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(共40张PPT)
第一单元 氮的固定
专题7　氮与社会可持续发展
课程标准 核心素养目标
1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解氮及其重要化合物的主要性质。
2．了解氮的固定的含义和方法，认识人工固氮的化学原理和社会价值。
3．掌握N2、NO、NO2的重要性质，通过比较NO和NO2的性质，学会类比的科学方法。 1.(证据推理与模型认知)建立认知模型，并能运用模型解释氮氧化物与水的反应。
2．(科学态度与社会责任)具有安全意识和严谨求实的科学态度，认识氮氧化物的污染。
一、氮分子的结构和性质
1．氮元素的存在
在自然界中，既有 态，也有 态，绝大部分氮元素以
态的氮气存在于空气中。
2．氮分子的结构
氮气分子是由两个氮原子通过共用 电子结合而成的，氮气分子中存在 。氮气分子的电子式为 ，结构式为 。
游离
化合
游离
三对
氮氮三键
∶N N∶
N≡N
3．氮气的化学性质
(1)氮气的化学性质稳定，通常情况下不易发生反应。在放电或高温条件下，氮气可与氧气化合，化学方程式为 。
(2)镁能在氮气中燃烧，化学方程式为 。
二、氮的固定
1．概念
将空气中 态的氮转化成 叫作氮的固定。氮的固定主要有 和 两种方式。
游离
含氮化合物
自然固氮
人工固氮
2．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。
豆科植物的小根瘤能将空气中的游离氮转化为化合物形态的氨(或铵态氮肥)。
(2)高能固氮：通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物。
(3)“雷雨发庄稼”涉及的反应过程(用化学方程式表示)：
、 、 。
N2＋O2
2NO
2NO＋O2===2NO2
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
3．人工固氮——合成氨
(1)工业上合成氨的反应为 。
(2)合成氨的原料是 ，该反应放出大量的热，工业上用来预热原料气。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，将未反应的氮气和氢气送回 循环使用。
(3)合成氨的意义
①为植物生长提供足够的氮肥；
②在很大程度上缓解了地球上有限的耕地资源与庞大的粮食需求之间的矛盾。
N2＋3H2 2NH3
氮气和氢气
合成塔
三、氮的氧化物
1．一氧化氮
(1)一氧化氮是一种 色、无味、有毒的气体，微溶于水。
(2)NO易被空气中的氧气氧化，化学方程式为 ，实验室收集NO时，应该用 法。
2．二氧化氮
(1)二氧化氮是一种 色，有刺激性气味的 气体，能与水反应。
(2)NO2与水反应的化学方程式为 ，实验室收集NO2时，应该用 法。
无
2NO＋O2===2NO2
排水集气
红棕
有毒
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
向上排空气
3．氮氧化物的应用
大气中的NO和NO2达到一定浓度时都会对人体造成伤害，能引发上呼吸道及肺部疾病，人体中极少量的NO有助于促进血管扩张，防止血管栓塞。二氧化氮在火箭燃料中用作氧化剂，在工业上可用来制造硝酸。
微诊断（判断正误）
(1)豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮属于氮的固定，是化学变化 (　　　　)
(2)汽车尾气中的氮氧化合物是由游离态氮转化来的(　　　　)
(3)氮元素有负化合价、正化合价和零价，因而常温下，N2既能与氧气反应，又能与H2反应(　　　　)
(4)在实验室里，NO和NO2均用排水集气法收集(　　　　)
√
√
×
×
探究一　氮气的化学性质
氮气是一种无色、无味的气体，是空气的主要成分。在标准大气压下，冷却至－195.8 ℃时，气态氮变成没有颜色的液体，冷却至－209.8 ℃时，液态氮变成雪花状的固体。氮气的化学性质不活泼，常被用来制作保护气。但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化，用来制取对人类有用的新物质。
[问题探究]
(1)请你根据上图推测：氮气为什么可以用作粮食瓜果的保护气？
提示：氮气性质稳定，使粮食瓜果与O2隔离，从而可以减小粮食瓜果被氧气氧化的速率。
(2)与同学交流或查阅资料，分析液氮用于医疗手术的原理是什么。
提示：液氮挥发吸收热量，使温度迅速下降。通过极速冷冻将病区细胞迅速杀死，使病区恢复正常。
(3)合成氨反应是最重要的人工固氮途径，写出反应的化学方程式，并分析反应中的氧化剂、还原剂。
提示：N2＋3H2 2NH3，氧化剂是氮气，还原剂是氢气。
[例1] 氮在自然界中的循环如图所示。
(1)过程①可实现合成氨的工业化，写出合成氨反应的化学方程式：________________
____________，该反应中氮气表现________(填“氧化”或“还原”)性。
(2)过程②中能通过豆科植物的________将空气中的氮气固定下来，写出③中固氮反应的化学方程式：______________________，该反应中氮气表现________(填“氧化”或“还原”)性。
(3)亚硝酸盐有毒，工业上若直接排放将会造成环境污染。已知NaNO2遇到还原性较强的NH会被还原为N2，在废液中加入下列物质不能使NaNO2无害化排放的是________(填标号)。
a．H2O2 b．NH4Cl c．KNO3 d．NaOH
解析：
1．实验室用空气和下列药品、仪器装置制取少量氮化镁。
装置连接的正确顺序是________________(用接口字母填写，装置可重复使用)。
