专题7 第1单元 氮的固定 课件(共35张PPT) 2022-2023学年下学期高一化学苏教版（2019）必修第二册
文档属性
| 名称 | 专题7 第1单元 氮的固定 课件(共35张PPT) 2022-2023学年下学期高一化学苏教版（2019）必修第二册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-03-08 15:03:36 | ||
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文档简介
(共35张PPT)
专题7
氮与社会可持续发展
第一单元 氮的固定
学 习 目 标
1. 能依据氮分子的微观结构预测其性质。
2. 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。
3. 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。
4. 体会化学科学在解决人类社会问题中所发挥的作用。
活 动 方 案
1905年，哈伯赴美国考察回国后，采用高压放电固氮，实验历时一年效果不尽如人意。后来从法国化学家用高温、高压合成氨发生爆炸的消息中获得启示，他也毅然采用该法进行试验，这体现了他的果断和勇气。在历经无数次失败后，1909年7月2日，哈伯在实验室采用620 ℃、200个大气压和用金属铁作催化剂的条件下，人工固氮成功，解决了人类人口增长与粮食短缺的矛盾，为人类的发展作出卓越的贡献。
活动一：哈伯是天使还是魔鬼
第一次世界大战爆发后，德国为了征服欧洲，要求哈伯全力研制最新式的化学武器。1915年4月21日夜间，德军在长达6千米的战线上秘密安放了数以千计的氯气罐。第二天下午5时，德军借助有利的风速以突袭的方式将氯气吹放至法军阵地。刹那间，在 6 000米宽的正面形成2米高的黄色气体幕墙滚滚向前推进，纵深到达10～15公里，对手毫无防范，致使5 000多人死亡，15 000多人中毒致伤，这次战役后，哈伯受到德皇嘉奖，但同时遭到各国科学家的强烈谴责。
从哈伯首次合成氨开始，人类进入化肥发展的时代，化学家是如何利用空气中的氮气资源造福人类的？有什么意义？
【答案】 氮气与氢气在一定条件下反应生成氨气，制造化肥，大大提高了粮食的产量，缓解了粮食危机。
在自然界中，绝大部分氮元素以游离态的氮气分子形式存在于空气中。实验证明，在通常情况下，氮气与大多数物质很难发生化学反应，说明氮气的化学性质很不活泼。
1. 下表中的数据为使1 mol该物质分解为原子需要的能量，化学上称之为键能。
活动二： 认识氮气的稳定性
物质 H2 N2 O2 Cl2
键能/(kJ· mol－1) 436.3 941.7 497.3 241.7
从化学键的角度分析，氮气的化学性质为什么稳定？
【答案】 氮气分子中存在氮氮三键，电子式、结构式分别为∶N N∶、N≡N，破坏氮气分子中氮原子之间的共价键需要很高的能量，所以氮气分子很稳定。
2. 通常情况下，氮气很难与其他物质发生化合反应。但在一定条件下，氮气也可以和一些物质发生化合反应。
写出上述氮气发生反应的化学方程式。
1. 阅读教材，氮元素对农作物生长有什么重要作用？什么叫氮的固定，主要包括哪几种？
【答案】 充足的氮元素能使植物枝叶茂盛，叶片增大，光合作用增强，促进氨基酸和蛋白质的形成，从而使农作物的产量和产品质量得以提高。将空气中游离态的氮转化成含氮化合物叫作氮的固定，简称固氮。氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式。
活动三：认识自然固氮
2. 阅读教材，了解自然固氮的途径。
【答案】 自然固氮的途径主要有两种：一种是生物固氮，即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；另一种是高能固氮，即通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物。
3. 阅读分析下列材料：
在我国青海与新疆交界的昆仑山脉，有一条长约一百公里、宽约三十公里的大谷地被人们称为“魔鬼谷”。偶有误入者，常因遭雷击而绝少生还。几百年来，这里被牧民视为禁地。但经勘察证实，这一谷地地层中有一百多个铁矿脉等岩体，容易引来雷电云层中的电荷，形成炸雷。雷电一旦遇上地面突出物体，就会产生尖端放电现象，因而牧场上的人和畜群就成了雷电轰击的目标。但这一谷地内的牧草生长茂盛。
电闪雷鸣是自然界中司空见惯的现象，闪电在给人类造成一些破坏的同时，也给土地带来了丰富的氮肥，所以民间有句俗语叫“雷雨发庄稼”(如图所示)。
闪电有助于生成氮氧化物
魔鬼谷中牧草生长茂盛、“雷雨发庄稼”都包含了哪些化学原理？
【答案】 “雷雨发庄稼”是因为在放电条件下，空气中的氮气与氧气发生反应，生成一氧化氮，一氧化氮在空气中很不稳定，易被空气中的氧气进一步氧化生成二氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸。雨水中的硝酸渗入土壤后与矿物质作用生成硝酸盐，其中硝酸根离子被植物根系吸收，转化为植物生长所需的养料。
【归纳总结】 NO和NO2性质的比较
NO NO2
物理性质 无色、不溶于水的气体 红棕色、有刺激性气味、易溶于水的气体、易液化，密度比空气的大
化学性质 与水反应 不反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
与O2反应 2NO＋O2===2NO2 不反应
与碱反应 不反应 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
