資源簡介

(共23張PPT)
第1課時 自然界中的氮循環　氮氣與氮氧化物
第3節　氮的循環
學習目標
1.知道自然界中氮循環的基本過程，認識氮循環過程中重要的含有氮元素的物質，能夠對含有氮元素的物質進行分類。
2.知道氮氣在一定條件下能夠與氧氣、氫氣發生反應，了解氮的固定的相關知識，建立從物質類別、元素價態角度研究物質性質和實現含有氮元素的物質之間轉化的思路和方法。
3.熟知一氧化氮和二氧化氮的性質，了解自然界中形成硝酸的過程。
聯想 · 質疑
閃電是大家非常熟悉的自然現象。
俗語說“雷雨發莊稼”、“一場雷雨一場肥”，這隱含著什么原理？
在電閃雷鳴的時候，空氣里的氮氣、部分含氮化合物分別發生了哪些反應？這些反應產生了哪些物質？這些物質對于人類的生產和生活有什么意義？
一、自然界中的氮循環
空氣中的氮氣
含氮化合物
氨基酸
蛋白質
NH3
根瘤菌
微生物分解
生物轉化
氮的氧化物
土壤和水體
放電
降水
硝酸等
1、氮元素在自然界中的存在形式：游離態和化合態。
2、自然界中的氮循環
3、人類活動對氮循環的影響
空氣中的氮氣
化學方法
氨
含氮化合物
轉化
土壤和水體
化石燃料
燃燒
氮的氧化物
大氣
①
②
交流 · 研討
自然界中的氮循環涉及許多氮及其化合物，指出圖中所列物質的類別和其中氮元素的化合價。
含氮物質 N2 NH3 NH4HCO3 NO NO2 HNO3 KNO3
氮元素價態
物質類別
0
－3
－3
+2
+4
+5
+5
單質
氫化物
銨鹽
氧化物
含氧酸
硝酸鹽
交流 · 研討
二、氮及其氧化物
（一）氮氣
1.物理性質
顏色 狀態 氣味 密度 溶解性
_____ _____ _____ 比空氣______ 溶于水
無色
氣體
無味
稍小
難
氮氣的密度與空氣的接近，只能用排水法收集
二、氮及其氧化物
（一）氮氣
2.化學性質
N2＋3H2 2NH3
高溫、高壓
催化劑
N2＋3Mg ==== Mg3N2
點燃
N2+ O2 ==== 2NO
放電
通常情況下，氮氣的化學性質不活潑，很難與其他物質發生反應。
用途：做保護氣
①還原性：
②氧化性：
（工業合成氨）
二、氮及其氧化物
（一）氮氣
3.氮的固定
①含義：將空氣中游離態的氮轉化為含氮化合物的過程，簡稱固氮
②分類：
自然固氮
閃電 10%
豆科植物的根瘤菌 90%
N2＋3H2 2NH3
高溫、高壓
催化劑
人工固氮
氮的固定
雷電固氮
生物固氮
工業合成氮
仿生固氮
最為關注的研究課題
二、氮及其氧化物
（一）氮氣
3.氮的固定
二、氮及其氧化物
（一）氮氣
3.氮的固定
氮的固定，是以氮氣為核心的氮及其化合物之間的轉化。
將氮氣轉化為氮氧化物或者氨氣，實現了氮元素化合價的升高或降低，體現了氮氣的還原性或氧化性
而通電、高溫和高壓等苛刻的反應條件則表明氮氣的化學性質很穩定，其還原性和氧化性皆很弱。
二、氮及其氧化物
（二）一氧化氮 NO
1.物理性質
無色、難溶于水、有毒
2.化學性質
在常溫下很容易與氧氣化合：
2NO+O2 = 2NO2
二、氮及其氧化物
（三）二氧化氮 NO2
1.物理性質
紅棕色、有刺激性氣味的有毒氣體，易溶于水，密度比空氣大
2.化學性質
3NO2＋H2O === 2HNO3＋NO
[實驗現象]紅棕色氣體變為無色氣體，集氣瓶中水面上升至2/3處，集氣瓶內無色氣體接觸到空氣，又變成紅棕色。
[應用]工業上用這一原理制取硝酸
（1）與水反應：
思考 · 討論
[改進實驗]如圖所示，在一支50mL的注射器里充入20 mL NO2,然后吸入5 mL水，用乳膠管和彈簧夾封住管口，振蕩注射器，觀察現象。打開彈簧夾，快速吸入10mL空氣后夾上彈簧夾，觀察現象。振蕩注射器，再觀察現象。
