2022-2023学年高一化学 苏教版2019 必修第二册 教学课件 7-1-1 氮的固定(共25张PPT)
文档属性
| 名称 | 2022-2023学年高一化学 苏教版2019 必修第二册 教学课件 7-1-1 氮的固定(共25张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 38.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-04-21 08:16:48 | ||
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文档简介
(共25张PPT)
2.1.1 氮的固定
学习目标
1.能依据氮分子的微观结构对氮气的性质预测。
2.通过对比实验，探究NO和NO2的物理性质和化学性质。
3.认识自然固氮和人工固氮的原理和氮循环。
氮元素的重要作用
氮元素是生命物质的重要组成元素，含氮化合物在生产、科研领域有广泛应用。
血红蛋白
农作物生长必需元素
航天燃料
氮的存在方式
1.氮元素的存在方式：:
b.化合态:
氮气
a.游离态:
铵盐、硝酸盐、蛋白质
氮元素在自然界中多数以什么形式存在？
思考探究
氮元素在自然界中多数以什么形式存在？
在自然界中，绝大多数的氮元素以游离态的单分子形式存在与空气中。
氮分子的结构
电子式：
结构式：
N≡N
破坏氮气分子中的共价键需要很大的能量，所以氮气分子很稳定。
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。
一、氮气的性质
1.物理性质：
无色无味的气体, 难溶于水, 熔沸点低, 密度比空气略小。
稳定
2.化学性质:
(与空气密度相近, 只能用排水法收集N2)
（2）与活泼金属反应
工业合成氨
（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
氮的用途
(1)是合成氨、制硝酸的重要原料
(2)保护气：焊接金属；灯泡的填充气体；
保存粮食、罐头、水果。
(3)医学上，用液氮作冷冻剂
自然界中：充足的氮能使植物枝叶茂盛，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。
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。
氮气
含氮化合物
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）将氮气通过化学过程转化为含氮化合物。约占自然固氮的90%。
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%。
高能固氮
生物固氮
思考探究
“雷电发庄稼”；“一场雷雨一场肥”有什么化学道理？我们来模拟一下雷电环境。
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
一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮
2NO+O2==== 2NO2
反应非常迅速。
二氧化氮与水反应
实验现象：
红棕色气体消失，水位上升，最后水充满试管的2/3，无色气体充满试管的 1/3（上部）。
如果通入足量的氧气，一氧化氮都转化为硝酸。
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
“雷雨发庄稼”涉及的反应过程
N2+O2 2NO
====
放电
2NO＋O2=2NO2
3NO2＋H2O=2HNO3＋NO
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。
一氧化氮被空气中的氧气氧化生二氧化氮。
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，其中的硝酸根离子被植物的根系吸收，转化为植物生长所需的养料
思考探究
现在农业生产需要大量氮肥（含氮化合物），上述途径能满足生产需要吗？
氮是粮食作物生长必须的的元素，科学家一直在探索将空气中的氮转化为植物可吸收的含氮物质。
20世纪初，德国化学家哈伯（F. Haber，1868—1934）在实验室中首次用氮气和氢气合成了氨，从此人类进入了化肥农业时代，大大提高了粮食产量。
人工固氮——合成氨
1.反应原理
ΔH= -92.4 kJ· mol-1
(2)原料：氮气与氢气
(3)条件：高温、高压、催化剂。
②反应放出的大量的热可以用来预热原料气，以达到反应所需的温度,节约能源。
(4)合成氨的工艺:
③反应为可逆反应，达到平衡时混合气体中氨气约占 20%，然后分离出氨气后，将未反应的氮气、氢气 送回合成塔循环使用。
①在较高温度下将混合气体加压后送入合成塔反应。
氨气易液化
目的：加快反应速率
目的：增大原料转化率
①为植物生长提供足够的氮肥。
②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。
③改变了世界粮食生产的历史，使人类免受饥荒之苦。
(5)合成氨的意义:
三、氮氧化合物
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
不反应
不反应
红棕色、刺激性气味气体、有毒、易溶于水
无色、无味气体、
有毒、微溶于水
O2和H2O
O2
H2O
化
学
性
质
物理性质
NO2
NO
3NO2+H2O=2HNO3+NO
2NO+O2=2NO2
用途
在生物学方面有独特作用，人体中极少量的NO会促进血管扩张，防止血栓塞等。
在火箭燃料中做氧化剂，在工业上制造硝酸。
思考探究
如何收集NO、 NO2气体？
NO只能用排水法收集
NO2只能用排空气法收集
课堂小结
学以致用
1.下列反应属于氮的固定的是( )
①N2和H2在一定条件下合成NH3
②NO2和H2O 反应生成HNO3和NO
③Mg在N2中燃烧生成Mg3N2
④NO被空气氧化为NO2
A.①② B.②③ C.①③ D.①④
C
学以致用
2.下列关于氮气的说法中错误的是( )
A.通常情况下N2性质很稳定,所以N2可以在电焊时作保护气
B.N2+O2 ==2NO,该反应是汽车尾气造成污染的主要因素之一
C.N2在空气中约占的质量比为4/5
D.在反应3Mg+N2 ==Mg3N2中,N2作氧化剂
C
学以致用
2.实验室以空气和镁为原料制备Mg3N2的装置如图所示(夹持和加热装置略去):