答案：GHFEDCMNABD
解析：
挤压G端排出空气，然后先除去二氧化碳，干燥后除去氧气，最后与镁反应，同时防止吸收空气中的水蒸气，因此装置的连接顺序是GHFEDCMNABD。
探究二　氮的氧化物　NO、NO2
化学兴趣小组的同学利用下面的简易反应装置探究氮的氧化物与水的反应。
提示：不是。NO2和O2体积之比大于4∶1时，NO2过量，过量的NO2与水反应生成HNO3和NO，所以最后得到的气体为NO。
(3)向一支充有10 mL NO的试管中通入多少毫升O2才能使水充满整个试管(写出计算过程)
提示：已知：
2NO＋O2===2NO2　①
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　②
由化学方程式①×3＋②×2得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，即当NO和O2的体积比为4∶3时水可以充满试管，故需通入7.5 mL O2。
1．反应原理
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　①
2NO＋O2===2NO2　②
由化学方程式①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3　③
由化学方程式①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3　④
2．计算类型(均不考虑NO2与N2O4的相互转化)
(1)NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应①，剩余气体为NO。
(2)NO2和O2的混合气体：NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应③。
反应情况 O2过量并剩余 恰好完全反应 NO2过量又发生反应①，剩余NO
(3)NO和O2的混合气体：NO和O2的混合气体溶于水时涉及反应④。
反应情况 O2过量并剩余 恰好完全反应 NO过量并剩余
3.利用原子个数比分析氮氧化物与氧气的混合气体溶于水
化学方程式：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3和4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3中的“4NO2＋O2”和“4NO＋3O2”从组成上均相当于“N2O5”的组成，也就是N、O的原子个数比符合2∶5时，氮的氧化物和氧气均无剩余，这两种情况均可利用混合气体中N、O的原子个数比来分析：
4．NO、NO2性质比较
性质 NO NO2
物理性质 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
毒性 有毒(跟血红蛋白结合) 有毒
与水反应 不反应(难溶于水) 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
与氧气反应 2NO＋O2===2NO2 不反应
性质 NO NO2
收集方法 常用排水法 常用向上排空气法
其他 — 2NO2 N2O4
对环境影响 导致光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层
D
[例2] 氮是动植物生长不可缺少的元素，含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如图所示的氮元素的循环过程，下列说法不正确的是 (　　)
解析：
D
2．利用某生物酶作催化剂，可脱除工厂废气中的NO、NO2，反应机理如图所示。下列说法正确的是 (　　)
解析：
D
1．下列说法正确的是 (　　)
A.氮元素的非金属性小于碳元素，化学性质不活泼
B.氮气与足量的氧气反应生成NO2
C.可以用排空气法收集氮气
D.密闭容器中氮气、氢气合成氨，1 mol N2反应生成NH3的物质的量小于2 mol
解析：
氮元素的非金属性大于碳元素，A错误；氮气与足量的氧气反应生成NO，B错误；氮气的密度与空气接近，不能用排空气法收集，C错误；氮气和氢气合成氨，反应可逆，1 mol N2反应生成NH3的物质的量小于2 mol，D正确。
C
2．下列说法不正确的是 (　　)
A.可以用水鉴别溴蒸气和NO2
B.反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，被氧化和被还原的氮原子物质的量之比是2∶1
C.NO2与氢氧化钠溶液反应只生成NaNO2
D.从氧化还原的角度，氨和NO2在一定条件下可发生反应
解析：
从氧化还原的角度，NO2与氢氧化钠溶液反应生成NaNO2和NaNO3，C错误。
A
3．对3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应的说法正确的是 (　　)
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
解析：
该反应中NO2既是氧化剂又是还原剂，还原剂(NO2)与氧化剂(NO2)的物质的量之比为2∶1，A正确，C错误；HNO3为氧化产物，NO为还原产物，HNO3与NO的物质的量之比为2∶1，B错误；若有6 mol NO2参与反应，则转移电子4 mol，D错误。
C
4．将充有20 mL N2和NO2(不考虑NO2与N2O4的相互转化)的混合气体的试管倒立在水槽中，充分反应后，试管残留10 mL气体，则原混合气体中N2和NO2的体积之比是 (　　)
A．1∶1 B．1∶2 C．1∶3 D．2∶3
解析：

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