氮的固定【核心知識(shí)精講精研 】 高一下學(xué)期化學(xué)蘇教版（2019）必修第二冊(cè)

第一單元氮的固定專題7

氮與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)1.了解氮的固定。2.認(rèn)識(shí)氮氧化物的性質(zhì)和用途。1.建立認(rèn)知模型，并能運(yùn)用模型解釋氮氧化物與水的反應(yīng)。2.具有安全意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，認(rèn)識(shí)氮氧化物的污染。氮的固定新課導(dǎo)入氮的固定新課導(dǎo)入氮的固定德國(guó)化學(xué)家弗里茨·哈伯空氣中含量最多的是氮?dú)?，氮是農(nóng)作物生長(zhǎng)必需元素。20世紀(jì)初，德國(guó)化學(xué)家哈伯首次合成氨，人類進(jìn)入新的農(nóng)業(yè)時(shí)代。氮元素的存在在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空氣中，部分氮元素存在于動(dòng)植物體內(nèi)的蛋白質(zhì)中，還有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸鹽和銨鹽中。氮是自然界各種生物體生命活動(dòng)不可缺少的重要元素，自然界是怎樣通過(guò)氮的循環(huán)為生物體提供氮元素的呢？一、氮分子的結(jié)構(gòu)知識(shí)拓展溫故知新空氣的組成穩(wěn)定，其總體積中約

是氮?dú)猓s

是氧氣。氮?dú)饪赡芫哂性鯓拥男再|(zhì)？氮分子的具有什么樣的結(jié)構(gòu)？一、氮分子的結(jié)構(gòu)78%21%性質(zhì)穩(wěn)定，與大多數(shù)物質(zhì)難反應(yīng)。知識(shí)梳理一、氮分子的結(jié)構(gòu)游離態(tài)：N2∶N??N∶N≡N1．自然界中氮元素化合態(tài)：硝酸鹽、銨鹽等2．氮?dú)馕锢硇再|(zhì)無(wú)色、無(wú)味，密度比空氣稍小，難溶于水3．電子式：結(jié)構(gòu)式：液氮結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)？知識(shí)梳理一、氮分子的結(jié)構(gòu)4．氮?dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)通常狀況下，N2的化學(xué)性質(zhì)不活潑N≡N氮氮三鍵鍵能較大催化劑高溫、高壓N2+3H22NH3N2+O2

2NO放電或高溫N2+3MgMg3N2點(diǎn)燃反應(yīng)中氮?dú)獗憩F(xiàn)什么性質(zhì)？氧化性氧化性還原性二、自然固氮新課導(dǎo)入大氣中N2

NH3尿素及動(dòng)植物遺體

土壤中的微生物氮素化肥自然界中氮的循環(huán)二、自然固氮新課導(dǎo)入大自然通過(guò)閃電、火山爆發(fā)等釋放的能量將氮?dú)廪D(zhuǎn)化為含氮的化合物，或通過(guò)豆科植物的根瘤菌將氮?dú)廪D(zhuǎn)化成氨，從而實(shí)現(xiàn)自然固氮。交流討論空氣中的氮?dú)馊绾无D(zhuǎn)化為含氮的化合物？1．氮的固定：（1）將空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化成含氮化合物，簡(jiǎn)稱固氮。（2）分類二、自然固氮知識(shí)梳理合成氨(N2＋3H22NH3)仿生固氮高能固氮(N2＋O22NO)生物固氮(豆科植物根瘤菌)自然固氮人工固氮10%高溫高壓催化劑90%二、自然固氮學(xué)以致用例1.氮在自然界中的循環(huán)如下圖所示。(1)過(guò)程①稱為_(kāi)________，寫(xiě)出合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式：__________________，該反應(yīng)中氮?dú)怙@_____性(填“氧化”或“還原”，下同)

(2)過(guò)程②中能通過(guò)________________的作用將空氣中的氮?dú)夤潭ㄏ聛?lái)，寫(xiě)出③中固氮反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________________，該反應(yīng)中氮?dú)怙@______性。(3)過(guò)程④中的亞硝酸鹽有毒，工業(yè)上若直接排放將會(huì)造成環(huán)境污染。已知NaNO2遇到還原性較強(qiáng)的

