7.1氮的固定ppt课件-（2020）新苏教版高中化学高一必修第二册.pptx

1、第一单元第一单元氮的固定氮的固定专专题题7氮与社会可持续发展氮与社会可持续发展1.能从分子结构的角度预测氮气的化学稳定性,了解氮气分子在特殊条件下获取足够多的能量才能生成含氮化合物,培养宏观辨识与微观探析的学科核心素养。2.认识人工固氮的化学原理和社会价值,能从物质类别和氮元素的化合价的角度认识氮氧化物的性质与转化,促进证据推理与模型认知学科核心素养的发展。素养目标【知识铺垫】1.空气中主要含有氮气和氧气,其中氮气的性质稳定,可作为保护气。2.氮气的物理性质颜色、状态气味密度溶解性无色气体无味比空气的略小难溶素养初探【自主梳理】1.氮分子的结构(1)氮元素的存在(2)氮气的化学性质很不活泼,因

2、为氮气分子中存在氮氮三键。N2的电子式为 ,结构式为NN。(3)氮气分子在高温或放电等特殊条件下,获得足够多的能量,能生成含氮的化合物。【微思考1】(1)为什么氮气可以作为保护气?提示 氮气性质稳定,常温下不与物质发生反应,故可作为保护气。(2)已知氮气的熔点为-195.8 ,沸点为-209.8 。分析液氮用于医疗手术的原理。提示 液氮挥发吸收热量,使温度迅速下降。通过极速冷冻将病区细胞迅速杀死,使病区恢复正常。2.自然固氮(1)氮的固定定义:将空气中游离态的氮转化成含氮化合物,简称固氮。分类:氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种形式。(2)自然固氮的途径生物固氮:自然界中的一些微生物种群(如

3、豆科植物的根瘤菌)将空气中的氮气通过生物化学过程转化成含氮化合物,约占自然固氮的90%。N2+O2 2NO 高能固氮:通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物,约占自然固氮的10%。 3.人工固氮合成氨(1)原料:氮气和氢气。(2)合成氨的反应原理(用化学方程式表示):N2+3H2 2NH3。 (3)社会价值:人工固氮使人类进入了化肥农业时代,大大提高了粮食产量。 (4)合成氨中原料气的循环使用合成氨的反应放出的热,工业上往往用来预热原料气,以达到反应所需要的温度,节约能源。将未反应的氮气、氢气送回合成塔循环使用。4.一氧化氮和二氧化氮的性质 大气中NO和NO2达到一定浓度时会对人体造成伤害 (

4、1)物理性质 物质颜色状态气味水溶性NO无色气态无味微溶NO2红棕色气态刺激性气味 易溶(2)化学性质NO在常温下很容易与氧气化合生成NO2,化学方程式为2NO+O2=2NO2(NO表现还原性)。二氧化氮与水反应生成NO,化学方程式为3NO2+H2O=2HNO3+NO(NO2既表现氧化性又表现还原性)。【微思考2】电闪雷鸣的雨天,空气中的氮气会发生一系列反应,生成氮的化合物。下列含氮的化合物中,雷雨天气一般不可能生成的氮的化合物有哪些?NH3NONO2N2O3N2O5HNO3提示 。电闪雷鸣的雨天,空气中发生的化学反应有:N2+O2 2NO,2NO+O2=2NO2,3NO2+H2O=2HNO3

5、+NO。结合以上反应可知,反应发生后一般不可能生成的是NH3、N2O3、N2O5。【自我检测】1.判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。(1)豆科植物的根瘤菌固氮属于自然固氮中的高能固氮()(2)汽车尾气中的氮氧化合物是由游离态的氮转化来的()(3)氮元素有负化合价、正化合价和零价,因而常温下,N2既能与氧气反应,又能与H2反应()(4)在实验室里,NO和NO2均用排水法收集()(5)工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮() 2.如图是氮元素的几种价态与物质类别的对应关系,回答下列问题: (1)写出镁条在空气中燃烧生成含氮化合物的化学方程式:。 (2)从N元素的化合价分析,N2具有氧

6、化性和还原性。各举一例说明(用化学方程式表示)。氧化性:。 还原性:。 (3)HNO3与图中的物质C常用于检验Cl-的存在,则C的化学式为。 (4)NO2与水反应生成物质A的化学方程式为。 新知一新知一 自自然界中氮的转化然界中氮的转化【问题探究】氮元素在自然界中的循环如图所示。 素养提升(1)氮元素在自然界中的主要存在形式有哪些?人体内的蛋白质中的氮元素是从哪儿来的?提示 在自然界中,氮元素大部分以氮气的形式存在,少部分以化合物的形式(如硝酸盐、铵盐、蛋白质等)存在。人体内的蛋白质中的氮元素是从外界摄入的,特别是肉类、蛋类物质等。若溯本求源,则来自大气中的N2。(2)自然界中有哪些固定氮的途

7、径?提示 自然界中固氮主要有自然固氮和人工固氮(如合成氨),自然固氮有高能固氮(雷电作用、火山爆发)和生物固氮(豆科植物的根瘤菌)。(3)俗话说“雷雨发庄稼”,试说出其中的原理,写出反应的化学方程式。 提示 雷电发生时,N2和O2化合生成NO,NO迅速被氧化为NO2,NO2溶于水生成HNO3,HNO3与土壤中的矿物质作用生成硝酸盐,N 可被植物吸收。化学方程式有N2+O2 2NO,2NO+O2=2NO2,3NO2+H2O=2HNO3+NO。(4)氮循环中含氮物质有多种形式的转化,有的对人类生产生活有益,有的则产生负面影响,请举例说明。提示 对人类有益的有:人工固氮,如合成氨,不仅为农作物的生长

