1、专题专题7 7 氮与社会可持续发展氮与社会可持续发展第一单元第一单元 氮的固定氮的固定 资料一：资料一：资料二：资料二： 有句谚语有句谚语“雷雨发庄稼雷雨发庄稼”，你明白其中的化学道理吗？，你明白其中的化学道理吗？【情境思考】【情境思考】1.能依据氮气的分子结构预测氮气的稳定性。能依据氮气的分子结构预测氮气的稳定性。2.知道氮的固定有自然固氮和人工固氮两种形式知道氮的固定有自然固氮和人工固氮两种形式。3.认识人工固氮的化学原理和社会价值。认识人工固氮的化学原理和社会价值。1.能依据氮分子的微观结构预测其化学性质。能依据氮分子的微观结构预测其化学性质。（宏观辨识与微观探析）（宏观辨识与微观探析）
2、2.认识人工固氮的化学原理和社会价值认识人工固氮的化学原理和社会价值。（科学探究与创新意识）（科学探究与创新意识）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。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。（科学态度与社会责任）（科学态度与社会责任）氮元素在元素周期表中的位置氮元素在元素周期表中的位置 氮元素氮元素位于元素周期表的位于元素周期表的第二周第二周期，期，VAVA族族。N N原子结构原子结构+7+72 2 5 5 氮原子的最外层有氮原子的最外层有5 5个电子个电子，既，既不容易得到不容易得到3 3个电子，也不容易失去个电子，也不容易失去5 5个电个电子
3、。子。一般通过共用电子对与其他原子结合。一般通过共用电子对与其他原子结合。在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。【探究导学】【探究导学】【想一想想一想】 氮是自然界各种生物体生命活动不可缺少的重要元素，自然氮是自然界各种生物体生命活动不可缺少的重要元素，自然界是怎样通过氮的循环为生物体提供氮元素的呢？界是怎样通过氮的循环为生物体提供氮元素的呢？（2 2）氮气的
4、性质）氮气的性质结构：结构：三对共用电子对三对共用电子对物理性质：物理性质：性质稳定性质稳定颜色颜色气味气味状态状态密度密度溶解性溶解性无色无色无味无味气体气体比空气稍小比空气稍小 难溶于水难溶于水（1 1）氮元素的存在：）氮元素的存在：一、氮分子的结构一、氮分子的结构氮元素氮元素大部分游离态，如空气中的氮气大部分游离态，如空气中的氮气少部分化合态，如硝酸盐、氨基酸少部分化合态，如硝酸盐、氨基酸概念：概念：将空气中将空气中游离态的游离态的氮转化为氮转化为含氮化合物含氮化合物游离态游离态 化合态化合态过程：过程：（2 2）氮的固定）氮的固定二、自然固氮二、自然固氮分类分类氮的氮的固定固定人工固氮
5、人工固氮自然固氮自然固氮高能固氮：闪电高能固氮：闪电 火山爆发火山爆发 10%10%生物固氮：豆科植物生物固氮：豆科植物 90%90%自自 然然 固固 氮氮大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合物，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨，从而实现自物，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨，从而实现自然固氮。然固氮。为什么雷雨可以为什么雷雨可以发庄稼呢？发庄稼呢？ 放电放电N2NONO2HNO3硝酸盐硝酸盐O2水水矿物质矿物质O2提示：提示：雷雨天氮的循环雷雨天氮的循环【思考交流】【思考交流】 雷雨过后庄稼总是更加旺盛，俗称