下列说法正确的是( )
A.装置A、B中可依次加入浓硫酸、NaOH溶液
B.若去掉装置C,对产品纯度无影响
C.实验时应先加热C,通入一段时间空气后再加热D
D.装置E中碱石灰的作用是吸收尾气
C
作业布置
1.写《课时作业》P116~117合格考题组以及13题
观
看
谢
谢
2.1.1 氮的固定
学习目标
1.能依据氮分子的微观结构对氮气的性质预测。
2.通过对比实验，探究NO和NO2的物理性质和化学性质。
3.认识自然固氮和人工固氮的原理和氮循环。
氮元素的重要作用
氮元素是生命物质的重要组成元素，含氮化合物在生产、科研领域有广泛应用。
血红蛋白
农作物生长必需元素
航天燃料
氮的存在方式
1.氮元素的存在方式：:
b.化合态:
氮气
a.游离态:
铵盐、硝酸盐、蛋白质
氮元素在自然界中多数以什么形式存在？
思考探究
氮元素在自然界中多数以什么形式存在？
在自然界中，绝大多数的氮元素以游离态的单分子形式存在与空气中。
氮分子的结构
电子式：
结构式：
N≡N
破坏氮气分子中的共价键需要很大的能量，所以氮气分子很稳定。
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。
一、氮气的性质
1.物理性质：
无色无味的气体, 难溶于水, 熔沸点低, 密度比空气略小。
稳定
2.化学性质:
(与空气密度相近, 只能用排水法收集N2)
（2）与活泼金属反应
工业合成氨
（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
氮的用途
(1)是合成氨、制硝酸的重要原料
(2)保护气：焊接金属；灯泡的填充气体；
保存粮食、罐头、水果。
(3)医学上，用液氮作冷冻剂
自然界中：充足的氮能使植物枝叶茂盛，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。
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。
氮气
含氮化合物
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）将氮气通过化学过程转化为含氮化合物。约占自然固氮的90%。
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%。
高能固氮
生物固氮
思考探究
“雷电发庄稼”；“一场雷雨一场肥”有什么化学道理？我们来模拟一下雷电环境。
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
一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮
2NO+O2==== 2NO2
反应非常迅速。
二氧化氮与水反应
实验现象：
红棕色气体消失，水位上升，最后水充满试管的2/3，无色气体充满试管的 1/3（上部）。
如果通入足量的氧气，一氧化氮都转化为硝酸。
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
“雷雨发庄稼”涉及的反应过程
N2+O2 2NO
====
放电
2NO＋O2=2NO2
3NO2＋H2O=2HNO3＋NO
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。
一氧化氮被空气中的氧气氧化生二氧化氮。
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，其中的硝酸根离子被植物的根系吸收，转化为植物生长所需的养料
思考探究
现在农业生产需要大量氮肥（含氮化合物），上述途径能满足生产需要吗？
氮是粮食作物生长必须的的元素，科学家一直在探索将空气中的氮转化为植物可吸收的含氮物质。
20世纪初，德国化学家哈伯（F. Haber，1868—1934）在实验室中首次用氮气和氢气合成了氨，从此人类进入了化肥农业时代，大大提高了粮食产量。
人工固氮——合成氨
1.反应原理
ΔH= -92.4 kJ· mol-1
(2)原料：氮气与氢气
(3)条件：高温、高压、催化剂。
②反应放出的大量的热可以用来预热原料气，以达到反应所需的温度,节约能源。
(4)合成氨的工艺:
③反应为可逆反应，达到平衡时混合气体中氨气约占 20%，然后分离出氨气后，将未反应的氮气、氢气 送回合成塔循环使用。
①在较高温度下将混合气体加压后送入合成塔反应。
氨气易液化
目的：加快反应速率
目的：增大原料转化率
①为植物生长提供足够的氮肥。
②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。
③改变了世界粮食生产的历史，使人类免受饥荒之苦。
(5)合成氨的意义:
三、氮氧化合物
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
不反应
不反应
红棕色、刺激性气味气体、有毒、易溶于水
无色、无味气体、
有毒、微溶于水
O2和H2O
O2
H2O
化
学
性
质
物理性质
NO2
NO
3NO2+H2O=2HNO3+NO
2NO+O2=2NO2
用途
在生物学方面有独特作用，人体中极少量的NO会促进血管扩张，防止血栓塞等。
在火箭燃料中做氧化剂，在工业上制造硝酸。
思考探究
如何收集NO、 NO2气体？
NO只能用排水法收集
NO2只能用排空气法收集
课堂小结
学以致用
1.下列反应属于氮的固定的是( )
①N2和H2在一定条件下合成NH3
②NO2和H2O 反应生成HNO3和NO
③Mg在N2中燃烧生成Mg3N2
④NO被空气氧化为NO2
A.①② B.②③ C.①③ D.①④
C
学以致用
2.下列关于氮气的说法中错误的是( )
A.通常情况下N2性质很稳定,所以N2可以在电焊时作保护气
B.N2+O2 ==2NO,该反应是汽车尾气造成污染的主要因素之一
C.N2在空气中约占的质量比为4/5
D.在反应3Mg+N2 ==Mg3N2中,N2作氧化剂
C
学以致用
2.实验室以空气和镁为原料制备Mg3N2的装置如图所示(夹持和加热装置略去):
下列说法正确的是( )
A.装置A、B中可依次加入浓硫酸、NaOH溶液
B.若去掉装置C,对产品纯度无影响
C.实验时应先加热C,通入一段时间空气后再加热D
D.装置E中碱石灰的作用是吸收尾气
C
作业布置
1.写《课时作业》P116~117合格考题组以及13题
观
看
谢
谢