(1) 实验室若制取NO、NO2应该怎样收集？
【答案】 NO可以用排水法收集，NO2可以用向上排空气法收集。
(2) 已知：NO不与NaOH溶液反应，2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O，NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。若NO、NO2的混合气体能被NaOH溶液完全吸收，混合气体中NO、NO2的物质的量需满足什么条件？
【答案】 n(NO2)≥n(NO)
1. 合成氨的反应两次获得诺贝尔化学奖。
哈伯和博施等化学家经过无数次的失败和不懈努力，最终用锇作催化剂在1.75×107 Pa、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年建立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。
活动四：学习人工固氮——合成氨
工业合成氨采用的两种气体原料是什么？写出合成氨的化学方程式。工业生产中，反应所得混合气中氨的含量只占20%左右，为什么？分离出氨气后的未反应的物质应该怎样处理？
2. 了解自然界中氮循环的重要性。
观察上图，被固定的氮最终是怎样进入大气的？
【答案】 最终被固定的氮转化为亚硝酸盐、硝酸盐，再被细菌分解生成氮气回到大气中。
课 堂 反 馈
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1. (2021·扬州高一下期末)下列过程不属于氮的固定的是( )
A. 氢气与氮气合成氨
B. 氨和二氧化碳合成CO(NH2)2
C. 雷雨天时，氮气与氧气反应生成NO
D. 大豆根瘤菌将氮气转化为铵态氮肥
【解析】 氮的固定指N2转化为化合态的氮。
【答案】 B
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2. (2021·宿迁沭阳期中)下列关于氮气的说法错误的是( )
A. 氮气在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸
B. 液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境
C. 利用氮气的稳定性，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气
D. 在高温、高压、催化剂条件下与氢气反应时，氮气作还原剂
【答案】 D
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3. 下列关于NO和NO2的叙述正确的是( )
A. NO是一种红棕色气体
B. 常温常压下，NO不能与空气中的氧气直接化合
C. 含等质量的氧元素的NO和CO的物质的量相等
D. NO2可用排水法收集
1
【解析】 NO是一种无色气体，A错误；一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮，B错误；含等质量氧元素时，氧原子的物质的量相同，则一氧化氮与一氧化碳的物质的量相同，C正确；二氧化氮遇水反应生成硝酸和一氧化氮，不能用排水法收集NO2，D错误。
【答案】 C
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4. 随着我国汽车年销量的大幅增加，空气环境受到了很大的污染。汽车尾气净化装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示，下列说法正确的是( )
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【答案】 D
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5. 大气与生态圈的氮循环如下图所示，下列叙述不正确的是( )
1
A. ④维持大气中氮元素含量稳定
B. ①是野生植物生长所需氮元素的重要来源
C. ⑤为硝化过程、④为反硝化过程，都是氮元素的还原反应过程
D. ②是氮肥工业基础，科学家努力将固氮变化条件趋近于生物固氮
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【解析】 ④为土壤中的硝酸盐被细菌分解转化为氮气，氮气返回大气中，维持大气中氮元素含量稳定，A正确；①是在放电条件下，空气中的氮气与氧气反应生成氮氧化物，是野生植物生长所需氮元素的重要来源，B正确；⑤为氨或铵盐转化为亚硝酸盐，进一步转化为硝酸盐的过程，氮元素化合价升高，发生氧化反应，C错误；②是合成氨的反应，属于工业固氮，是氮肥工业基础，由于需要高温、高压和催化剂的条件，为解决耗能多的问题，科学家努力将固氮变化条件趋近于生物固氮，D正确。
【答案】 C
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6. (2021·南通高一下期末)氮的氧化物性质探究实验如下：
1
步骤1：在一支50 mL的注射器中充入20 mL无色气体NO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，如图所示。振荡注射器，无明显现象。
步骤2：打开弹簧夹，快速吸入少量O2后夹上弹簧夹，气体变成红棕色。
步骤3：振荡注射器，气体又变为无色，溶液仍无色。
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下列说法不正确的是( )
