《第一單元-氮的固定》參考課件

第一單元氮的固定專題7氮與社會可持續(xù)發(fā)展

發(fā)展目標(biāo)體系構(gòu)建1.能依據(jù)氮分子的微觀結(jié)構(gòu)預(yù)測其化學(xué)性質(zhì)。2.認(rèn)識人工固氮的化學(xué)原理和社會價值。3.體會化學(xué)科學(xué)在解決人類社會面臨的糧食危機(jī)中所發(fā)揮的重要作用。色態(tài)氣味密度溶解性毒性__________________比空氣的

無毒無色氣體無味略小難溶

一、氮分子的結(jié)構(gòu)1.物理性質(zhì)基礎(chǔ)知識填充2.結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)（1）氮?dú)夥肿邮怯蓛蓚€氮原子通過共用三對電子結(jié)合而成的，氮?dú)夥肿拥碾娮邮剑篲_________，結(jié)構(gòu)式為__________。（2）破壞氮?dú)夥肿又械又g的共價鍵需要很大的能量，所以氮?dú)夥肿雍芊€(wěn)定。但在高溫或放電等特殊條件下，也能與一些金屬或非金屬單質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成含氮化合物?！肗??N∶N≡N二、自然固氮1.氮的固定將空氣中

的氮轉(zhuǎn)化成

，簡稱

。固氮游離態(tài)含氮化合物自然固氮生物固氮：自然界中的一些微生物種群將空氣中的氮?dú)馔ㄟ^生物化學(xué)過程轉(zhuǎn)化為含氮化合物，約占自然固氮的90%高能固氮：通過閃電、火山爆發(fā)等途徑產(chǎn)生含氮化合物，約占自然固氮的10%2.高能固氮的實例——“雷雨發(fā)莊稼”(1)利用化學(xué)方程式解釋“雷雨發(fā)莊稼”的原理：

。雨水中的硝酸滲入土壤后與礦物質(zhì)作用生成

，其中的硝酸根離子被植物的根系吸收，轉(zhuǎn)化為植物生長所需的養(yǎng)料。硝酸鹽

顏色狀態(tài)氣味毒性水溶性NO____色氣態(tài)______

溶NO2

色氣態(tài)

氣味

溶無無味有毒微紅棕刺激性有毒易(2)一氧化氮和二氧化氮的性質(zhì)①物理性質(zhì)：②危害：大氣中NO和NO2達(dá)到一定濃度時都會對人體造成傷害，能引發(fā)上呼吸道及肺部疾病。③應(yīng)用：一氧化氮在調(diào)節(jié)心腦血管、神經(jīng)和免疫系統(tǒng)等方面有著十分重要的生物學(xué)作用和醫(yī)學(xué)前景，受到人們的普遍重視。二氧化氮在火箭燃料中用作氧化劑，在工業(yè)上可以用來制造硝酸。三、人工固氮——合成氨1．合成氨的反應(yīng)原理(用化學(xué)方程式表示)：_______________________________________________________。ΔH＝－92.4kJ·mol－1N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)2．工業(yè)操作流程合成氨的原料是氮?dú)夂蜌錃猓谳^高溫度下將混合氣體加壓后送到合成塔中進(jìn)行反應(yīng)。該反應(yīng)放出大量的熱，工業(yè)上往往用來預(yù)熱原料氣，以達(dá)到反應(yīng)所需的溫度，節(jié)約能源。合成氨達(dá)到平衡時，混合氣體中氨的含量為20%左右，從中分離出氨后，將未反應(yīng)的氮?dú)?、氫氣送回合成塔循環(huán)使用。3．合成氨的意義為植物生長提供足夠的氮肥，有效幫助解決糧食短缺問題。1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)豆科植物通過根瘤菌吸收空氣中的氮屬于氮的固定，是化學(xué)變化。

()(2)汽車尾氣中的氮氧化合物是由游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化來的。()(3)氮元素有負(fù)化合價、正化合價和零價，因而常溫下，N2既能與氧氣反應(yīng)，又能與H2反應(yīng)。

()(4)在實驗室里，NO和NO2均用排水法收集。

()√√××即時驗收2．最新的病毒學(xué)研究證實，一氧化氮對SARS病毒有直接抑制作用。下列關(guān)于一氧化氮的敘述正確的是(

)A．一氧化氮是一種紅棕色氣體B．常溫常壓下，一氧化氮不能與空氣中的氧氣直接化合C．一氧化氮可由氮?dú)夂脱鯕庠诜烹姉l件下直接化合得到D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集C

