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(共28张PPT)
专题7 氮与社会可持续发展
第一单元 氮的固定
资料一：
据了解在新疆与青海两省区交界处有一狭长山谷，这里经常在风和日丽的晴天之时顷刻间电闪雷鸣，下起了雷雨。奇怪的是这里牧草茂盛，四季常青，被当地的牧民称之为“魔鬼谷”。为什么魔鬼谷牧草旺盛？
资料二：
有句谚语“雷雨发庄稼”，你明白其中的化学道理吗？
1.能依据氮气的分子结构预测氮气的稳定性。
2.知道氮的固定有自然固氮和人工固氮两种形式。
3.认识人工固氮的化学原理和社会价值。
1.能依据氮分子的微观结构预测其化学性质。（宏观辨识与微观探析）
2.认识人工固氮的化学原理和社会价值。（科学探究与创新意识）
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。（科学态度与社会责任）
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
进
走
课
堂
氮元素在元素周期表中的位置
氮元素位于元素周期表的第二周期，VA族。
N
原子结构
+7
2
5
氮原子的最外层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。一般通过共用电子对与其他原子结合。在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中，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。
【想一想】
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？
（2）氮气的性质
①结构：
三对共用电子对
②物理性质：
性质稳定
颜色 气味 状态 密度 溶解性
无色
无味
气体
比空气稍小
难溶于水
（1）氮元素的存在：
一、氮分子的结构
氮元素
大部分游离态，如空气中的氮气
少部分化合态，如硝酸盐、氨基酸
①概念：
将空气中游离态的氮转化为含氮化合物
游离态 化合态
②过程：
（2）氮的固定
二、自然固氮
③分类
氮的固定
人工固氮
自然固氮
高能固氮：闪电 火山爆发 10%
生物固氮：豆科植物 90%
自 然 固 氮
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，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨，从而实现自然固氮。
为什么雷雨可以发庄稼呢？
放电
N2
NO
NO2
HNO3
硝酸盐
O2
水
矿物质
O2
提示：雷雨天氮的循环
【思考交流】
雷雨过后庄稼总是更加旺盛，俗称“雷雨发庄稼”请用所学的化学知识解释原因。（科学态度与社会责任）
N2+O2 ==== 2NO
放电
2NO+O2==== 2NO2
3NO2+H2O ==== 2HNO3+NO
反应的化学方程式：
氮的固定实验
N2+O2 ==== 2NO
放电
N2+O2 ==== 2NO
放电
2NO+O2==== 2NO2
3NO2+H2O ==== 2HNO3+NO
反应的化学方程式：
O2
放电
O2
N2
NO
NO2
HNO3
H2O
反应过程：
归纳：“雷雨发庄稼”；“一场雷雨一场肥”
一氧化氮和二氧化氮
氮的
氧化物 颜色 气味 状态 毒性 溶解度
NO
NO2
1.物理性质
无色
无味
气体
有毒
难溶于水
红棕色
刺激性
气体
有毒
易溶于水
一氧化氮在常温下易于氧气结合生成二氧化氮
2NO+O2 ==== 2NO2
只能用排水法收集
【知识拓展】
2.NO2与H2O反应
【思考交流】
实验中的实验现象是什么？发生的化学方程式有哪些？
科学探究与创新意识
现象
结论
化学方程式
a.红棕色气体变为无色气体
b.集气瓶中水面上升到原体积的约三分之一处
c.让集气瓶内无色气体接触到空气，又变成红棕色
d.向溶液中滴入石蕊试液变成红色。
a.二氧化氮能与水反应生成无色气体一氧化氮，同时生成酸性物质；
b.一氧化氮易与氧气反应生成二氧化氮。
2NO+O2 ==== 2NO2
3NO2+H2O ==== 2HNO3+NO
实验总结：
性 质 NO NO2
物理性质
毒 性
与水反应
与氧气反应
收集方法
对环境影响
无色、无味的有毒气体，难溶于水
红棕色、有刺激性气味的有毒气体
不反应(难溶于水)
3NO2+H2O====2HNO3+NO
2NO+O2====2NO2
不反应
常用排水法
常用向上排空气法
导致光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层
有毒（跟血红蛋白结合）
有毒
【小结】
1909年，德国化学家哈伯经过反复的实验研究后发现，在550℃、17.5MPa和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可达到8%，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
三、人工固氮—合成氨
（1）原料：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。
（2）原理：
高温、高压
催化剂
N2（g）+3H2（g）
2NH3（g）
△H=-92.4KJ·mol-1
（3）合成氨原料气的循环使用：合成氨反应放出大量的热，工业上往往用来预热原料气，以达到反应所需的温度，节约资源。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。
（4）人工固氮使人类进入了新的农业时代，化肥的使用大大提高了粮食产量。
放热反应
N2 氮氧化物 NH3 铵盐 HNO3 硝酸盐 有机氮
自然界中氮的循环
概念
氮的固定
分类
自然固氮
人工固氮
高能固氮(如雷雨天气N2转化NO)
生物固氮(如豆科植物的根瘤菌)
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)
将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程
1.（双选）下列起固定氮的作用的化学反应是（ ）
A.N2与H2在一定条件下反应生成NH3
B.硝酸工厂用NH3氧化制NO
C.雷雨时空气中的N2转化为NO
D.由NH3制碳酸氢铵和硫酸铵
AC
2.下列关于自然界中氮循环（如图）的说法不正确的是 （ ）
A.氮元素均被氧化 B.工业合成氨属于人工固氮 C.含氮无机物和含氮有机物可相互转化 D.碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环
A
4．NO2与水的反应可表示为：3NO2+H2O====2HNO3+NO，关于此反应的下列说法中正确的是（ ）
A．氮元素的化合价没有发生变化
B．NO2只是氧化剂
C．NO2只是还原剂
D．NO2既是氧化剂，又是还原剂
D
则此反应中发生还原反应和氧化反
应的物质的物质的量之比为多少？
5.将8mL NO2和O2的混合气体通入倒立于水槽中装满水的量筒，充分反应后，剩余气体为1mL，则原混合气体中NO2和O2的体积比可能是多少？
【解析】1mL剩余气体可能为NO或O2。
（1）若为NO，则由3NO2+H2O====2HNO3+NO，说明NO2和O2与水反应后剩余NO2 3mL，设原混合气体中O2的体积为x，则有：
4NO2 + O2 + 2H2O ==== 4HNO3
4 1
8mL-3mL-x x
求得：x=1mL
V（NO2）:V（O2）=（8-1）mL:1mL=7:1
(2)若为O2，设原混合气体中NO2的体积为y，则有：
4NO2+O2+2H2O====4HNO3
4 1
y 8mL-1mL-y
求得 y=5.6mL
V（NO2）:V（O2）=5.6mL:（8-5.6）mL=7:3。
【答案】7:1或7:3
一个人的行为模式决定他的心智思想，也就决定他的命运。

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