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7.1 氮的固定
氮元素的存在
化合
游离
课前自主学案
破坏氮气分子中氮氮三键需要很大能量，所以氮气分子很稳定。通常情况下很不活泼。
氮气的性质
2. 化学性质：
1. 物理性质：
无色无味的气体, 难溶于水, 熔沸点低, 密度与空气相近, 只能用排水法收集。
（2）与活泼金属反应
工业合成氨
反应
（1）与氢气反应
（3）与氧气反应
N2＋3H2
高温、高压
催化剂
2NH3
N2 + 3Mg Mg3N2
点燃
N2+O2 ==== 2NO
放电
（稳定）
氮气的用途：
(1)是合成氨、制硝酸的重要原料
(3)医学上，用液氮作冷冻剂
(2)保护气：焊接金属；灯泡的填充气体；保存粮食、罐头、水果
二、氮的固定
氮的固定：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物叫作氮的固定，简称固氮。
氮的固定
高能固氮
产生NO
生物固氮铵态氮肥
自然固氮
人工固氮:
合成氨
（一）自然固氮
1、生物固氮
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%；
豆科植物的根部常附有小根瘤，其中含有固氮菌，能把空气中的游离氮转化为化合物形态的氨（或铵态氮肥）作为自身的养分。
2、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%.
模拟雷电环境
实验现象：
开始——5min 无色
5min——10min 浅红色
10min——15min 红棕色
20min——颜色更深
整个实验过程涉及氮的两种
重要的氧化物—— NO 和 NO2
通常说“雷雨发庄稼”是何道理？
N2+O2 ==== 2NO
放电
2NO+O2==== 2NO2
3NO2+H2O ==== 2HNO3+NO
N2与O2
NO
NO2
HNO3
闪电
硝酸盐
O2
H2O
矿物质
雷电发庄稼”“一场雷雨一场肥”所涉及的化学反应方程式。
(1) NO和NO2分别采用什么方法收集？
(2) NO2转化为NO的变化中，NO2只能作氧化剂吗
常温下NO能与O2反应，只能用排水法收集；
NO2能与水反应生成NO，故只能用排空气法收集。
NO2与水反应转化为NO的同时生成HNO3， NO2既作氧化剂又作还原剂。
【思考与讨论】
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。
（二）人工固氮
反应原理：与氢气反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ mol-1
高温、高压
催化剂
合成氨的原料是氮气和氢气，在较高温度下将混合气体加压后送到合成塔中进行反应。
该反应放出大量的热，工业上往往用来预热原料气，以达到反应所需的温度，节约能源。合成氨达到平衡时，混合气体中氨的含量为20%左右，从中分离出氨后，将未反应的氮气、氢气送回合成塔循环使用。
（二）人工固氮——合成氨
自然界中氮元素的循环
课堂练习
课堂总结

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