5.2.1 氮气和氮的固定 课件-2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

知识导图 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 第二节 氮及其化合物 5.2.1 氮气与氮的固定 第五章 化工生产中的重要非金属元素 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 学习目标 1、通过对氮元素“位—构—性”的分析，认识氮元素在自然界中的存在形式，掌握氮气的结构、氮气的性质及氮的固定 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 1、1774，拉瓦锡在发现氧的著名实验中，经过科学的分析后，得出了反映事物本质的结论：空气是由两种气体组成，一种是能够帮助燃烧和呼吸的气体。另一种是不能帮助燃烧和呼吸的气体（这就是卢瑟福发现的“浊气”、舍勒发现的“浊空气”、普利斯特里发现的“吸饱了燃素的空气”、卡文迪许发现的“窒息的空气”），命名为氮，意思是“无益于生命”，拉瓦锡拭净了蒙在这一元素上的尘灰，人们终于科学地认识了空气的基本组成，那么请思考自然界中的氮元素是如何存在的? 思考 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 一硫 一、氮气与氮的固定 1、氮元素的存在 既有游离态，又有化合态。氮元素在自然界中主要以氮分子的形式存在于空气中(N2约占空气总体积的78%、总质量的75%)，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中 空气中的氮气 土壤海洋中硝酸盐和铵盐 动植物蛋白质 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 2、氮是自然界各种生物体生命活动不可缺少的重要元素，自然界是怎样通过氮的循环为生物体提供氮元素的呢？ 思考 结构 性质 用途 决定 决定 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 氮的原子结构示意图如下，氮元素位于元素周期表的第二周期、第ⅤA族，氮元素的非金属性比氧元素弱，比碳元素强。氮元素原子最外层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子，氮原子一般以共用电子对的方式和其他原子结合构成物质。自然界中，氮元素主要以单分子(氮气)的形式存在 2、氮元素的位置、结构 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 常温下，为无色无味的气体；密度比空气略小；不溶于水，易液化，液氮常制作低温制冷剂 3、氮气的物理性质 冷冻治疗 液氮食品 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 思考 3、回忆上学期所学知识，请根据“位置—结构—性质”模型及元素周期律相关知识推测氮气可能具有的化学性质？ ①分析物质类别——找通(共)性 ②分析核心元素化合价——判断其氧化性或还原性 ③特殊点——注意物质的特殊性(个性) 具体方法：类比常见的同类别物质，找出同类物质具有的通性 具体方法：写出核心元素化合价，判断化合价可升或可降 具体方法：物质的特殊性(个性)需要理解记忆 物理 和 化学 性质 实验探究验证 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master N2 1、物质类别 2、元素化合价 3、特殊性 活泼非金属 ①与非金属反应 ②与金属反应 ③与碱反应等 氧化性和还原性 ①作氧化剂 ②作还原剂 常温下化学性质很稳定 第二周期、ⅤA族 NH3←N2→NO3- -3 0 +5 4、氮气的化学性质 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master (1)氮分子的结构 电子式 结构式 N2 化学式 N N N N 球棍模型 氮分子内两个氮原子间以共价三键(N≡N)结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常情况下很难与其他物质发生化学反应，无法被大多数生物体直接吸收。 【注意】常温下，N2的化学性质很稳定，所以N2可以用作保护气、低温制冷、填充食物、灯泡、焊接金属的保护气等 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master ①还原性 放电 N2+O2 = 2NO (在闪电时会发生反应) (2)氮分子的化学性质 常温下氮气很稳定，N2的化学性质很不活泼，很难与其它物质发生反应，但这种稳定是相对的，在一定条件下(如：高温、放电、点燃)，也能跟某些物质(如：H2、O2、Mg等)发生反应 高温 N2+O2 = 2NO(在汽车引擎中会发生反应) 与氧气在放电或高温条件下生成NO 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master ②氧化性 N2+3H2 ⇌ 2NH3 高温、高压 催化剂 N2+3Mg = Mg3N2（黄色） 点燃 a.与氢气反应生成NH3 b.与活泼金属(Mg、Li)反应 N2+6Li = 2Li3N 点燃 离子化合物，遇水强烈水解 Mg3N2 + 6H2O ＝3Mg(OH)2↓+ 2NH3↑ 【注意】氮气还可跟Ca、Sr、Ba等金属反应。(金属氮化物易水解，生成氨气和相应的碱) 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 4、写出镁条在空气中燃烧发生反应的化学方程式。 