[思考]
實驗中發生了哪些化學反應
如果要將注射器中的NO充分轉化，可以采取什么措施
上述實驗對工業上生產硝酸有什么啟示
不斷地補充一些空氣，使生成的NO再氧化為NO2，NO2溶于水又生成HNO3和NO。經過多次的氧化和吸收，NO2可以比較完全地被水吸收，能夠盡可能多的轉化為硝酸。
二、氮及其氧化物
（三）二氧化氮 NO2
1.物理性質
紅棕色、有刺激性氣味的有毒氣體，易溶于水，密度比空氣大
2.化學性質
（1）與水反應：
3NO2＋H2O === 2HNO3＋NO
（2）與堿反應：
2NO2＋2NaOH === NaNO3＋NaNO2＋H2O
（3）強氧化性：
NO2+SO2=NO+SO3
①與SO2：
②能使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍
3NO2+H2O = NO+2HNO3
8HNO3+6KI = 3I2+6KNO3+2NO+4H2O
總反應為:12NO2+6KI = 6NO+6KNO3+3I2
用于吸收多余NO2，防止污染空氣
提升鞏固
1．俗話說“雷雨發莊稼”，試說出其中的原理，寫出反應的化學方程式。
雷電發生時，N2和O2化合生成NO，NO迅速被氧化為NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3跟土壤作用生成硝酸鹽，NO可被植物吸收。
N2+ O2 ==== 2NO
放電
2NO＋O2===2NO2
3NO2＋H2O === 2HNO3＋NO
提升鞏固
①
②
結合血紅蛋白能力比CO還強，更容易造成人體缺氧
NO
NO2
在擴張血管、提高免疫力、增強記憶力等方面有著重要作用
信使分子
能使多種織物褪色，損壞多種織物和尼龍制品
對金屬和非金屬材料有腐蝕作用
在空氣中隨雨水進入土壤，促進植物生長
NO、NO2的其他性質
化學與技術
人工固氮的重要途徑 工業合成氨
普利斯特里
1774年，普利斯特里通過加熱氯化銨和氫氧化鈣的混合物，首先收集到氨。
貝托萊
1784年，貝托萊經分析確定氨是由氮元素和氫元素組成的。
化學與技術
人工固氮的重要途徑 工業合成氨
哈伯
1904年，德國化學家哈伯進行合成氨實驗，測得反應所得氣體混合物中有0.012%體積的氨，終于在1909年設計出一套高溫、高壓、催化合成氨的實驗裝置。
德國化學工程師博施經過大量試驗找到了較為理想的鐵催化劑，設計并建造了能夠耐高溫、高壓的合成氨裝置。
博施
氨的合成從實驗室研制到工業化生產，經歷了約150年的時間。
化學與技術
我國現代合成氨工廠
解放前中國只有兩家規模不大的合成氨廠，解放后合成氨工業有了迅速發展。1949年全國氮肥產量僅0.6萬噸，而1982年達到1021.9萬噸，成為世界上產量最高的國家之一。中國引進了一批年產30萬噸氮肥的大型化肥廠設，中國自行設計和建造的上海吳涇化工廠也是年產30萬噸氮肥的大型化肥廠。這些化肥廠以天然氣、石油、煉油氣等為原料，生產中能量損耗低、產量高，技術和設備都很先進。
人工固氮的重要途徑——工業合成氨
課堂小結
酸
鹽
氫化物
單質
氧化物
物質類別
NH3
N2
NO
NO2
HNO3
+4
+2
0
-3
化合價
+5
+1
+3
課堂小結
自然界中的氮循環、氮的固定
氮氣的物理性質及化學性質
一氧化氮、二氧化氮的性質
01
02
03
THANKS
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