A. 步骤1说明NO难溶于水
B. 步骤2中红棕色气体是NO2
C. 步骤3中发生反应的氧化剂和还原剂的质量之比为2∶1
D. 重复步骤2、步骤3多次，可使NO充分转化
1
【解析】 NO不溶于水，不与水反应，A正确；步骤2中发生反应2NO＋O2===2NO2，NO2显红棕色，B正确；步骤3中发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，氧化剂、还原剂均为NO2，物质的量之比为1∶2，质量之比也为1∶2，C错误；重复步骤2、步骤3多次，发生总反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，D正确。
【答案】 C
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7. (2022·江苏百校联考)利用某分子筛作催化剂，NH3可脱除工厂废气中的NO、NO2(脱硝)，反应机理如图所示。下列说法正确的是( )
1
A. NO、NO2都能溶于水
B. 反应①②中均有电子转移
C. M包含的物质为H2O和N2
D. 反应④每生成0.1 mol N2，有0.2 mol H＋生成
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【答案】 C
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8. 为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如下实验。按图组装好实验装置，并检查装置气密性，实验前用排水法收集半烧瓶NO气体。
1
(1) 打开止水夹，推动注射器活塞，使O2进入烧瓶。关上止水夹，首先观察到烧瓶中的现象是______________________________，产生此现象的化学方程式为____________________________。
(2) 轻轻晃动烧瓶，观察到烧瓶中的现象为___________________ _______________________________________________________。产生此现象的化学方程式为_________________________________。
烧瓶中气体由无色变为红棕色
2NO＋O2===2NO2
烧瓶中红棕色气体又
变为无色，烧杯中的水倒吸到烧瓶中(或烧瓶中液面上升)
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
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专题7
氮与社会可持续发展
第一单元 氮的固定
学 习 目 标
1. 能依据氮分子的微观结构预测其性质。
2. 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。
3. 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。
4. 体会化学科学在解决人类社会问题中所发挥的作用。
活 动 方 案
1905年，哈伯赴美国考察回国后，采用高压放电固氮，实验历时一年效果不尽如人意。后来从法国化学家用高温、高压合成氨发生爆炸的消息中获得启示，他也毅然采用该法进行试验，这体现了他的果断和勇气。在历经无数次失败后，1909年7月2日，哈伯在实验室采用620 ℃、200个大气压和用金属铁作催化剂的条件下，人工固氮成功，解决了人类人口增长与粮食短缺的矛盾，为人类的发展作出卓越的贡献。
活动一：哈伯是天使还是魔鬼
第一次世界大战爆发后，德国为了征服欧洲，要求哈伯全力研制最新式的化学武器。1915年4月21日夜间，德军在长达6千米的战线上秘密安放了数以千计的氯气罐。第二天下午5时，德军借助有利的风速以突袭的方式将氯气吹放至法军阵地。刹那间，在 6 000米宽的正面形成2米高的黄色气体幕墙滚滚向前推进，纵深到达10～15公里，对手毫无防范，致使5 000多人死亡，15 000多人中毒致伤，这次战役后，哈伯受到德皇嘉奖，但同时遭到各国科学家的强烈谴责。
从哈伯首次合成氨开始，人类进入化肥发展的时代，化学家是如何利用空气中的氮气资源造福人类的？有什么意义？
【答案】 氮气与氢气在一定条件下反应生成氨气，制造化肥，大大提高了粮食的产量，缓解了粮食危机。
在自然界中，绝大部分氮元素以游离态的氮气分子形式存在于空气中。实验证明，在通常情况下，氮气与大多数物质很难发生化学反应，说明氮气的化学性质很不活泼。
1. 下表中的数据为使1 mol该物质分解为原子需要的能量，化学上称之为键能。
活动二： 认识氮气的稳定性
物质 H2 N2 O2 Cl2
键能/(kJ· mol－1) 436.3 941.7 497.3 241.7
从化学键的角度分析，氮气的化学性质为什么稳定？
【答案】 氮气分子中存在氮氮三键，电子式、结构式分别为∶N N∶、N≡N，破坏氮气分子中氮原子之间的共价键需要很高的能量，所以氮气分子很稳定。
2. 通常情况下，氮气很难与其他物质发生化合反应。但在一定条件下，氮气也可以和一些物质发生化合反应。
写出上述氮气发生反应的化学方程式。
1. 阅读教材，氮元素对农作物生长有什么重要作用？什么叫氮的固定，主要包括哪几种？
【答案】 充足的氮元素能使植物枝叶茂盛，叶片增大，光合作用增强，促进氨基酸和蛋白质的形成，从而使农作物的产量和产品质量得以提高。将空气中游离态的氮转化成含氮化合物叫作氮的固定，简称固氮。氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式。
