資源簡介

(共27張PPT)
氮的固定
1.能依據氮分子的微觀結構預測其化學性質。
2.認識人工固氮的化學原理和社會價值。
3.體會化學科學在解決人類社會面臨的糧食危機中所發揮的重要作用。
(78%) 氮氣
氧氣 (21%)
空氣的成分(按體積)
空氣的組成穩定，其總體積中約78%是氮氣，約21%是氧氣。氮氣可能具有怎樣的性質？
一、氮分子的結構與性質
1、氮分子的結構
（1）分子式：_________
（2）電子式：_________ 結構式：_________
N2
破壞氮氣分子中氮原子之間的共價鍵需要很大的能量，所以氮氣分子很穩定。
氮氣分子是由兩個氮原子通過共用三對電子結合而成的，氮氣分子中存在氮氮三鍵。
N
+7
2
5
氮在元素周期表中的位置
第二周期 第 ⅤA族
一、氮分子的結構與性質
2、物理性質
無色無味的氣體，難溶于水，密度比空氣略小，收集氮氣用排水法。
3、化學性質
高溫或放電等特殊條件下，氮氣分子獲得了足夠多的能量，也能與一些金屬或非金屬單質發生反應，生成含氮化合物。
(1)與氧氣反應：N2＋O2 ====2NO。
放電
(2)與氫氣反應：N2＋3H2 2NH3(工業合成氨)。
(3)與活潑金屬反應：
一、氮分子的結構與性質
4、氮氣的應用
在常壓下，液氮的溫度為-196℃
充入氮氣可以排除氧氣，防止鎢絲被氧化，延長燈泡的使用壽命。
一、氮分子的結構與性質
下列關于氮氣的用途，敘述錯誤的是（ ）
A.在燈泡中充入氮氣以延長使用壽命
B.焊接金屬時常用氮氣作保護氣
C.用氮氣作火箭的燃料
D.用氮氣生產氨氣制造氮肥
焊接金屬作保護氣
C
氮——植物生長的守護神
植物缺氮癥狀：葉片黃化，植株瘦弱
充足的氮能使植物枝葉茂盛，葉片增大，光合作用增強，促進氨基酸和蛋白質的形成，從而使農作物的產量和產品質量得以提高。
氮是糧食作物生長必需的元素，怎樣將空氣中游離態的氮轉化為植物可吸收的含氮物質？
氮的固定 ：
將空氣中游離態的氮轉化成含氮化合物
自然固氮
人工固氮
生物固氮
高能固氮
氮——植物生長的守護神
二、自然固氮的兩種方式
1、生物固氮
自然界中的一些微生物種群（如豆科植物的根瘤菌）將空氣中的氮氣通過生物化學過程轉化為含氮化合物，約占自然固氮的90%；
思考：種植豆科植物是否需要大量的使用氮肥？
豆科植物的根部常附有小根瘤，其中含有固氮菌，能把空氣中的游離氮轉化為化合物形態的氨（或銨態氮肥）作為自身的養分。
拓展視野
科學家發現根瘤菌中存在固氮酶。固氮酶的分子很大，結構也很復雜，它是由二氮酶和二氮還原酶兩種蛋白質組成的。這兩種蛋白質對氧非常敏感，一旦遇氧就很快導致固氮酶的失活。固氮酶如此怕氧氣，所以整個研究過程必須在嚴格無氧氣的條件下進行，這無疑給研究增加了難度。所以，時至今日，化學模擬生物固氮仍在探索之中。
生物固氮是指（ ）
A.生物從土壤中吸收含氮養料
B.將含氮化合物轉變為植物蛋白質
C.土壤中的硝酸鹽被細菌分解轉化為氮氣
D.豆科植物根瘤菌將空氣中的氮氣轉變為含氮化合物
D
自然界中并不是所有種類的植物都可以像豆科植物那樣能利用根瘤自行固氮。在人類合成氮肥之前，大部分植物對化合態氮元素的需求，除動物糞便等有機肥在微生物作用下進入土壤中的成分外，主要依賴于閃電條件下大氣中氮元素的轉化。
在放電條件下，空氣中的氮氣與氧氣發生反應，生成一氧化氮。一氧化氮在空氣中很不穩定，易被空氣中的氧氣進一步氧化生成二氧化氮，二氧化氮與水反應生成硝酸和一氧化氮。
請你根據以上描述寫出相應的化學反應方程式。
二、自然固氮的兩種方式
通過閃電、火山爆發等途徑產生含氮化合物，約占自然固氮的10%。
2、高能固氮
雨水中的硝酸滲入土壤后與礦物質作用生成硝酸鹽，其中的硝酸根離子被植物的根系吸收，轉化為植物生長所需的養料。
(1)N2＋O2 ====2NO
放電
(2)2NO ＋ O2 = 2NO2
(3)2NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
+2
+4
+5