會(huì)被還原為N2，在廢液中加入下列物質(zhì)不能使NaNO2無(wú)害化排放的是_____(填字母)。a.H2O2

b.NH4Cl

c.KNO3

d.NaOH人工固氮氧化催化劑高溫、高壓N2+3H22NH3豆科植物根瘤菌還原acd二、自然固氮?dú)w納總結(jié)(1)氮的固定必須為將游離態(tài)N2轉(zhuǎn)化為化合態(tài)含氮物質(zhì)的過(guò)程，為氧化還原反應(yīng)。(2)氮?dú)庑再|(zhì)的“一惰性、兩反應(yīng)”。氮?dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，通常狀況下，很難與其他物質(zhì)反應(yīng)，但是在一定條件下也能與氫氣、氧氣等反應(yīng)。(3)氮元素是多價(jià)態(tài)元素，氮?dú)庵械爻?價(jià)，處于中間價(jià)態(tài)，故氮?dú)饧扔醒趸?與H2反應(yīng))，又有還原性(與O2反應(yīng))。二、自然固氮2．一氧化氮、二氧化氮視頻導(dǎo)學(xué)閃電有助于生成氮氧化合物交流討論“雷雨發(fā)莊稼”怎么解釋？2NO+O2===2NO2N2＋O2===2NO放電3NO2

+H2O

===2HNO3

+NO二、自然固氮2．一氧化氮、二氧化氮氮的固定實(shí)驗(yàn)視頻導(dǎo)學(xué)二、自然固氮2．一氧化氮、二氧化氮視頻導(dǎo)學(xué)氮的氧化物N2ONON2O3NO2N2O4N2O5+1氮元素的常見(jiàn)化合價(jià)：+2+3+4+5思考交流2NO+O2===2NO2(1)NONO能使人中毒，其原理與CO相似無(wú)色無(wú)味氣體，不溶于水，有毒NO不能與O2大量共存只能用排水法收集①物理性質(zhì)②化學(xué)性質(zhì)二、自然固氮2．一氧化氮、二氧化氮知識(shí)梳理NO一向被視為大氣污染物，卻在生命過(guò)程中有如此重要的功能，這是否能給人們一些什么啟示呢？人們發(fā)現(xiàn)在生物體內(nèi)存在少量的一氧化氮，具有擴(kuò)張血管、促進(jìn)消化和增強(qiáng)記憶力的特殊功能。一氧化氮起著生物信使分子的特殊作用，在人體內(nèi)扮演著傳遞重要訊息和調(diào)節(jié)細(xì)胞功能的角色。高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化、冠狀動(dòng)脈炎等心血管疾病都是因?yàn)槿梭w內(nèi)一氧化氮長(zhǎng)期供給不足而引起的。1998年的諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的主要研究成果是發(fā)現(xiàn)NO在人體的血管系統(tǒng)內(nèi)具有傳送信號(hào)的功能。拓展視野信使分子——NO二、自然固氮密度比空氣的大、易液化、易溶于水3NO2＋H2O===2HNO3＋NO+4+5+2紅棕色、有刺激性氣味的有毒氣體②化學(xué)性質(zhì)NO2既是氧化劑又是還原劑(2)NO2①物理性質(zhì)2．一氧化氮、二氧化氮知識(shí)梳理二、自然固氮①將盛滿NO2氣體的試管倒置于盛水的水槽中，如圖甲所示。③將制得的O2緩慢通入步驟①的試管中，如圖乙所示。NO2能溶于H2O并發(fā)生反應(yīng)，為了使NO2盡可能被H2O吸收，某化學(xué)興趣小組設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)步驟，以探究NO2被H2O吸收的程度。②制備一定量O2。探究實(shí)驗(yàn)圖甲圖乙二、自然固氮NO2被H2O吸收的實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)步驟現(xiàn)象解釋將充滿NO2的試管倒立水槽中紅棕色逐漸消失，試管水位上升到試管容積2/3處4NO2+2H2O+O2===4HNO3繼續(xù)通入氧氣水逐漸充滿試管3NO2+H2O===2HNO3+NO2NO+O2===2NO2向試管通入O2水位繼續(xù)上升，紅棕色又消失3NO2+H2O===2HNO3+NO實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是什么？反應(yīng)的化學(xué)方程式是什么？問(wèn)題思考：實(shí)驗(yàn)結(jié)論：通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論是什么？無(wú)色氣體變成紅棕色4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，即V(NO2)∶V(O2)＝4∶1時(shí)NO2恰好完全被水吸收二、自然固氮3NO2＋H2O===2HNO3＋NO①2NO＋O2===2NO2②由方程式①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3③由方程式①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3④(2)氮氧化物溶于水的不同情況及剩余氣體：(1)相關(guān)反應(yīng)原理①NO2與O2的混合氣體溶于水(反應(yīng)③)②NO與O2的混合氣體溶于水(反應(yīng)④)氮的氧化物溶于水的數(shù)量關(guān)系歸納總結(jié)二、自然固氮特別說(shuō)明(2)對(duì)于連續(xù)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，可用化學(xué)方程式疊加的方法得到復(fù)合反應(yīng)，解決問(wèn)題更簡(jiǎn)便。(1)氮的氧化物與O2的混合氣體溶于水時(shí)，剩余的氣體可能是O2，也可能是NO，但不可能是NO2。二、自然固氮課堂總結(jié)二、自然固氮一氧化氮、二氧化氮性質(zhì)比較性質(zhì)NONO2物理性質(zhì)毒性與水反應(yīng)與氧氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)室制備收集方法其他對(duì)環(huán)境影響無(wú)色、無(wú)味的有毒氣體，難溶于水紅棕色、有刺激性氣味的有毒氣體不反應(yīng)(難溶于水)3NO2+H2O====2HNO3+NO2NO+O2====2NO2不反應(yīng)銅與稀硝酸反應(yīng)銅與濃硝酸反應(yīng)常用排水法常用向上排空氣法2NO2N2O4導(dǎo)致光化學(xué)煙霧和酸雨，破壞臭氧層有毒（跟血紅蛋白結(jié)合）有毒1909年，德國(guó)化學(xué)家哈伯經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)，在500~600℃、17.5~20.0MPa和鋨為催化劑的條件下，反應(yīng)后氨的含量可達(dá)到6%以上，具備了工業(yè)化生產(chǎn)的可能性。哈伯(F.Haber，1868-1934)為了把哈伯合成氨的實(shí)驗(yàn)室方法轉(zhuǎn)化為規(guī)模化的工業(yè)生產(chǎn)，德國(guó)工程師博施作出了重要貢獻(xiàn)。由于合成氨工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)和相關(guān)研究對(duì)化學(xué)理論與技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)，哈伯和博施都獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。合成氨是人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的一項(xiàng)重大成就。人工固氮合成氨三、人工固氮——合成氨科學(xué)史話三、人工固氮——合成氨1．原料2．原理3．化工流程4．意義知識(shí)梳理合成氨工廠氮?dú)?、氫氣N2＋3H22NH3高溫高壓催化劑為植物提供足夠氮肥，提高了糧食產(chǎn)量。ΔH＝-92.4kJ·mol－1N2＋3H2