活动三：认识自然固氮
2. 阅读教材，了解自然固氮的途径。
【答案】 自然固氮的途径主要有两种：一种是生物固氮，即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；另一种是高能固氮，即通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物。
3. 阅读分析下列材料：
在我国青海与新疆交界的昆仑山脉，有一条长约一百公里、宽约三十公里的大谷地被人们称为“魔鬼谷”。偶有误入者，常因遭雷击而绝少生还。几百年来，这里被牧民视为禁地。但经勘察证实，这一谷地地层中有一百多个铁矿脉等岩体，容易引来雷电云层中的电荷，形成炸雷。雷电一旦遇上地面突出物体，就会产生尖端放电现象，因而牧场上的人和畜群就成了雷电轰击的目标。但这一谷地内的牧草生长茂盛。
电闪雷鸣是自然界中司空见惯的现象，闪电在给人类造成一些破坏的同时，也给土地带来了丰富的氮肥，所以民间有句俗语叫“雷雨发庄稼”(如图所示)。
闪电有助于生成氮氧化物
魔鬼谷中牧草生长茂盛、“雷雨发庄稼”都包含了哪些化学原理？
【答案】 “雷雨发庄稼”是因为在放电条件下，空气中的氮气与氧气发生反应，生成一氧化氮，一氧化氮在空气中很不稳定，易被空气中的氧气进一步氧化生成二氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸。雨水中的硝酸渗入土壤后与矿物质作用生成硝酸盐，其中硝酸根离子被植物根系吸收，转化为植物生长所需的养料。
【归纳总结】 NO和NO2性质的比较
NO NO2
物理性质 无色、不溶于水的气体 红棕色、有刺激性气味、易溶于水的气体、易液化，密度比空气的大
化学性质 与水反应 不反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
与O2反应 2NO＋O2===2NO2 不反应
与碱反应 不反应 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
(1) 实验室若制取NO、NO2应该怎样收集？
【答案】 NO可以用排水法收集，NO2可以用向上排空气法收集。
(2) 已知：NO不与NaOH溶液反应，2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O，NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。若NO、NO2的混合气体能被NaOH溶液完全吸收，混合气体中NO、NO2的物质的量需满足什么条件？
【答案】 n(NO2)≥n(NO)
1. 合成氨的反应两次获得诺贝尔化学奖。
哈伯和博施等化学家经过无数次的失败和不懈努力，最终用锇作催化剂在1.75×107 Pa、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年建立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。
活动四：学习人工固氮——合成氨
工业合成氨采用的两种气体原料是什么？写出合成氨的化学方程式。工业生产中，反应所得混合气中氨的含量只占20%左右，为什么？分离出氨气后的未反应的物质应该怎样处理？
2. 了解自然界中氮循环的重要性。
观察上图，被固定的氮最终是怎样进入大气的？
【答案】 最终被固定的氮转化为亚硝酸盐、硝酸盐，再被细菌分解生成氮气回到大气中。
课 堂 反 馈
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1. (2021·扬州高一下期末)下列过程不属于氮的固定的是( )
A. 氢气与氮气合成氨
B. 氨和二氧化碳合成CO(NH2)2
C. 雷雨天时，氮气与氧气反应生成NO
D. 大豆根瘤菌将氮气转化为铵态氮肥
【解析】 氮的固定指N2转化为化合态的氮。
【答案】 B
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2. (2021·宿迁沭阳期中)下列关于氮气的说法错误的是( )
A. 氮气在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸
B. 液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境
C. 利用氮气的稳定性，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气
D. 在高温、高压、催化剂条件下与氢气反应时，氮气作还原剂
【答案】 D
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3. 下列关于NO和NO2的叙述正确的是( )
A. NO是一种红棕色气体
B. 常温常压下，NO不能与空气中的氧气直接化合
C. 含等质量的氧元素的NO和CO的物质的量相等
D. NO2可用排水法收集
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【解析】 NO是一种无色气体，A错误；一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮，B错误；含等质量氧元素时，氧原子的物质的量相同，则一氧化氮与一氧化碳的物质的量相同，C正确；二氧化氮遇水反应生成硝酸和一氧化氮，不能用排水法收集NO2，D错误。
【答案】 C