6、雷雨过后庄稼总是更加旺盛，俗称“雷雨发庄稼雷雨发庄稼”请用所学的化学知识请用所学的化学知识解释原因。解释原因。（科学态度与社会责任）（科学态度与社会责任）N N2 2+O+O2 2 = 2NO= 2NO 放电放电2NO+O2NO+O2 2= 2NO= 2NO2 23NO3NO2 2+H+H2 2O = 2HNOO = 2HNO3 3+NO+NO反应的化学方程式：反应的化学方程式：氮的固定实验氮的固定实验N N2 2+O+O2 2 = 2NO= 2NO放电N N2 2+O+O2 2 = 2NO= 2NO 放电放电2NO+O2NO+O2 2= 2NO= 2NO2 23NO3NO2 2+H+H2 2
7、O = 2HNOO = 2HNO3 3+NO+NO反应的化学方程式：反应的化学方程式：O O2 2放电放电O O2 2N N2 2NONONONO2 2HNOHNO3 3H H2 2O O反应过程：反应过程：归纳：归纳：“雷雨发庄稼雷雨发庄稼”；“一场雷雨一场肥一场雷雨一场肥”一氧化氮和二氧化氮一氧化氮和二氧化氮氮的氮的氧化物氧化物颜色颜色气味气味状态状态毒性毒性溶解度溶解度 NO NO NO NO2 21.1.物理性质物理性质无色无色无味无味气体气体有毒有毒难溶于水难溶于水红棕色红棕色 刺激性刺激性气体气体有毒有毒易溶于水易溶于水一氧化氮在常温下易于氧气结合生成二氧化氮一氧化氮在常温下易于氧
8、气结合生成二氧化氮2NO+O2NO+O2 2 = 2NO = 2NO2 2只能用排水法收集只能用排水法收集【知识拓展】【知识拓展】2.NO2.NO2 2与与H H2 2O O反应反应【思考交流思考交流】 实验中的实验现象是什么？实验中的实验现象是什么？发生的化学方程式有哪些？发生的化学方程式有哪些？ 科学探究与创新意识科学探究与创新意识现象现象结论结论化学方化学方程式程式a.a.红棕色气体变为无色气体红棕色气体变为无色气体b.b.集气瓶中水面上升到原体积的约三分之一处集气瓶中水面上升到原体积的约三分之一处c.c.让集气瓶内无色气体接触到空气，又变成红棕色让集气瓶内无色气体接触到空气，又变成红棕
9、色d.d.向溶液中滴入石蕊试液变成红色。向溶液中滴入石蕊试液变成红色。a.a.二氧化氮能与水反应生成无色气体一氧化氮，同时生成酸性二氧化氮能与水反应生成无色气体一氧化氮，同时生成酸性物质；物质；b.b.一氧化氮易与氧气反应生成二氧化氮。一氧化氮易与氧气反应生成二氧化氮。2NO+O2NO+O2 2 = 2NO = 2NO2 23NO3NO2 2+H+H2 2O = 2HNOO = 2HNO3 3+NO+NO实验总结：实验总结：性性 质质NONO2物理性质物理性质毒毒 性性与水反应与水反应与氧气反应与氧气反应收集方法收集方法对环境影响对环境影响无色、无味的有毒气体，难溶于水无色、无味的有毒气体，难
10、溶于水红棕色、有刺激性气味的有毒气体红棕色、有刺激性气味的有毒气体不反应不反应( (难溶于水难溶于水) )3NO2+H2O=2HNO3+NO2NO+O2=2NO2不反应不反应常用排水法常用排水法常用向上排空气法常用向上排空气法导致光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层导致光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层有毒（跟血红蛋白结合）有毒（跟血红蛋白结合）有毒有毒【小结】19091909年，德国化学家哈伯经过反复的实验研究后发现，在年，德国化学家哈伯经过反复的实验研究后发现，在550550、17.5MPa17.5MPa和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可达到达到8%8%，具备了
