3.3 氮的循环 第1课时（同步课件）化学鲁科版必修第一册

鲁科版必修第一册 第三章 物质的性质与转化 第1课时 自然界中氮的循环 第3节 氮的循环 1 自然界中的氮循环 2 自然界中的氮循环 1 学习内容导览 2 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。 2.知道氮气在一定条件下能够与氧气、氢气发生反应，了解氮的固定的相关知识。 3.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，培养科学探究意识。 重点：氮气和氮氧化物的性质。 难点：氮气和氮氧化物的性质。 素养锚定·课标定位 自然界中的氮循环 自然界中的氮元素在不停地循环着。正是由于存在着氮元素的循环、其他生命必需元素的循环以及水的循环，地球上的生命才能够生机勃勃、生生不息。 氮是一种地球上含量丰富的元素，除了以游离态的形式存在于大气中外，还以化合态的形式存在于动植物体、土壤和水体中。 情境启思·任务缘起 自然界中的 氮循环 01 5 任务一 自然界是怎样通过氮的循环为生物体提供氮元素的呢？ 一、自然界中的氮循环 闪电是大家非常熟悉的自然现象。你知道在电闪雷鸣的时候，空气里的氮气、部分含氮化合物分别发生了哪些反应吗？这些反应产生了哪些物质？这些物质对于人类的生产和生活有什么意义？ N2 发生了什么反应？ 反应条件是什么？ 什么气体间发生了反应？ “雷雨发庄稼” 分层研学·探理悟新 1.自然界中的氮循环 知识总结 一、自然界中的氮循环 氮是生物体的重要组成元素，也是维持高等动植物生命活动的必需元素。氮的循环涉及地球上生物圈的方方面面。 氨基酸 蛋白质 HNO3 NH3 NO NO2 蛋白质 尿素 N2 NO3- NH3 NH4+ 分层研学·探理悟新 知识总结 2.氮元素在自然界中的存在形式 一、自然界中的氮循环 ⑴游离态的氮——主要以氮分子的形式存在于空气中。 ⑵化合态的氮——部分存在于动植物体内的蛋白质中；部分存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。 氮的固定 分层研学·探理悟新 任务二 借助氮的价类二维图，寻找氮的固定的具体反应路径 一、自然界中的氮循环 1.自然界中的氮循环涉及许多氮及其化合物。请指出图3-3-3 中所列物质的物质类别和其中氮元素的化合价。 2.自然界中的氮循环包括多种形式的氮及其化合物的转化，这些转化有的对人类的生产、生活有益，有的则产生了负面影响，请举例说明。 分层研学·探理悟新 任务二 借助氮的价类二维图，寻找氮的固定的具体反应路径 一、自然界中的氮循环 N2 NO2 NH3 Cu(NO3)2 物质类别 氢化物 单质 氧化物 酸 盐 -3 0 +2 +5 +4 化合价 +1 +3 N2O NO N2O3 N2O5 HNO3 分层研学·探理悟新 知识总结 3.氮的固定 ⑴自然固氮 一、自然界中的氮循环 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。 大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合物，或豆科植物根瘤菌将氮气转化为氨。 ⑵人工固氮 如工业合成氨 N2＋3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 分层研学·探理悟新 氮气和氮氧 化物 02 12 任务三 模拟闪电固氮，认识氮及其化合物的性质 二、氮气和氮氧化物 观察“在放电条件下氮气与氧气发生反应”“一氧化氮转化为二氧化氮”“二氧化氮溶于水”的实验，全面描述实验现象，分析所发生的反应。 思考：氮气、一氧化氮、二氧化氮分别具有哪些物理性质和化学性质？ 分层研学·探理悟新 任务四 模拟闪电固氮，认识氮气的性质 二、氮气和氮氧化物 分层研学·探理悟新 知识总结 1.氮气的性质 ⑴氮气的物理性质 二、氮气和氮氧化物 颜色 状态 气味 密度 溶解性 熔沸点 无色 气体 无味 密度与空气接近 难溶于水 低 分层研学·探理悟新 知识总结 1.氮气的性质 ⑵氮气的化学性质 二、氮气和氮氧化物 实验 实验现象 实验结论 N2与O2发生反应     ①通常状况下，氮气的化学性质不活泼，它很难与其他物质发生反应。 ②N2的还原性：和氧气反应 无明显现象 NO转化为NO2 有红棕色气体生成 2NO＋O2 = 2NO2 ③N2的氧化性：和氢气反应 分层研学·探理悟新 任务五 为什么雷电能发庄稼呢？请你总结一下涉及的反应！ 二、氮气和氮氧化物 N2＋O2 2NO 放电 2NO＋O2 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 分层研学·探理悟新 17 知识总结 2.一氧化氮和二氧化氮的物理性质 二、氮气和氮氧化物 氧化物 颜色 气味 毒性 状态 水溶性 收集方法 NO NO2 无色 红棕色 无味 刺激性气味 有毒 有毒 气体 气体 不溶 易溶 排水法 向上排空气法 分层研学·探理悟新 3.一氧化氮和二氧化氮的化学性质 知识总结 ⑴一氧化氮的化学性质 二、氮气和氮氧化物 ①一氧化氮结合血红蛋白的能力比一氧化碳还强，更容易造成人体缺氧。 2NO＋O2＝2NO2 还原性 －3 0 ＋2 ＋5 N价态 ＋4 NO 氧化性 还原性 NO2 N2 分层研学·探理悟新 知识总结 3.