資源簡介

(共31張PPT)
第五章 化工生產中的重要非金屬元素
第二節 氮及其化合物
第1課時
2
1
本節重點
本節難點
氮氣的性質及用途
氮氣與氮的固定
農諺有云：“種豆子不上肥，連種幾年地更肥”
空氣中氮元素豐富，但大多數的植物不能直接利用，豆科植物與根瘤菌共生可以將氮氣轉化成植物需要的氮素營養，同時固定的氮素也會釋放到土壤中，從而被其他植物利用。
思考：自然界是怎樣通過氮的循環為生物體提供氮元素的呢？
游離態：主要以_______的形式存在于空氣中。
化合態：部分存在于動植物體內的 中；
部分存在于土壤、海洋里的 中。
氮氣與氮的固定
氮分子
蛋白質
硝酸鹽和銨鹽
氮元素在自然界中的存在
空氣的成分(按體積)
(78%) 氮氣
(21%)
氧氣
氮元素位于元素周期表中：第2周期 ⅤA族
氮氣與氮的固定
元素周期表中的位置
氮原子的最外電子層有5個電子，既不容易得到3個電子，也不容易失去5個電子，因此，氮原子一般通過共用電子對與其他原子相互結合構成物質。
氮氣與氮的固定
氮原子得失電子情況
氮原子結構示意圖
氮氣
氮氣與氮的固定
探究一 觀察實驗桌上的氮氣，總結氮氣的物理性質
氮氣的物理性質
顏色
狀態
密度
氣味
無色
氣體
密度比
空氣略小
無味
溶解性
難溶
于水
收集氮氣時用排水法不用排空法！
氮氣
氮氣與氮的固定
氮氣
氮氣在空氣中的體積分數為78%，化學性質穩定，這是為什么呢？(從化學鍵的角度分析)
共價三鍵(N≡N)
較多
穩定
很難
氮氣與氮的固定
氮氣
氮氣
氮分子形成過程
N
N
N
N
氮分子內兩個氮原子間以_______________結合，斷開該化學鍵需要_______的能量，所以氮氣的化學性質很_______，通常情況下_________與其他物質發生化學反應，無法被大多數生物體直接吸收。
氮氣的穩定性
化學性質不活潑—保護氣
焊接金屬時用作保護氣
充入燈泡中以延長使用壽命
充入食品包裝中以防腐
氮氣與氮的固定
氮氣的用途
液氮 — 制造低溫
醫療上可在液氮冷凍
麻醉條件下做手術
超導材料在液氮的低溫
環境下能顯示超導性能
氮氣與氮的固定
氮氣的用途
化肥和化工原料
氮氣與氮的固定
氮氣的用途
硝酸
氮肥
硝酸甘油
高溫、放電等條件下，氮分子獲得了足夠的能量，使N≡N斷裂，氮氣能夠與鎂、氧氣、氫氣等物質發生化合反應，氮氣分子中氮元素化合價為0，是氮元素的中間價態，在一定條件下能表現出氧化性或還原性。
氧化性
N2＋3Mg Mg3N2
點燃
-3
0
N2＋3H2 2NH3
高溫、高壓
催化劑
-3
0
N2＋O2 2NO
放電或高溫
+2
0
氮氣與氮的固定
氮氣的用途
還原性
(工業上合成氨)
概念
游離態
的氮
氮的
化合物
氮的固定
氮氣與氮的固定
氮氣的固定
分類
雷電/大氣/高能固氮
(如雷雨天氣N2轉化為NO)
生物固氮
(如豆科植物的根瘤菌固氮)
合成氨 (工業上合成氨)
仿生固氮
(某些金屬有機化合物可起到根瘤菌的作用)
自然
固氮
人工
固氮
回顧所學內容，判斷下列問題的對與錯
問題1
氮元素有多種化合價，其最高正價為＋5價(　　)
氮原子與其他原子只能形成共價鍵，不能形成離子鍵(　　)
問題2
氮氣常用作焊接金屬、填充燈泡、保存食品的保護氣(　　)
問題3
硝酸鹽在某些細菌作用下轉化成氮氣為自然固氮(　　)
問題4
高溫、高壓、催化劑條件下，1 mol N2與3 mol H2混合可生成2 mol NH3 (　　)
問題5
氮氣與氮的固定
探究二 觀察氮在自然界中的循環，回答相關問題
氮在自然界中主要存在形式有哪些？
思考1
大部分以氮氣的形式存在，少部分以化合物的形式(如硝酸鹽、銨鹽、蛋白質等)存在
人體里的蛋白質中的氮元素是從哪兒來的？
思考2
人體里蛋白質中的氮是從外界攝入的，特別是肉類、蛋類物質等。若溯本求源，則來自大氣中的N2
自然界中有哪些固定氮的途徑？
思考3
自然界中固氮主要有自然固氮和人工固氮，自然固氮有高能固氮(雷電作用)、生物固氮(豆科植物)
氮循環中，有的對人類生產生活有益，有的則產生負面作用，舉例說明
思考4
有益：人工固氮如合成氨，為農作物的生長提供了必需的氮元素等
有害：工業廢氣、汽車尾氣中的氮氧化物會造成大氣污染等
【例1】下列關于性質的敘述中錯誤的是( )
A.任何物質在氮氣中都不能燃燒
B.氮氣既具有氧化性，又具有還原性
C.將空氣中的氮氣轉變成含氮化合物屬于氮的固定
