产，合成氨的工业化生产终于实现。 从此，合成氨成为化学工业中迅速发展的重要领域。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。 课堂讨论——光明的背面 一项拯救了亿万生命的伟大发明，是否也可能带来深重的灾难？ 历史另一面： 战争的武器： 第一次世界大战中，德国将合成氨技术迅速转向军事用途。氨是制造硝酸的关键原料，而硝酸是制造炸药（如TNT）的必需品。正是这项技术，使德国在海外硝石供应被切断后，仍能持续进行战争。 课堂讨论——光明的背面 哈伯的悲剧： 哈伯本人狂热爱国，亲自领导了化学武器（氯气）的研发与使用，开启了化学战的历史。他的妻子克拉拉（同为化学家）因强烈反对而自杀。战后，哈伯被列为战犯，晚年孤独，在流亡途中去世。 博施的困境： 博施在二战前曾试图抵制纳粹的战争政策，保护犹太裔科学家，但最终无力回天。他的工厂成为战争机器的一部分。 1.科学家的社会责任边界在哪里？ 2.如何评价一项技术的“好”与“坏”？ 3.今天我们如何做得更好？ 化学的力量，在我们手中 氮，是生命不可或缺的元素。哈伯与博施，用智慧和毅力，驾驭了它。 他们的故事告诉我们：科学赋予我们改变世界的能力，而伦理与责任，决定我们改变世界的方向。未来的化学，将由你们书写。 N2 NH3 随堂测试 1. 下列关于氨气、氨水和铵盐的叙述正确的是（ ） A．NH3易液化，液氨常用作制冷剂 B．实验室常用向上排空气法收集氨气 C．氨水中只含有NH3和H2O两种分子 D．铵盐较稳定，不怕风吹雨打日晒，可露天贮存 A 随堂测试 2.下列反应起了氮的固定作用的是（ ） A、N2、H2在一定条件下反应生成NH3 B、NH3经催化剂氧化生成NO C、NO与O2反应生成NO2 D、由NH3制碳铵和硫铵 A 随堂测试 3.实验室制取氨、收集、验证其还原性并进行尾气处理的装置和原理能达到实验目的的是(　　) A.用装置甲制取氨 B.用装置乙收集氨时气体应该从a口进b口出 C.装置丙中黑色固体变成红色时还原产物一定为铜 D.可以用装置丁吸收氨,进行尾气处理 B 随堂测试 4.下图是课外活动小组的同学设计的4个喷泉实验方案，下列有关操作不可能引发喷泉的是(　　) A.挤压装置①的胶头滴管使CCl4全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹 B.挤压装置②的胶头滴管使饱和NaHCO3溶液全部进入烧瓶，然后打开止水夹 C.用鼓气装置从装置③的a处不断鼓入空气并打开止水夹 D.在装置④的水槽中加入适量生石灰并打开止水夹 B THE END 谢谢 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Packed by 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