[NO是一種無色微溶于水的氣體，可以用排水法收集；常溫常壓下，NO容易與氧氣直接化合生成NO2。]3．俗話說，“雷雨發(fā)莊稼”。這說明雷雨中含有能被植物吸收利用的化合態(tài)的氮。請寫出三個有關(guān)的化學(xué)方程式：(1)___________________________________________________；(2)___________________________________________________；(3)___________________________________________________。[答案]

(1)N2＋O22NO

(2)2NO＋O2===2NO2

(3)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO放電重難點(diǎn)1探究氮?dú)獾男再|(zhì)與作用(素養(yǎng)養(yǎng)成——宏觀辨識與微觀探析)氮?dú)馐且环N無色無味的氣體，是空氣的主要成分。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冷卻至－195.8℃時，氣態(tài)氮變成沒有顏色的液體，冷卻至－209.8℃時，液態(tài)氮變成雪狀的固體。氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)不活潑，常被用來制作防腐劑。但在高溫、高能量條件下可與某些物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化，用來制取對人類有用的新物質(zhì)。核心突破[問題1]請你根據(jù)上圖推測：氮?dú)鉃槭裁纯梢杂米骷Z食瓜果的保護(hù)氣？[提示]

氮?dú)庑再|(zhì)穩(wěn)定，可以減慢糧食瓜果被氧氣氧化變質(zhì)。[問題2]與同學(xué)交流或查閱資料，分析液氮用于醫(yī)療手術(shù)的原理是什么。[提示]

液氮揮發(fā)吸收熱量，使溫度迅速下降。通過極速冷凍將病區(qū)細(xì)胞迅速殺死，使病區(qū)恢復(fù)正常。[問題3]合成氨反應(yīng)是最重要的人工固氮途徑，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式，并分析反應(yīng)中的氧化劑、還原劑。[提示]

N2＋3H22NH3，氧化劑是氮?dú)?，還原劑是氫氣。氮?dú)獾慕Y(jié)構(gòu)與性質(zhì)小結(jié)

高溫高溫對點(diǎn)訓(xùn)練C

[N2很穩(wěn)定，常用作保護(hù)氣；但在高溫下N2與O2產(chǎn)生的NO易被氧化為NO2，故汽車尾氣會造成環(huán)境污染；N2在空氣中的體積含量約為4/5；N2與金屬、H2反應(yīng)時作氧化劑。]2．實驗室以空氣和鎂為原料制備Mg3N2

的裝置如圖所示(夾持和加熱裝置略去)：下列說法正確的是(

)A．裝置A、B中可依次加入濃硫酸、NaOH溶液B．若去掉裝置C，對產(chǎn)品純度無影響C．實驗時應(yīng)先加熱C，通入一段時間空氣后再加熱DD．裝置E中堿石灰的作用是吸收尾氣C

[要制備氮化鎂，需要除去空氣中的氧氣、CO2和水蒸氣，則裝置A、B中可依次加入NaOH溶液、濃硫酸，A錯誤；若去掉裝置C，鎂與氧氣反應(yīng)生成氧化鎂，對產(chǎn)品純度有影響，B錯誤；實驗時應(yīng)先加熱C，通入一段時間空氣除去氧氣，然后再加熱D，C正確；裝置E中堿石灰的作用是吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，D錯誤。]重難點(diǎn)2氮的氧化物及氮的氧化物與氧氣混合溶于水的探究(素養(yǎng)養(yǎng)成——證據(jù)推理與模型認(rèn)知)化學(xué)興趣小組的同學(xué)利用下面的簡易反應(yīng)裝置探究氮的氧化物與水的反應(yīng)。[問題1]把一支充滿NO2氣體的試管倒置在水槽中充分反應(yīng)后，水能否充滿試管？說明原因。[提示]

不能。NO2與水反應(yīng)的化學(xué)方程式為3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，由此可知最后水只能充滿整個試管的2/3。[問題2]若一支試管中NO2和O2混合氣體的體積之比大于4∶1倒置在水槽中充分反應(yīng)，最后得到的氣體為NO2嗎？說明原因。[提示]

不是。NO2和O2混合氣體的體積之比大于4∶1時，NO2過量，但過量的NO2氣體再與水反應(yīng)生成HNO3和NO，所以最后得到的氣體為NO。[問題3]向一支充有10mLNO的試管中通入多少mLO2才能使水充滿整個試管？(寫出計算過程)[提示]