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4. 随着我国汽车年销量的大幅增加，空气环境受到了很大的污染。汽车尾气净化装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示，下列说法正确的是( )
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【答案】 D
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5. 大气与生态圈的氮循环如下图所示，下列叙述不正确的是( )
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A. ④维持大气中氮元素含量稳定
B. ①是野生植物生长所需氮元素的重要来源
C. ⑤为硝化过程、④为反硝化过程，都是氮元素的还原反应过程
D. ②是氮肥工业基础，科学家努力将固氮变化条件趋近于生物固氮
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【解析】 ④为土壤中的硝酸盐被细菌分解转化为氮气，氮气返回大气中，维持大气中氮元素含量稳定，A正确；①是在放电条件下，空气中的氮气与氧气反应生成氮氧化物，是野生植物生长所需氮元素的重要来源，B正确；⑤为氨或铵盐转化为亚硝酸盐，进一步转化为硝酸盐的过程，氮元素化合价升高，发生氧化反应，C错误；②是合成氨的反应，属于工业固氮，是氮肥工业基础，由于需要高温、高压和催化剂的条件，为解决耗能多的问题，科学家努力将固氮变化条件趋近于生物固氮，D正确。
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6. (2021·南通高一下期末)氮的氧化物性质探究实验如下：
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步骤1：在一支50 mL的注射器中充入20 mL无色气体NO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，如图所示。振荡注射器，无明显现象。
步骤2：打开弹簧夹，快速吸入少量O2后夹上弹簧夹，气体变成红棕色。
步骤3：振荡注射器，气体又变为无色，溶液仍无色。
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下列说法不正确的是( )
A. 步骤1说明NO难溶于水
B. 步骤2中红棕色气体是NO2
C. 步骤3中发生反应的氧化剂和还原剂的质量之比为2∶1
D. 重复步骤2、步骤3多次，可使NO充分转化
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【解析】 NO不溶于水，不与水反应，A正确；步骤2中发生反应2NO＋O2===2NO2，NO2显红棕色，B正确；步骤3中发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，氧化剂、还原剂均为NO2，物质的量之比为1∶2，质量之比也为1∶2，C错误；重复步骤2、步骤3多次，发生总反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，D正确。
【答案】 C
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7. (2022·江苏百校联考)利用某分子筛作催化剂，NH3可脱除工厂废气中的NO、NO2(脱硝)，反应机理如图所示。下列说法正确的是( )
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A. NO、NO2都能溶于水
B. 反应①②中均有电子转移
C. M包含的物质为H2O和N2
D. 反应④每生成0.1 mol N2，有0.2 mol H＋生成
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【答案】 C
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8. 为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如下实验。按图组装好实验装置，并检查装置气密性，实验前用排水法收集半烧瓶NO气体。
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(1) 打开止水夹，推动注射器活塞，使O2进入烧瓶。关上止水夹，首先观察到烧瓶中的现象是______________________________，产生此现象的化学方程式为____________________________。
(2) 轻轻晃动烧瓶，观察到烧瓶中的现象为___________________ _______________________________________________________。产生此现象的化学方程式为_________________________________。
烧瓶中气体由无色变为红棕色
2NO＋O2===2NO2
烧瓶中红棕色气体又
变为无色，烧杯中的水倒吸到烧瓶中(或烧瓶中液面上升)
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
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