資源簡介

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第五章
化工生產中的重要非金屬元素
——氮及其化合物
向空氣要氮肥
環節一：我們需要氮肥
歷年世界人口與谷物產量的增長情況
N是一切動植物生長都需的營養元素
谷物產量
人口數量
問題：氮元素在自然界的存在形式有哪些？
N2
NO3-
NH3
NH4+
蛋白質
核酸
環節一：我們需要氮肥
問題1：植物生長在一個缺乏氮元素的世界中嗎？
N2
NO3-
NH3
NH4+
蛋白質
核酸
硝態氮肥
銨態氮肥
環節二：探尋空氣制備硝態氮肥的可能途徑
活動1：設計空氣制備硝態氮肥的路線
問題1：植物生長在一個缺乏氮元素的世界中嗎？
環節二：探尋空氣制備硝態氮肥的可能途徑
氫化物
氧化物
N2
NO
NO2
HNO3
NO3-
類別
化合價
單質
酸
鹽
+2
+4
+5
+3
+1
0
-3
NH3
NH4+
活動1：設計空氣制備硝態氮肥的路線
硝態氮肥
銨態氮肥
無色氣體
紅棕色氣體
1、氮元素位于元素周期表的第二周期VA族
2、氮元素的
常見的化合價-3,0，+1，+2，+3,+4,+5
電子式 結構式
3、氮氣元素的
寫出N元素在元素周期表的位置、原子結構示意圖及氮氣的電子式
環節二：探尋空氣制備硝態氮肥的可能途徑
環節二：探尋空氣制備硝態氮肥的可能途徑
環節二：探尋空氣制備硝態氮肥的可能途徑
實驗探究1：N2 和 O2 反應
①觀察到什么現象？
資料卡片
1.直流電源弧焰溫度4000K-8000K
2.溫度高于150℃時，NO2 開始分解，到650℃時完全分解為NO和 O2
N2+ O2 2NO
放電或高溫
環節二：探尋空氣制備硝態氮肥的可能途徑
實驗探究2、NO，NO2溶于水
實驗操作
①打開二通閥，0.5ml H2O注入NO中，觀察實驗現象及刻度的變化
實驗現象
①顏色無明顯變化，盛有NO的注射器刻度增大
實驗結論
①NO不溶于水
環節二：探尋空氣制備硝態氮肥的可能途徑
實驗操作
②打開二通，1ml O2 快速注入NO中，觀察實驗現象
實驗現象
②注射器內產生紅棕色氣體，一段時間后紅棕色消失，注射器右移（刻度變小）
實驗涉及到的方程式
2NO+O2= 2NO2
實驗探究2、NO，NO2溶于水
環節二：探尋空氣制備硝態氮肥的可能途徑
實驗操作
③注入0.5ml紫色石蕊中，觀察實驗現象
實驗現象
③溶液顏色變紅
實驗涉及到的方程式
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
如果要將注射器中的NO充分轉化，可以采取什么措施？
實驗探究2、NO，NO2溶于水
問題1：植物生長在一個缺乏氮元素的世界中嗎？
環節三：探尋空氣制備銨態氮肥的可能途徑
氫化物
氧化物
N2
NO
NO2
HNO3
NO3-
類別
化合價
單質
酸
鹽
+2
+4
+5
+3
+1
0
-3
NH3
NH4+
氧化
硝態氮肥
銨態氮肥
O2
O2
H2O
金屬礦物質
還原
問題：你能解釋雷雨發莊稼的原理嗎？
環節三：探尋空氣制備銨態氮肥的可能途徑
科學史話
1909德國化學家哈伯實驗研究發現，在500~600℃、17.5 MPa~20.0 MPa和鋨為催化劑的條件下，氮氣和氫氣反應后氨含量可超過6%
1918年博施推動了合成氨工業生產的實現和相關研究對化學理論與技術發展的，
2007 年，德國化學家格哈德·埃特爾發現了合成氨的作用機理
合成氨是人類科學技術發展史上的一項重大成就，很大程度上解決了人類溫飽問題。三位科學家也因此獲得諾貝爾獎。
問題1：植物生長在一個缺乏氮元素的世界中嗎？
氫化物
氧化物
N2
NO
NO2
HNO3
NO3-
類別
化合價
單質
酸
鹽
+2
+4
+5
+3
+1
0
-3
NH3
NH4+
氧化
硝態氮肥
銨態氮肥
O2
O2
H2O
金屬礦物質
還原
環節三：探尋空氣制備銨態氮肥的可能途徑
環節三：探尋空氣制備銨態氮肥的可能途徑
實驗探究3、氨氣轉化為銨鹽實驗
實驗操作
用棉簽分別蘸取少量的濃鹽酸與濃氨水后放入小
塑料袋中，并蓋上蓋，觀察實驗現象
問題1：植物生長在一個缺乏氮元素的世界中嗎？
環節三：探尋空氣制備銨態氮肥的可能途徑
氫化物
氧化物
N2
NO
NO2
HNO3
NO3-
類別
化合價
單質
酸
鹽
+2
+4
+5
+3
+1
0
-3
NH3
NH4+
氧化
硝態氮肥
銨態氮肥
O2
O2
H2O
金屬礦物質
還原
酸
氮的固定：是將空氣中游離態的氮轉化為含氮化合物的過程
《污水綜合排放標準》規定：氮標準限值范圍為0.02mg/L~0.02mg/L
環節四：合理施用氮肥
問題1：氮肥的使用可能帶來的問題？
《污水綜合排放標準》規定：氮標準限值范圍為0.02mg/L~0.02mg/L
環節四：合理施用氮肥
問題2:某廠產生的氨氮廢水中的氮元素多以NH4 +和NH3·H2O存在，設計該廢水的處理方案
從類別角度
從價態角度
問題1：植物生長在一個缺乏氮元素的世界中嗎？
氫化物
氧化物
N2
NO
NO2
HNO3
NO3-
類別
化合價
單質
酸
鹽
+2
+4
+5
+3
+1
0
-3
NH3
NH4+
硝態氮肥
銨態氮肥
自然固氮
人工固氮
自然固氮
人工固氮
脫氮菌
環節五：氮肥的發展前景
硝化細菌
《污水綜合排放標準》規定：氮標準限值范圍為0.02mg/L~0.02mg/L
環節四：合理施用氮肥
問題2:某廠產生的氨氮廢水中的氮元素多以NH4 +和NH3·H2O存在，設計該廢水的處理方案
從類別角度
從價態角度
從自然界氮循環角度
環節五：氮肥的發展前景
問題:化肥的未來發展前景方向又是什么？
環節五：氮肥的發展前景
問題:化肥的未來發展前景方向又是什么？
直至2020年12月9日，中國科學院王二濤研究員帶領的研究團隊刻苦攻關了八年，揭開了生物固氮的世紀謎題，宣告化學氮肥或將被取代。10日零時在國際頂尖學術期刊《自然》予以發表。
小結
(回收）
()
（無害物質）
NH3
氧化劑
微生物
類別
雷雨發莊稼
制銨態氮肥
生態
生產
生活
含氮廢水的處理方案
作業
①查閱資料，氮肥的未來發展前景如何？形成小論文
②思考并查閱資料，有何途徑可減少氮的氧化物及鹽的環境的污染
感謝你的聆聽！！！

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