已知2NO＋O2===2NO2 ①3NO2＋H2O===2HNO3＋NO②由方程式①×3＋②×2得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，即當(dāng)NO和O2的體積比為4∶3時水可以充滿試管，故需通入7.5mLO2。微點(diǎn)撥：當(dāng)NO2或NO轉(zhuǎn)化為HNO3時要失去電子，若上述兩種氣體與O2混合通入水中時，O2得電子，且得失電子數(shù)必須相等，這是電子守恒法解答此類題目的依據(jù)。261．反應(yīng)原理3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ①2NO＋O2===2NO2 ②由方程式①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 ③由方程式①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 ④2．計算類型(1)NO2氣體：NO2氣體溶于水時僅涉及反應(yīng)①，剩余氣體為NO。(2)NO2和O2的混合氣體：NO2和O2的混合氣體溶于水時涉及反應(yīng)③。反應(yīng)情況O2過量并剩余恰好完全反應(yīng)NO2過量又發(fā)生反應(yīng)①，剩余NO(3)NO和O2的混合氣體：NO和O2的混合氣體溶于水時涉及反應(yīng)④。反應(yīng)情況O2過量并剩余恰好完全反應(yīng)NO過量并剩余3.利用原子個數(shù)比分析氮氧化物與氧氣的混合氣體溶于水方程式：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3和4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3中的“4NO2＋O2”和“4NO＋3O2”從組成上均相當(dāng)于“N2O5”的組成，也就是N、O的原子個數(shù)比符合2∶5時，氮的氧化物和氧氣均無剩余，這兩種情況均可利用混合氣體中N、O的原子個數(shù)比來分析：

N(N)∶N(O)3．如圖所示，試管中盛裝的是紅棕色氣體(可能是混合物)，當(dāng)?shù)箍墼谑⒂兴乃壑袝r，試管內(nèi)水面上升，但不能充滿試管，當(dāng)向試管內(nèi)鼓入氧氣后，可以觀察到試管中水柱繼續(xù)上升，經(jīng)過多次重復(fù)后，試管完全被水充滿。原來試管中盛裝的(

)對點(diǎn)訓(xùn)練A．可能是N2與NO2的混合氣體B．可能是O2與NO2的混合氣體C．不可能是NO與NO2的混合氣體D．只能是NO2一種氣體B

[若是N2與NO2的混合氣體，無論鼓入多少氧氣，最后都有N2剩余，試管內(nèi)不可能完全被水充滿；若是O2與NO2的混合氣體，由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，可知，當(dāng)n(NO2)/n(O2)＞4時，NO2有剩余，剩余的NO2和水反應(yīng)產(chǎn)生NO，故試管內(nèi)水面上升，但不能充滿試管，當(dāng)向試管內(nèi)不斷鼓入氧氣后，4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，故試管能被水充滿；若是NO與NO2的混合氣體，開始時，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，氣體體積減小，但有NO剩余，當(dāng)向試管內(nèi)不斷鼓入適量的氧氣后，4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，試管內(nèi)的氣體完全被水吸收。]4．在一定條件下，將NO2和O2的混合氣體12mL通入足量水中，充分反應(yīng)后剩余2mL氣體(同溫同壓下)，則原混合氣體中氧氣的體積為(

)①1.2mL

②2.4mL

③3mL

④4mLA．①②

B．②③C．③④ D．①④

1．氮?dú)饽艽罅看嬖谟诳諝庵械母驹蚴?

)A．氮?dú)庑再|(zhì)穩(wěn)定，即使在高溫下也不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)B．氮?dú)獗瓤諝廨p且不溶于水C．氮?dú)夥肿又袃蓚€氮原子結(jié)合很牢固，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定D．氮?dú)饧葻o氧化性，也無還原性，不與其他物質(zhì)反應(yīng)隨堂演練C

[N2性質(zhì)穩(wěn)定，但放電、高溫等條件下可與O2等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，在反應(yīng)中表現(xiàn)出還原性或氧化性；氮?dú)獗瓤諝廨p且不溶于水并不是N2能大量存在于空氣中的根本原因；N2能大量存在于空氣中的根本原因是氮?dú)夥肿又袃蓚€氮原子結(jié)合很牢固，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。]2．下列反應(yīng)屬于氮的固定的是(

)①N2和H2在一定條件下合成NH3②NO2和H2O反應(yīng)生成HNO3和NO③Mg在N2中燃燒生成Mg3N2④NO被空氣氧化為NO2A．①②

B．②③

C．①③

D．①④C

[氮的固定是將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮。]3．下列關(guān)于氮的氧化物的說法中正確的是(

)A．氮的氧化物都是酸性氧化物B．氮的氧化物都既有氧化性，又有還原性C．NO2

與H2O反應(yīng)生成HNO3，所以NO2

是酸性氧化物D．NO和NO2

均有毒性，都屬于大氣污染物D

[NO、NO2等不是酸性氧化物，A錯；最高價氧化物N2O5中氮元素顯＋5價，處于氮元素的最高價態(tài)，只有氧化性，B錯；盡管NO2與H2O反應(yīng)生成