思考 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master (1)工业上合成氨，制硝酸 (2)代替稀有气体作焊接金属时的保护气，以防止金属被空气氧化(3)在灯泡中填充氮气以防止钨丝被氧化或挥发(4)保存粮食、水果等食品的保护气，以防止腐烂(5)医学上用液氮作冷冻剂，以便在冷冻麻醉下进行手术(6)高科技利用液氮制造低温环境，使某些超导材料获得超导性能 5、氮气的用途 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 5、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，这是为什么？“雷雨发庄稼”是什么意思？ 思考 “雷雨发庄稼”是指雷雨过后可以增加土壤中的氮肥，而氮肥能让庄稼长的更好 6、雷雨天的氮肥从何而来？ 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 6、氮(气)的固定 【注意】氮的化合物之间的转化不能称为氮的固定 (1)概念 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 氮气 (2)氮的固定有有两类四种途径 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) 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 7、氮在自然界中的循环 自然界中的氮大部分以氮气的形式存在，少部分以化合物的形式(如硝酸盐、铵盐、蛋白质等)存在。人体里蛋白质中的氮是从外界摄入的，特别是肉类、蛋类物质等。若溯本求源，则来自大气中的N2。自然界中固氮主要有自然固氮和人工固氮，自然固氮有高能固氮(雷电作用)、生物固氮(豆科植物)。人工固氮主要是合成氨。 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 1909年，德国化学家哈伯经过反复的实验研究后发现，在500~600℃、17.5~20.0MPa和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可达到6%以上，具备了工业化生产的可能性。 哈伯 (F.Haber，1868-1934) 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。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。 合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就。 人 工 固 氮 合 成 氨 【科学史话】 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 8、氮气的制法 实验室制法：加热NH4Cl饱和溶液和NaNO2晶体的混合物：NaNO2＋NH4Cl = NaCl＋N2↑＋2H2O △ 工业制法(分离液态空气法)：工业上从液态空气中，利用液态氮的沸点比液态氧的沸点低加以分离而制得氮气 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master (1)氮元素有多种化合价，其最高正价为＋5价(　　) (2)氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键(　　) (3)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气(　　) (4)白磷(P4)在空气中能自燃而氮气能稳定存在，说明磷元素非金属性比氮元素强(　　) (5)硝酸盐在某些细菌作用下转化成氮气为自然固氮(　　) (6)在高温、高压、催化剂条件下，1 mol N2与3 mol H2混合可生成2 mol NH3(　　) 1、判断正误 √ × √ × × × 【练一练】 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 2.下列关于性质的叙述中错误的是( ) A.任何物质在氮气中都不能燃烧 B.氮气既具有氧化性，又具有还原性 C.将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定 D.氮气与氧气在一定条件下反应生成一氧化氮 3.下列叙述与氮的固定无关的是( ) A.工业上氮气与氢气化合成氨 B.工业上将氨转化为硝酸和其他含氮化合物 C.豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为含氮化合物 D.电闪雷鸣的雨天，空气中的氮气会与氧气发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收 A 【练一练】 B 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 4.氮的循环在自然界元素的循环中具有重要的意义，有些氮的转化是从氮气转化为含氮的化合物，有的转化发生在含氮的化合物之间。下列过程中，以游离态的氮为原料，最终产生含氮的化合物的是（ ） A.汽车尾气中的氮氧化物形成酸雨 B.硝化细菌的硝化过程 C.动物尸体腐烂 D.豆科植物的根瘤菌固氮 D 【练一练】 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 5、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下图表示，下列关于海洋中氮循环的说法不正确的是（ ） A．海洋中的氮循环属于固氮作用的是② B．海洋中的氮循环起始于氮的氧化 C．②中的含氮物质转化属于氮的固定化作用 D．向海洋排放含NO3-的废水会影响海洋中NH4+的含量 B 【练一练】 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master $