7.1 氮的固定（教学课件）化学苏教版必修第二册

专题7 氮与社会可持续发展 第一单元 氮的固定 苏教版必修2 一氧化氮 二氧化氮 2 氮气 1 知识导航 知识导航 明·学习目标 1．能依据氮分子的微观结构预测其性质。 2．认识人工固氮的化学原理及社会价值。 3．体会化学科学在解决人类社会面临的粮食危机中所发挥的重要作用。 引·新课导入 氮气的发现史 虽然氮气是由拉瓦锡命名的，但科学界公认它的发现者是英国科学家丹尼尔·卢瑟福 引·新课导入 温故知新 思考 空气的组成稳定，其总体积中约78%是氮气，约21%是氧气。那么氮气可能具有怎样的性质？ 01 氮气 探·知识奥秘 一、氮气 1.氮气分子的结构 (1) 氮元素的“位——构——性” 元素位置 原子结构 元素性质 不容易得失电子，一般通过共用电子对与其他原子结合 主要化合价：_______________________ -3、0、+2、+4、+5 第三周期 第VA族 (2) 氮元素的存在形式 游离态 以 N2 分子的形式存在于空气中 化合态 动植物体内的蛋白质中，以及土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中 探·知识奥秘 一、氮气 2.氮气的性质 (3) N2的结构式与电子式 电子式：_________ 结构式：_________ ︰N⁝⁝N︰ N≡N (1) 物理性质 无色无味的气体，难溶于水，密度比空气略小，收集氮气用排水法。 氮气 熔点：-210 ℃ 沸点：-196 ℃ 密度：1.25 g/L 探·知识奥秘 一、氮气 (2) 化学性质 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。 ①金属镁： N2 + 3Mg Mg3N2 点燃 氧化性 N2 + O2 2NO 放电或高温 N2 + 3H2 2NH3 高温 高压 催化剂 ③氢气： ②氧气： 氧化性 还原性 探·知识奥秘 氮气保护技术通常应用于珍贵文物的保存和保护，国内外不乏先例。美国的《独立宣言》就密封在氮气环境中；中国博物馆和中南海毛主席故居纪念馆也是应用氮气保护法；北京房山云居寺“99石经回藏”也是氮气保护的成功典范。 请思考：为什么氮气可以作为保护气? 问题思考 氮气性质稳定，常温下不与物质发生反应，故可作保护气。 一、氮气 探·知识奥秘 一、氮气 3.氮的固定 (1) 概念 将大气中_______的氮转化为___________的过程叫做氮的固定。 游离态 含氮化合物 (2) 分类 自然固氮 高能固氮(如雷雨天气N2转化为NO) 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的作用) N2+O2 2NO； N2+ 3H2 2 NH3 高温、高压 催化剂 放电或高温 探·知识奥秘 一、氮气 自然固氮——生物固氮 充足的氮能使植物枝叶茂盛，叶片增大，光合作用增强，促进氨基酸和蛋白质的形成，从而使农作物的产量和产品质量得以提高。 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生物化学过程转化为含氮化合物，约占自然固氮的90% 探·知识奥秘 一、氮气 自然固氮——高能固氮 通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物，约占自然固氮的10%。 “雷雨发庄稼”：在放电条件下，空气中的氮气与氧气发生反应，生成一氧化氮。一氧化氮在空气中很不稳定，易被空气中的氧气进一步氧化生成二氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸。雨水中的硝酸渗入土壤后与矿物质作用生成硝酸盐，其中的硝酸根离子被植物的根系吸收，转化为植物生长所需的养料。 N2 NO NO2 HNO3 NH4NO3 N2+O2 2NO = 放电或高温 2NO+O2 = 2NO2 3NO2+H2O = 2HNO3+NO HNO3+NH3 = NH4NO3 探·知识奥秘 一、氮气 自然界中氮元素的循环 探·知识奥秘 一、氮气 人工固氮 仅靠自然界的生物固氮和高能固氮，远远不能满足农业生产对氮元素的需求，世界各国越来越迫切需要发展氮肥工业。人工固氮技术是20世纪人类最伟大的成就之一，化学家通过化学反应制得了植物可吸收的含氮化合物，为人类解决粮食短缺问题作出了巨大贡献。 哈伯（1868—1934） 哈伯和博施等化学家经过无数次的失败和不懈努力，最终用饿催化剂在1.75×107Pa、550℃的条件下以氮气和氢气为原料，得到浓度为8%的氨，为合成氨的工业化奠定了基础。此后，他们又经过数千次实验的尝试，改变反应条件，并寻找到廉价易得的多种含铁化合物组成的催化剂，于1913年建成了世界上第一座合成氨厂。哈伯和博施也因此在1918年和1931年分别荣获诺贝尔化学奖。 探·知识奥秘 一、氮气 人工固氮 反应原理：与氢气反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4kJ•mol-1 高温、高压 催化剂 探·知识奥秘 一、氮气 4.氮气的用途 (1) 制冷剂 (3) 制氨气、硝酸、化肥、炸药 (2) 保护气、冷藏食品 液氮治疗皮肤病：鸡眼，瘊子等 探·知识奥秘 拓展延伸 一、氮气 充足的氮能使植物枝叶茂盛，叶片增大，光合作用增强，促进氨基酸和蛋白质的形成，从而使农作物的产量和产品质量得以提高。植物通过自然固氮可以从空气中获得化合态的氮，但这不能满足许多植物生长的需要。科学家正致力于探索豆科植物“轻而易举”实现固氮的机理，建立了多种化学模型模拟生物固氮，争取实现在温和条件下固定空气中的氮为人类所用，以解决人工化肥效率不高，以及对土壤和环境带来一定副作用等问题。 科学家发现根瘤菌中存在固氮酶。固氮酶的分子很大，结构也很复杂，它是由二氮酶和二氮还原酶两种蛋白质组成的。这两种蛋白质对氧非常敏感，一旦遇氧就很快导致固氮酶的失活。固氮酶如此怕氧气，所以整个研究过程必须在严格无氧气的条件下进行，这无疑给研究增加了难度。所以，时至今日，化学模拟生物固氮仍在探索之中。 析·典型范例 1.