一氧化氮和二氧化氮的化学性质 ⑴一氧化氮的化学性质 ②一氧化氮具有氧化性，与CO、NH3反应，生成氮气 二、氮气和氮氧化物 2NO＋2CO 2CO2＋2N2 催化剂 氧化性 ③一氧化氮分子作为一种传递神经信息的“信使分子”，在扩张血管、提高免疫力、增强记忆力等方面有着重要的作用。 分层研学·探理悟新 红棕色气体消失，水位上升，最后水充满试管的2/3，无色气体充满试管的 1/3。 知识总结 3.一氧化氮和二氧化氮的化学性质 ⑵二氧化氮的化学性质 ①二氧化氮溶于水 二、氮气和氮氧化物 3NO2 + H2O === 2HNO3+NO ＋4 ＋5 ＋2 2 失去 e－ × 得到 2e－ 1 × 二氧化氮既有氧化性又有还原性 分层研学·探理悟新 知识总结 3.一氧化氮和二氧化氮的化学性质 ⑵二氧化氮的化学性质 ②二氧化氮的氧化性 二、氮气和氮氧化物 －3 0 ＋2 ＋5 N价态 ＋4 NO 氧化性 还原性 NO2 N2 HNO3 在催化剂存在下，可用氨治理NO2的污染，请写出反应的方程式。 6NO2＋8NH3 7N2＋12H2O 　 催化剂 NO2 + SO2 === SO3 + NO 分层研学·探理悟新 知识总结 二、氮气和氮氧化物 3.一氧化氮和二氧化氮的化学性质 ⑵二氧化氮的化学性质 ③二氧化氮的其他性质 2NO2 ⇌ N2O4 无色 2NO2+ 2NaOH ==NaNO3+ NaNO2 +H2O 3NO2 + H2O === 2HNO3+NO 二氧化氮溶于水时与水反应生成硝酸和一氧化氮（工业上利用这一原理制取硝酸） 分层研学·探理悟新 任务六 人工固氮的重要途径——工业合成氨 二、氮气和氮氧化物 氨的合成从实验室研制到工业化生产，经历了约150 年的时间。1774 年，普利斯特里（J .Priestley）通过加热氯化铵和氢氧化钙的混合物，首先收集到氨。1784 年，贝托莱（C .Berthollet）经分析确定氨是由氮元素和氢元素组成的。19 世纪，很多化学家试图利用氮气和氢气来合成氨，但一直未能成功。1904 年，德国化学家哈伯（F .Haber）进行合成氨实验，测得反应所得气体混合物中有0.012%体积的氨。此后，他和他的学生反复进行研究，终于在1909 年设计出一套高温、高压、催化合成氨的实验装置。 德国化学工程师博施（C .Bosch）经过大量试验找到了较为理想的铁催化剂，设计并建造了能够耐高温、高压的合成氨装置。 1910 年，德国建成世界上第一座合成氨试验工厂；1913 年，德国又建成规模生产的合成氨工厂。从此以后，合成氨工业便迅速发展起来。 鉴于合成氨工业生产的实现以及相关研究推动了有关化学理论的发展，哈伯和博施先后获得了1918 年度和1931 年度的诺贝尔化学奖。 分层研学·探理悟新 知识总结 4. 人工固氮的重要途径——工业合成氨 二、氮气和氮氧化物 合成氨工业化，对人类社会的影响极为深远。以合成氨为基础的化肥工业对粮食增产的贡献率占50%左右，使人类免受饥荒之苦。合成氨已经成为很多无机化工产品和有机化工产品的生产原料。另外，合成氨工业化作为工业史上加压催化技术的里程碑，开启了工业催化新时代。 分层研学·探理悟新 【例1】判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 (1)N2在高温条件下与O2发生反应生成NO2。(　　) (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)空气中自燃而氮气稳定存在，说明非金属性P比N强(　　) × × √ × (5)闪电时氮气与氧气化合生成NO,属于自然固氮。(　　) (6)将氨转化为固态铵盐的过程属于人工固氮。(　　) (7氮气化学性质很稳定,所以镁着火时,可用氮气灭火。(　　) (8)高温、高压、催化剂条件下,1molN2与3molH2混合可生成2molNH3。( 　 ) √ × × × 二、氮气和氮氧化物 典例剖析·逻辑释疑 自然界中氮的循环 自然界中的氮循环 自然界中的氮循环 自然界中的氮循环 氮元素在自然界中的存在形式 氮的固定 人工固氮的重要途径——工业合成氨 一氧化氮和二氧化氮的物理性质 一氧化氮和二氧化氮的化学性质 氮气的性质 体系梳整·认知升华 1、属于人工固氮的化学反应是(　　) A. N2与 H2在一定条件下反应生成NH3 B. 由 NH3转变成 NH4HCO3 C. NO与 O2反应生成 NO2 D. 豆科植物的根瘤菌将氮的化合物转变成植物蛋白 A 当堂诊学·成效校验 2.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 当堂诊学·成效校验 3.对3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应的下列说法正确是（ ） A.氧化剂与还原剂的质量比为1∶2 B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2 C.NO2是氧化剂，H2O是还原剂 D.在反应中若有6 mol NO2参与反应时，有3 mol电子发生转移 A 当堂诊学·成效校验 感谢观看 更多练习见分层作业 鲁科版必修第一册 https://www.zxxk.com/user/13354804 31 Lavf58.20.100 Lavf59.34.101 N2＋O2eq \o(=====,\s\up17(放电))2NO Lavf59.34.101 Lavf59.34.101 Lavf58.20.100 wxmmcibr22dr0100 Lavf59.34.101 $