——→合成塔

→分離塔→NH3

高溫加壓課堂小結(jié)氮的固定一、氮分子的結(jié)構(gòu)氮元素的存在、氮分子的結(jié)構(gòu)、氮?dú)獾男再|(zhì)二、自然固氮1．自然固氮(高能固氮、生物固氮)和人工固氮2．一氧化氮和二氧化氮三、人工固氮——合成氨2NO+O2===2NO2N2＋O2===2NO放電3NO2

+H2O

===2HNO3

+NON2＋3H22NH3高溫高壓催化劑C知識(shí)鞏固當(dāng)堂訓(xùn)練解析氮的固定是將空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過(guò)程。1.下列過(guò)程中不屬于氮的固定的是()A.工業(yè)制氨氣B.雷雨天產(chǎn)生NOC.由氨氣生成硝酸銨D.氮?dú)庠诟鼍饔孟律?.對(duì)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反應(yīng)的下列說(shuō)法正確的是（）A.氧化劑與還原劑的質(zhì)量比為1∶2B.氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2C.NO2是氧化劑，H2O是還原劑D.在反應(yīng)中若有6molNO2參與反應(yīng)時(shí)，有3mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移A知識(shí)鞏固當(dāng)堂訓(xùn)練解析該反應(yīng)中NO2既是氧化劑又是還原劑，硝酸為氧化產(chǎn)物，NO為還原產(chǎn)物。硝酸與NO的物質(zhì)的量之比為2∶1，還原劑(NO2)與氧化劑(NO2)的物質(zhì)的量之比為2∶1。若有6molNO2參與反應(yīng)，則轉(zhuǎn)移電子4