D.氮氣與氧氣在一定條件下反應生成一氧化氮
【例2】下列敘述與氮的固定無關的是( )
A.工業上氮氣與氫氣化合成氨
B.工業上將氨轉化為硝酸和其他含氮化合物
C.豆科植物的根瘤菌把空氣中的氮氣轉化為含氮化合物
D.電閃雷鳴的雨天，空氣中的氮氣會與氧氣發生反應并最終轉化為硝酸鹽被植物吸收
A
B
仿生化學模擬生物固氮酶
無論是在工業合成氨還是在生物固氮酶固氮過程中，鐵氮化物(Fe≡N)均被認為氮氣還原轉化為氨氣的關鍵中間體。近年來，基于理論計算研究推測，活潑的氮化物中間體的生成與氫化還原放氨，可能是通過多個鐵中心的協同作用而得以實現的，但是迄今為止仍然缺乏可靠的實驗證據。
1．下列敘述錯誤的是
A．氮元素位于元素周期表的第二周期，第VA族
B．氮元素主要以氮分子的形式存在自然界中
C．氮元素最外層有5個電子
D．氮分子中的兩個氮原子通過離子鍵結合
【答案】D
【詳解】A．氮原子核外電子數為7，核外K、L層依次排有2、5個電子，氮元素位于元素周期表的第二周期、第VA族，A項正確；
B．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植物體內的蛋白質中，還有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸鹽和銨鹽中，B項正確；
C．氮原子核外電子數為7，核外K、L層依次排有2、5個電子，即最外層有5個電子，C項正確；
D．氮分子中兩個氮原子間以共價三鍵(N≡N)結合，D項錯誤；
2．有關氮元素的說法錯誤的是
A．自然界里氮元素主要以游離態的形式存在于空氣中
B．豆科植物能進行高效固氮，固氮過程與氧化還原反應有關
C．合成氨工藝是將氮氣和氫氣在常溫、高壓、催化劑條件下轉化成氨氣
D．“雷雨發莊稼”的過程中氮元素呈現了4種不同的化合價
【答案】C
【詳解】A．空氣中氮氣占78%，所以自然界里氮元素主要以游離態的形式存在于空氣中，A正確；
B．豆科植物固氮時，將N2轉化為NH3，所以固氮過程是一個氧化還原反應過程，B正確；
C．合成氨反應是以氮氣和氫氣為原料，條件是高溫、高壓、催化劑，C不正確；
D．“雷雨發莊稼”的過程中，發生N2→NO→NO2→HNO3等轉化，氮元素呈現了4種不同的化合價，D正確；
3．N2能大量存在于空氣中，且能維持固定含量的最主要原因是
A．氮元素的非金屬性弱
B．氮元素的非金屬性強
C．氮氣可作保護氣
D．氮分子中N≡N鍵能大
【答案】D
【詳解】氮原子的原子半徑較小，元素的非金屬較強，但是氮氣分子中存在氮氮三鍵，鍵能大，破壞它需要很大的能量，因此氮氣能夠大量、穩定地存在存在于空氣中，其性質穩定，能夠做保護氣，故選D。
4．關于氮氣的性質的說法中，錯誤的是
A．氮在自然界中既以游離態存在又以化合態存在
B．通常情況下，氮氣性質很不活潑
C．在反應3Mg＋N2=Mg3N2中N2作氧化劑
D．放電條件下可與氧氣反應生成二氧化氮
【答案】D
【詳解】A．氮在自然界中存在游離態，如空氣中的N2，也有化合態，如蛋白質中的氮，故A正確；
B．氮氣分子內存在氮氮三鍵，鍵能很高，氮氣化學性質穩定，一般不和其他物質發生反應，故B正確；
C．在反應3Mg＋N2=Mg3N2中，N元素化合價降低，N2作氧化劑，故C正確；
D．放電條件下氮氣與氧氣反應生成一氧化氮，故D錯誤；
5．氮元素在海洋中的循環是整個海洋生態系統的基礎和關鍵，海洋中無機氮的循環過程如圖所示，下列說法正確的是
A．①~⑤均發生了氧化還原反應
B．③、④反應均屬于氮的固定
C．NH4+、NO2-、NO3-的含量影響海洋生物的生長
D．生物死亡后，氮不會參與海洋中的氮循環。
【答案】C
【詳解】A．過程①為氮氣的溶解，不屬于氧化還原反應，故A錯誤；
B．氮的固定是指游離態的氮轉化為化合態氮的過程，過程③④均是化合態轉化為游離態氮的過程，均不屬于氮的固定，故B錯誤；
C．氮元素是植物生長必需的元素，NH4+、NO2-、NO3-的含量影響海洋生物的生長，故C正確；
D．生物死亡后，身體腐爛、分解，使氮元素回歸自然界，進而參與海洋中的氮循環，故D錯誤；
氮氣
氮的固定
概念
分類
物理性質
化學性質
氮的循環
第二節
氮及其化合物
第1課時
THANKS

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