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氮气及氮的固定
一、氮气与氮的固定
1．氮气
（1）氮元素的存在
①氮原子的结构
原子结构示意图： ________，一般通过___________与其他原子结合。
共用电子对
N的位置？
N的电子结构
第二周期、第ⅤA族
最外层有5个电子
1.氮元素的非金属性比氧元素弱，比碳元素强 ，硝酸的酸性比磷酸强。
2.氮元素的最高价态为+5，最低价态为-3。
结构决定性质
氮元素的“位-构-性”
+7
2
5
科学的光芒——拉瓦锡独具慧眼，发现氮气
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。
②自然界中，氮元素主要以氮气的形式存在于空气中，
1．氮气的物理性质
氮气是无色、无味的气体，
密度比空气稍小，
熔、沸点低，
难溶于水。
收集氮气时用排水法不用排空法
常温下无色、无味的气体有:H2、O2、N2、CO、CO2、NO、CH4。
直接排入空气的有: O2、N2、CO2
难溶于水的有 : O2、N2、H2、CO、NO、CH4。
2．氮分子的结构
氮氮三键，键能大，大于其它的双原子分子
结构稳定。
3．氮气的化学性质
【问题】这样结构特点，决定了氮分子有什么样的化学性质？
通常不活泼。
说明：在一定条件下，氮气也能跟氢气、氧气、金属等物质发生化学反应。
（1）氮气跟氢气的反应
工业上利用这个反应原理来合成氨，反应条件是高温、高压、催化剂。
N2 + 3H2 2NH3
高温、高压
催化剂
（2）氮气跟氧气的反应
方程式：
N2+O2 2NO
2NO＋O2 2NO 2
放电
现象：
开动抽气缓慢抽气后，干燥管C处仍是无色的。在容器D中看到的颜色是红棕色。
（3）氮气跟某些金属的反应
镁在氮气中燃烧比在氧气中燃烧剧烈程度差。
方程式为：
3Mg＋N2 Mg3N 2（微黄色 ）
点燃
Mg3N2 + 6H2O ＝3Mg(OH)2↓+ 2NH3↑
氮气还可跟Li、Ca、Sr、Ba等金属反应。
（3）氮气的化学性质
①还原性
N2 + O2 ===== 2NO
放电或高温
N2 + 3Mg === Mg3N2
点燃
②氧化性
N2 + 3H2 2NH3
高温、高压
催化剂
【情境·思考】
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。
为什么氮气可以作为保护气？
4、N2的用途
氮气
粮食
灯泡
焊接
合成硝酸
合成氨
冷冻剂
低温环境
制氮肥
（大气：N2及少量的NH3、NO、NO2）
雷电作用
产生NO
NH3
根瘤菌固氮
人工合成NH3
酸雨HNO3
动物遗体或者排泄物
铵盐或者氨
硝酸盐
NO经氧化等转化
亚硝酸盐
植物吸收产生蛋白质
硝酸盐 分解产生氮气
硝化作用
NO、NO2
NO、NO2
氮的固定
游离态的氮
氮的化合物
N2
含“N”物质
一、氮的固定
概念：将大气中 的氮转化为 的过程
游离态
氮的化合物
氮的固定
自然过程
人工过程
雷雨
豆科植物 — 根瘤菌
— 合成氨
6.氮的固定
将氮元素由游离态转化为化合态的过程
N2 + 3H2 2NH3
高温、高压
催化剂
高能固氮
生物固氮
自然固氮
人工固氮
合成氨
仿生固氮
氮的固定
分类
自然固氮
高能固氮(雷雨或者火山喷发)
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作用)
4.自然界中氮的循环
大气中的氮
根瘤菌
硝酸盐等含氮化合物
生物转化
氨基酸
蛋白质
NH4+、NO3-和NH3
微生物分解
放电
氮的氧化物
降水
土壤和水体
小结:
N
-3
N
0
N
+2
N
+4
N
+5
Mg3N2
N2
NO
NO2
HNO3
NH3
2NO+O2==2NO2
3NO2+H2O==2HNO3+NO
N2+ 3H2
2 NH3
高温、高压催化剂
N2+3Mg==Mg3N2
点燃
N2+O2==2NO
放电
谢谢聆听！

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