7.1 氮的固定（25页） 课件 2024-2025学年高一化学苏教版（2019）必修2

(共27张PPT)
氮的固定
1.能依据氮分子的微观结构预测其化学性质。
2.认识人工固氮的化学原理和社会价值。
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。
(78%) 氮气
氧气 (21%)
空气的成分(按体积)
空气的组成稳定，其总体积中约78%是氮气，约21%是氧气。氮气可能具有怎样的性质？
一、氮分子的结构与性质
1、氮分子的结构
（1）分子式：_________
（2）电子式：_________ 结构式：_________
N2
破坏氮气分子中氮原子之间的共价键需要很大的能量，所以氮气分子很稳定。
氮气分子是由两个氮原子通过共用三对电子结合而成的，氮气分子中存在氮氮三键。
N
+7
2
5
氮在元素周期表中的位置
第二周期 第 ⅤA族
一、氮分子的结构与性质
2、物理性质
无色无味的气体，难溶于水，密度比空气略小，收集氮气用排水法。
3、化学性质
高温或放电等特殊条件下，氮气分子获得了足够多的能量，也能与一些金属或非金属单质发生反应，生成含氮化合物。
(1)与氧气反应：N2＋O2 ====2NO。
放电
(2)与氢气反应：N2＋3H2 2NH3(工业合成氨)。
(3)与活泼金属反应：
一、氮分子的结构与性质
4、氮气的应用
在常压下，液氮的温度为-196℃
充入氮气可以排除氧气，防止钨丝被氧化，延长灯泡的使用寿命。
一、氮分子的结构与性质
下列关于氮气的用途，叙述错误的是（ ）
A.在灯泡中充入氮气以延长使用寿命
B.焊接金属时常用氮气作保护气
C.用氮气作火箭的燃料
D.用氮气生产氨气制造氮肥
焊接金属作保护气
C
氮——植物生长的守护神
植物缺氮症状：叶片黄化，植株瘦弱
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。
氮是粮食作物生长必需的元素，怎样将空气中游离态的氮转化为植物可吸收的含氮物质？
氮的固定 ：
将空气中游离态的氮转化成含氮化合物
自然固氮
人工固氮
生物固氮
高能固氮
氮——植物生长的守护神
二、自然固氮的两种方式
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%；
思考：种植豆科植物是否需要大量的使用氮肥？
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。
拓展视野
科学家发现根瘤菌中存在固氮酶。固氮酶的分子很大，结构也很复杂，它是由二氮酶和二氮还原酶两种蛋白质组成的。这两种蛋白质对氧非常敏感，一旦遇氧就很快导致固氮酶的失活。固氮酶如此怕氧气，所以整个研究过程必须在严格无氧气的条件下进行，这无疑给研究增加了难度。所以，时至今日，化学模拟生物固氮仍在探索之中。
生物固氮是指（ ）
A.生物从土壤中吸收含氮养料
B.将含氮化合物转变为植物蛋白质
C.土壤中的硝酸盐被细菌分解转化为氮气
D.豆科植物根瘤菌将空气中的氮气转变为含氮化合物
D
自然界中并不是所有种类的植物都可以像豆科植物那样能利用根瘤自行固氮。在人类合成氮肥之前，大部分植物对化合态氮元素的需求，除动物粪便等有机肥在微生物作用下进入土壤中的成分外，主要依赖于闪电条件下大气中氮元素的转化。
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和一氧化氮。
请你根据以上描述写出相应的化学反应方程式。
二、自然固氮的两种方式
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%。
2、高能固氮
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。
(1)N2＋O2 ====2NO
放电
(2)2NO ＋ O2 = 2NO2
(3)2NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
+2
+4
+5
NO2既作氧化剂又作还原剂。
“雷雨发庄稼”
二、自然固氮的两种方式
一氧化氮和二氧化氮的性质对比
物理性质
物质 颜色、状态 气味 毒性 水溶性
NO 无色气体 无味 有毒 ____溶于水
NO2 _____色气体 _________ ______ ____溶于水
红棕　
有刺激性气味　
有毒
易　
不　
只能用排水法收集
×
只能用向上排空气法收集
(1)在常温下，NO很容易与O2反应，化学方程式为_____________________。
(2)NO2溶于水时发生反应的化学方程式为____________________________。
2NO＋O2=2NO2 　
3NO2＋H2O=2HNO3＋NO 　
2NO2N2O4(无色气体)
一氧化氮和二氧化氮的性质对比
化学性质
1、(双选)病毒学研究证实，一氧化氮对SARS(重症急性呼吸综合征)病毒有直接抑制作用。下列关于一氧化氮的叙述正确的是(　　)
A．一氧化氮是一种无色气体
B．常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合
C．一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到
D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集
AC
大气中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。一氧化氮在调节心脑血管、神经和免疫系统等方面有着十分重要的生物学作用和医学前景，受到人们的普遍重视。
2、对3NO2＋H2O=2HNO3＋NO反应的下列说法正确的是（ ）
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
A
二氧化氮在火箭燃料中用作氧化剂，在工业上可以用来制造硝酸。
三、人工固氮——合成氨
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。
1 mol N2与3 mol H2完全反应能否生成2 mol NH3？放出92.4kJ的热量？
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4kJ·mol－1
德国科学家哈伯和博施
哈伯（1868—1934）
下列反应中，不属于氮的固定的是（ ）
A.N2和H2在一定条件下合成NH3
B.豆科植物把空气中的氮气转化为化合态的氮
C.雷电时，空气中的N2与O2反应生成NO
D.由NH3制碳酸氢铵
D
将空气中游离态的氮转化成含氮化合物
氮元素在自然界中的循环
大气中的氮
自然固氮
雷电作用
豆科植物的
根瘤菌固氮
（大气：N2及少量的NH3、NO、NO2）
产生NO
人工
固氮
大气中的氮
自然固氮
雷电作用
豆科植物的
根瘤菌固氮
化肥生产
产生NO
（大气：N2及少量的NH3、NO、NO2）
氮元素在自然界中的循环
人工
固氮
大气中的氮
硝酸盐
自然固氮
雷电作用
豆科植物的
根瘤菌固氮
化肥生产
产生NO
（大气：N2及少量的NH3、NO、NO2）
氮元素在自然界中的循环
人工
固氮
大气中的氮
氨或铵盐
亚硝酸盐
硝酸盐
自然固氮
雷电作用
豆科植物的
根瘤菌固氮
化肥生产
产生NO
（大气：N2及少量的NH3、NO、NO2）
氮元素在自然界中的循环
人工
固氮
大气中的氮
氨或铵盐
亚硝酸盐
硝酸盐
自然固氮
雷电作用
豆科植物的
根瘤菌固氮
化肥生产
动物摄食
动物排泄物
及遗体
植物遗体
吸收
被细菌
分解
产生NO
（大气：N2及少量的NH3、NO、NO2）
氮元素在自然界中的循环
课堂总结
氮分子的结构与性质