8、提供了必需的氮元素,而且为其他化工产品的生产提供了重要的原料。对人类有害的有:工业废气、汽车尾气中的氮氧化物会造成大气污染等;工厂废液、生活废水中的氮元素对水体造成污染。【深化拓展】1.氮气的结构与性质 2.自然界的氮循环 【素能应用】例1 下列关于自然界中氮循环的说法不正确的是()A.人工固氮时,氮元素均被氧化B.Mg与N2反应生成氮化镁,也属于氮的固定C.含氮无机物和含氮有机物可相互转化D.碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环A【变式设问】固氮反应是否一定属于氧化还原反应?提示 是。氮的固定是由氮气转化为氮的化合物。误区警示氮的性质及氮的固定易错点(1)N2化学性质不活泼,但N元素为活泼非金属

9、元素。(2)氮的固定是指氮元素的游离态变为化合态,如NH3转化为NO就不是氮的固定。变式训练1下列关于氮气的说法错误的是()A.通常情况下N2性质很稳定,所以N2可以在电焊时作保护气C新知二新知二 氮氮的氧化物及氮的氧化物与氧气混合溶于水的反应规律的氧化物及氮的氧化物与氧气混合溶于水的反应规律【问题探究】化学兴趣小组的同学利用下面的简易反应装置探究氮的氧化物与水的反应。 (1)把一支充满NO2气体的试管倒置在水槽中充分反应后,有什么现象?说明原因。(2)若一支试管中,NO2和O2混合气体的体积之比大于4 1,倒置在水槽中充分反应,最后得到的气体为NO2吗?说明原因。提示 不是。NO2和O2混合

10、气体的体积之比大于4 1时,NO2过量,但过量的NO2气体再与水反应生成HNO3和NO,所以最后得到的气体为NO。(3)向一支充有10 mL NO的试管中通入多少mL O2才能使水充满整个试管?(写出计算过程)提示 已知2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO由方程式3+2得:4NO+3O2+2H2O=4HNO3,即当NO和O2的体积比为4 3时,水可以充满整个试管,故需通入7.5 mL O2。【微点拨】当NO2或NO转化为HNO3时要失去电子,假设上述两种气体与O2混合通入水中时,O2得电子,且得失电子数必须相等,这是电子守恒法解答此类题目的依据。【深化拓展】1.NO和NO2

11、的性质对比 物质NONO2颜色、状态、气味、毒性无色、无臭、有毒气体,密度比空气大红棕色、有刺激性气味、有毒气体,密度比空气大,易液化水溶性不溶于水易溶于水与氧气反应2NO+O2=2NO2(还原性) 不反应与水反应不反应3NO2+H2O=2HNO3+NO(自身氧化还原)与氧气、水同时作用4NO+3O2+2H2O=4HNO34NO2+O2+2H2O=4HNO32.NOx与O2混合气体(1)反应原理3NO2+H2O=2HNO3+NO2NO+O2=2NO2由方程式2+得:4NO2+O2+2H2O=4HNO3由方程式2+3得:4NO+3O2+2H2O=4HNO3(2)吸收关系4NO2+O2+2H2O=

12、4HNO3【素能应用】例2 随着我国汽车年销量的大幅增加,空气环境受到了污染。汽车尾气装置里,气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示,下列说法正确的是()A.反应中NO为氧化剂,N2为氧化产物B.汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2C.NO和O2必须在催化剂表面才能反应D.催化转化总反应化学方程式为2NO+O2+4CO 4CO2+N2 D【微点拨】解答本题要明确以下两点:(1)找出该反应的反应物与生成物。(2)根据化合价升降判断氧化产物、还原产物。规律方法(1)NO遇空气立即由无色变为红棕色,可用来检验NO的存在,该反应中NO是还原剂,O2是氧化剂。(2)NO2与水反应,NO2既是

13、氧化剂又是还原剂,工业上利用这一原理生产硝酸。变式训练2在一定条件下,将12 mL NO2和O2的混合气体通入足量水中,充分反应后剩余2 mL气体(同温同压下),则原混合气体中氧气的体积为()1.2 mL2.4 mL3 mL4 mLA. B.C.D.D素养脉络1.氮气能大量存在于空气中的根本原因是()A.氮气性质稳定,即使在高温下也不与其他物质发生反应B.氮气比空气轻且不溶于水C.氮气分子中两个氮原子结合很牢固,分子结构稳定D.氮气既无氧化性,也无还原性,不与其他物质反应素养巩固C2.下列反应起到固氮作用的是()A.N2与O2在闪电时生成NOB.NO与O2反应生成NO2C.NH3被O2氧化成NO和H2OD.由NH3制备化肥NH4HCO3A3.下面是合成氨的简要流程示意图,不参与循环利用的是() A.反应放出的热B.催化剂 C.N2D.H2A4.最新的病毒学研究证实,一氧化氮对SARS、新型冠状病毒都有直接抑制作用。下列关于一氧化氮的叙述正确的是()A.一氧化氮是一种红棕色气体B.常温常压下,一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合C.一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到D.一氧化氮易溶于水,不能用排水法收集C