NO2既作氧化劑又作還原劑。
“雷雨發莊稼”
二、自然固氮的兩種方式
一氧化氮和二氧化氮的性質對比
物理性質
物質 顏色、狀態 氣味 毒性 水溶性
NO 無色氣體 無味 有毒 ____溶于水
NO2 _____色氣體 _________ ______ ____溶于水
紅棕　
有刺激性氣味　
有毒
易　
不　
只能用排水法收集
×
只能用向上排空氣法收集
(1)在常溫下，NO很容易與O2反應，化學方程式為_____________________。
(2)NO2溶于水時發生反應的化學方程式為____________________________。
2NO＋O2=2NO2 　
3NO2＋H2O=2HNO3＋NO 　
2NO2N2O4(無色氣體)
一氧化氮和二氧化氮的性質對比
化學性質
1、(雙選)病毒學研究證實，一氧化氮對SARS(重癥急性呼吸綜合征)病毒有直接抑制作用。下列關于一氧化氮的敘述正確的是(　　)
A．一氧化氮是一種無色氣體
B．常溫常壓下，一氧化氮不能與空氣中的氧氣直接化合
C．一氧化氮可由氮氣和氧氣在放電條件下直接化合得到
D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集
AC
大氣中NO和NO2達到一定濃度時都會對人體造成傷害，能引發上呼吸道及肺部疾病。人體中極少量的NO有助于促進血管擴張，防止血管栓塞。一氧化氮在調節心腦血管、神經和免疫系統等方面有著十分重要的生物學作用和醫學前景，受到人們的普遍重視。
2、對3NO2＋H2O=2HNO3＋NO反應的下列說法正確的是（ ）
A.氧化劑與還原劑的質量比為1∶2
B.氧化產物與還原產物的物質的量之比為1∶2
C.NO2是氧化劑，H2O是還原劑
D.在反應中若有6 mol NO2參與反應時，有3 mol電子發生轉移
A
二氧化氮在火箭燃料中用作氧化劑，在工業上可以用來制造硝酸。
三、人工固氮——合成氨
僅靠自然界的生物固氮和高能固氮，遠遠不能滿足農業生產對氮元素的需求，世界各國越來越迫切需要發展氮肥工業。人工固氮技術是20世紀人類最偉大的成就之一，化學家通過化學反應制得了植物可吸收的含氮化合物，為人類解決糧食短缺問題作出了巨大貢獻。
1 mol N2與3 mol H2完全反應能否生成2 mol NH3？放出92.4kJ的熱量？
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4kJ·mol－1
德國科學家哈伯和博施
哈伯（1868—1934）
下列反應中，不屬于氮的固定的是（ ）
A.N2和H2在一定條件下合成NH3
B.豆科植物把空氣中的氮氣轉化為化合態的氮
C.雷電時，空氣中的N2與O2反應生成NO
D.由NH3制碳酸氫銨
D
將空氣中游離態的氮轉化成含氮化合物
氮元素在自然界中的循環
大氣中的氮
自然固氮
雷電作用
豆科植物的
根瘤菌固氮
（大氣：N2及少量的NH3、NO、NO2）
產生NO
人工
固氮
大氣中的氮
自然固氮
雷電作用
豆科植物的
根瘤菌固氮
化肥生產
產生NO
（大氣：N2及少量的NH3、NO、NO2）
氮元素在自然界中的循環
人工
固氮
大氣中的氮
硝酸鹽
自然固氮
雷電作用
豆科植物的
根瘤菌固氮
化肥生產
產生NO
（大氣：N2及少量的NH3、NO、NO2）
氮元素在自然界中的循環
人工
固氮
大氣中的氮
氨或銨鹽
亞硝酸鹽
硝酸鹽
自然固氮
雷電作用
豆科植物的
根瘤菌固氮
化肥生產
產生NO
（大氣：N2及少量的NH3、NO、NO2）
氮元素在自然界中的循環
人工
固氮
大氣中的氮
氨或銨鹽
亞硝酸鹽
硝酸鹽
自然固氮
雷電作用
豆科植物的
根瘤菌固氮
化肥生產
動物攝食
動物排泄物
及遺體
植物遺體
吸收
被細菌
分解
產生NO
（大氣：N2及少量的NH3、NO、NO2）
氮元素在自然界中的循環
課堂總結
氮分子的結構與性質

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