11、工业化生产的可能性。，具备了工业化生产的可能性。哈伯哈伯(F.Haber(F.Haber，1868-1934)1868-1934)为了把哈伯合成氨的实验室方法转化为规模化的工业生产，为了把哈伯合成氨的实验室方法转化为规模化的工业生产，德国工程师博施作出了重要贡献。由于合成氨工业生产的实德国工程师博施作出了重要贡献。由于合成氨工业生产的实现和相关研究对化学理论与技术发展的推动，哈伯和博施都现和相关研究对化学理论与技术发展的推动，哈伯和博施都获得了诺贝尔化学奖。获得了诺贝尔化学奖。合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就。合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就。人人 工工 固固 氮氮合合 成
12、成 氨氨三、人工固氮三、人工固氮合成氨合成氨（1 1）原料：氮气和氢气，在较高温度下将混合气体加压后送到合成塔中进行反应。）原料：氮气和氢气，在较高温度下将混合气体加压后送到合成塔中进行反应。（2 2）原理：）原理：高温、高压高温、高压催化剂催化剂N N2 2（g g）+3H+3H2 2（g g）2NH2NH3 3（g g）H H=-92.4KJmol=-92.4KJmol-1-1（3 3）合成氨原料气的循环使用：合成氨反应放出大量的热，工业上往往用来预热）合成氨原料气的循环使用：合成氨反应放出大量的热，工业上往往用来预热原料气，以达到反应所需的温度，节约资源。合成氨达到平衡时，混合气体中氨原
13、料气，以达到反应所需的温度，节约资源。合成氨达到平衡时，混合气体中氨的含量为的含量为20%20%左右，从中分离出氨后，将未反应的氮气、氢气送回合成塔循环使用。左右，从中分离出氨后，将未反应的氮气、氢气送回合成塔循环使用。（4 4）人工固氮使人类进入了新的农业时代，化肥的使用大大提高了粮食产量。）人工固氮使人类进入了新的农业时代，化肥的使用大大提高了粮食产量。放热反应放热反应N N2 2 氮氧化物氮氧化物 NHNH3 3 铵盐铵盐 HNO HNO3 3 硝酸盐硝酸盐 有机氮有机氮 自然界中氮的循环自然界中氮的循环概念概念氮的固定氮的固定分类分类自然固氮自然固氮人工固氮人工固氮高能固氮高能固氮(
14、(如雷雨天气如雷雨天气N N2 2转化转化NO)NO)生物固氮生物固氮( (如豆科植物的根瘤菌如豆科植物的根瘤菌) )合成氨合成氨( (工业上合成氨工业上合成氨) )仿生固氮仿生固氮( (某些金属有机化某些金属有机化合物可起到根瘤菌的作用合物可起到根瘤菌的作用) )将大气中将大气中游离态游离态的氮转化为的氮转化为氮的化合物氮的化合物的过程的过程【课堂小结】【课堂小结】1.1.（双选）下列起固定氮的作用的化学反应是（双选）下列起固定氮的作用的化学反应是（ ） A.NA.N2 2与与H H2 2在一定条件下反应生成在一定条件下反应生成NHNH3 3B.B.硝酸工厂用硝酸工厂用NHNH3 3氧化制氧
15、化制NONOC.C.雷雨时空气中的雷雨时空气中的N N2 2转化为转化为NONOD.D.由由NHNH3 3制碳酸氢铵和硫酸铵制碳酸氢铵和硫酸铵ACAC【随堂训练】【随堂训练】2.2.下列关于自然界中氮循环（如图）的说法不正确的是下列关于自然界中氮循环（如图）的说法不正确的是 （ ） A.A.氮元素均被氧化氮元素均被氧化B.B.工业合成氨属于人工固氮工业合成氨属于人工固氮C.C.含氮无机物和含氮有机物可相互转化含氮无机物和含氮有机物可相互转化D.D.碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环A A4 4NONO2 2与水的反应可表示为：与水的反应可表示为：3NO3NO2 2+H+H2 2O=2HNOO=2HNO3 3+NO+NO，关于此反应，关于此反应的下列说法中正确的是（的下列说法中正确的是（ ）A A氮元素的化合价没有发生变化氮元素的化合价没有发生变化B BNONO2 2只是氧化剂只是氧化剂C CNONO2 2只是还原剂只是还原剂D DNONO2 2既是氧化剂，又是还原剂既是氧化剂，又是还原剂D D则此反应中发生还原反应和氧化反则此反应中发生还原反应和氧化反应的物质的物质的量之比为多少？应的物质的物质的量之比为多少？