有关氮元素的说法不正确的是（ ） C A．氮元素是一种活泼的非金属元素，但N2性质稳定 B．人类从动植物中获得氮元素 C．植物能直接从空气中合成获得氮元素 D．氮元素能促进植物的生长 析·典型范例 2.生物固氮是指（ ） D A.生物从土壤中吸收含氮养料 B.将含氮化合物转变为植物蛋白质 C.土壤中的硝酸盐被细菌分解转化为氮气 D.豆科植物根瘤菌将空气中的氮气转变为含氮化合物 析·典型范例 3.下列关于氮气的说法错误的是（ ） D A．氮气在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸 B．液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境 C．利用氮气的稳定性，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气 D．在高温高压、催化剂条件下与氢气反应时，氮气作还原剂 02 一氧化氮 二氧化氮 探·知识奥秘 二、一氧化氮 二氧化氮 1.物理性质 物质 颜色 状态 气味 毒性 水溶性 NO _____ 气体 _____ 有毒 ___溶于水 NO2 _______ 气体 ______ 有毒 ___溶于水 无色 无味 不 红棕色 刺激性 易 大气中NO和NO2达到一定浓度时都会对人体造成伤害，能引发上呼吸道及肺部疾病。 探·知识奥秘 二、一氧化氮 二氧化氮 2.化学性质 2NO＋O2=2NO2 3NO2＋H2O=2HNO3＋NO (工业上可以用于制硝酸) ①氧气：NO易被空气氧化为NO2 ②水：NO2会与水发生氧化还原反应 2NO2＋2NaOH = NaNO3＋NaNO2＋H2O ③NaOH：NO2会与NaOH发生歧化反应； NO和NO2会与NaOH发生归中反应 NO2＋NO＋2NaOH = 2NaNO2＋H2O 探·知识奥秘 归纳小结 二、一氧化氮 二氧化氮 NO NO2 色、态、味 密度 溶解性 毒性 物质类别 N的价态 与氧气反应 与水反应 对环境的影响 红棕色有刺激性气味气体 无色无味气体 比空气大 比空气略小 易溶于水，易液化 难溶于水 有毒，大气污染物之一 特殊氧化物 不成盐氧化物 +4 +2 不反应 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 不反应 NO与血红蛋白结合使人中毒；NO、NO2导致光化学烟雾，形成酸雨及破坏臭氧层；NOx都有毒 析·典型范例 1.关于氮氧化物的说法正确的是（　　） D A．氮氧化物一定对人体有害 B．可以用排水集气法收集NO2气体 C．雷电多的地方容易形成酸雨 D．收集NO要用排水集气法 析·典型范例 2.下列关于氮氧化物的说法正确的是（ ） A A．NO中的NO2杂质气体，可通过盛有水的洗气瓶除去 B．N2与O2在放电条件下直接化合成NO2 C．NO2溶于水时，NO2是氧化剂，水是还原剂 D．可用NO2与水反应制取硝酸，故NO2是酸性氧化物 氮的固定 氮气 一氧化氮二氧化氮 理·核心要点 物理性质 化学性质 氮气分子的结构 氮气的性质 氮的固定 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 1.下列反应中，不属于氮的固定的是（ ） A.N2和H2在一定条件下合成NH3 B.豆科植物把空气中的氮气转化为化合态的氮 C.雷电时，空气中的N2与O2反应生成NO D.由NH3制碳酸氢铵 D 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 2.氮元素在地球上含量丰富，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。下列叙述与氮元素的循环无关的是（ ） A.工业合成氨的过程是固氮的过程 B.自然界中，氨是动物体特别是蛋白质腐败后的产物 C.为防止粮食、罐头、水果等食品腐烂，常用氮气作保护气 D.在电闪雷鸣的雨天，N2与O2会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收 C 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 3.氮元素在海洋中的循环，是整个海洋生态系统的基础和关键。海洋中无机氮的循环过程可用如图表示，下列关于海洋氮循环的说法中正确的是（ ） A．海洋中不存在游离态的氮 B．②中的含氮物质转化属于氮的固定 C．④中的含氮物质转化属于氮的还原 D．向海洋中排放含NO3- 的废水不会影响NH4+的含量 C 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 4.下列关于 NO 和 NO2 的说法正确的是（　 　） A． NO2是红棕色气体，易溶于水，属于酸性氧化物 B． NO2可由 N2和 O2直接化合得到 C． NO 和 NO2 均既可以用排空气法收集又可以用排水法收集 D． NO 和 NO2 在一定条件下可以相互转化 D 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 5.在一定条件下，将6体积的NO2(不考虑N2O4)和一定体积的NO置于试管中，并将试管倒置于水中，当通入4.5体积的O2充分反应后，剩余1.5体积气体，则原NO体积可能为(　　) ①3体积　 ②4体积　 ③5体积　 ④5.5体积　 ⑤2体积 A．③ B．⑤ C．④或⑤ D．②或⑤ C 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 6.下列物质的转化必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是( ) ①N2→NO2 ②NO2→NO ③NO2→HNO3 ④N2→NO ⑤N2→NH3 A．① B．②⑤ C．④ D．③④ C 练·技能实战 感谢 您的聆听 THANKS 苏教版必修2 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 $