2023-2024学年苏教版必修第二册 专题7　第1单元　氮的固定 课件（36张）

专题7氮与社会可持续发展第一单元氮的固定内容索引学习目标活动方案课堂反馈学习目标1.能依据氮分子的微观结构预测其性质。2.掌握N2、NO、NO2的重要性质，通过比较NO和NO2的性质，学会类比的科学方法。3.了解氮的固定的含义和方法，认识人工固氮的化学原理和社会价值。4.体会化学科学在解决人类社会问题中所发挥的作用。活动方案1905年，哈伯赴美国考察回国后，采用高压放电固氮，实验历时一年效果不尽如人意。后来从法国化学家用高温、高压合成氨发生爆炸的消息中获得启示，他也毅然采用该法进行试验，这体现了他的果断和勇气。在历经无数次失败后，1909年7月2日，哈伯在实验室采用620℃、200个大气压和用金属铁作催化剂的条件下，人工固氮成功，解决了人类人口增长与粮食短缺的矛盾，为人类的发展作出卓越的贡献。活动一：哈伯是天使还是魔鬼第一次世界大战爆发后，德国为了征服欧洲，要求哈伯全力研制最新式的化学武器。1915年4月21日夜间，德军在长达6千米的战线上秘密安放了数以千计的氯气罐。第二天下午5时，德军借助有利的风速以突袭的方式将氯气吹放至法军阵地。刹那间，在6000米宽的正面形成2米高的黄色气体幕墙滚滚向前推进，纵深到达10～15公里，对手毫无防范，致使5000多人死亡，15000多人中毒致伤，这次战役后，哈伯受到德皇嘉奖，但同时遭到各国科学家的强烈谴责。从哈伯首次合成氨开始，人类进入化肥发展的时代，化学家是如何利用空气中的氮气资源造福人类的？有什么意义？【答案】

氮气与氢气在一定条件下反应生成氨气，制造化肥，大大提高了粮食的产量，缓解了粮食危机。在自然界中，绝大部分氮元素以游离态的氮气分子形式存在于空气中。实验证明，在通常情况下，氮气与大多数物质很难发生化学反应，说明氮气的化学性质很不活泼。1.下表中的数据为使1mol该物质分解为原子需要的能量，化学上称之为键能。活动二：认识氮气的稳定性物质H2N2O2Cl2键能/(kJ·mol－1)436.3941.7497.3241.7从化学键的角度分析，氮气的化学性质为什么稳定？【答案】

氮气分子中存在氮氮三键，电子式、结构式分别为∶N⋮⋮N∶、N≡N，破坏氮气分子中氮原子之间的共价键需要很高的能量，所以氮气分子很稳定。2.通常情况下，氮气很难与其他物质发生化合反应。但在一定条件下，氮气也可以和一些物质发生化合反应。写出上述氮气发生反应的化学方程式。1.阅读教材，氮元素对农作物生长有什么重要作用？什么叫氮的固定，主要包括哪几种？【答案】

充足的氮元素能使植物枝叶茂盛，叶片增大，光合作用增强，促进氨基酸和蛋白质的形成，从而使农作物的产量和产品质量得以提高。将空气中游离态的氮转化成含氮化合物叫作氮的固定，简称固氮。氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式。活动三：认识自然固氮2.阅读教材，了解自然固氮的途径。【答案】

自然固氮的途径主要有两种：一种是生物固氮，即自然界中的一些微生物种群(如豆科植物的根瘤菌)将空气中的氮气通过生物化学过程转化为含氮化合物；另一种是高能固氮，即通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物。3.阅读分析下列材料：在我国青海与新疆交界的昆仑山脉，有一条长约一百公里、宽约三十公里的大谷地被人们称为“魔鬼谷”。偶有误入者，常因遭雷击而绝少生还。几百年来，这里被牧民视为禁地。但经勘察证实，这一谷地地层中有一百多个铁矿脉等岩体，容易引来雷电云层中的电荷，形成炸雷。雷电一旦遇上地面突出物体，就会产生尖端放电现象，因而牧场上的人和畜群就成了雷电轰击的目标。但这一谷地内的牧草生长茂盛。电闪雷鸣是自然界中司空见惯的现象，闪电在给人类造成一些破坏的同时，也给土地带来了丰富的氮肥，所以民间有句俗语叫“雷雨发庄稼”(如图所示)。闪电有助于生成氮氧化物魔鬼谷中牧草生长茂盛、“雷雨发庄稼”都包含了哪些化学原理？【答案】

“雷雨发庄稼”是因为在放电条件下，空气中的氮气与氧气发生反应，生成一氧化氮，一氧化氮在空气中很不稳定，易被空气中的氧气进一步氧化生成二氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸。雨水中的硝酸渗入土壤后与矿物质作用生成硝酸盐，其中硝酸根离子被植物根系吸收，转化为植物生长所需的养料。【归纳总结】

NO和NO2性质的比较

NONO2物理性质无色、不溶于水的气体红棕色、有刺激性气味、易溶于水的气体、易液化，密度比空气的大化学性质与水反应不反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO与O2反应2NO＋O2===2NO2不反应与碱反应不反应2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O

(1)实验室若制取NO、NO2应该怎样收集？【答案】

NO可以用排水法收集，NO2可以用向上排空气法收集。(2)已知：NO不与NaOH溶液反应，2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O，NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。若NO、NO2的混合气体能被NaOH溶液完全吸收，混合气体中NO、NO2的物质的量需满足什么条件？【答案】

n(NO2)≥n(NO)1.合成氨的反应两次获得诺贝尔化学奖。

哈伯和博施等化学家经过无数次的失败和不懈努力，最终用锇作催化剂在1.75×107Pa、550℃的条件下以氮气和氢气为原料，得到浓度为8%的氨，为合成氨的工业化奠定了基础。此后，他们又经过数千次实验的尝试，改变反应条件，并寻找到廉价易得的多种含铁化合物组成的催化剂，于1913年建立了世界上第一座合成氨厂。哈伯和博施也因此在1918年和1931年分别荣获诺贝尔化学奖。活动四：学习人工固氮——合成氨工业合成氨采用的两种气体原料是什么？写出合成氨的化学方程式。工业生产中，反应所得混合气中氨的含量只占20%左右，为什么？分离出氨气后的未反应的物质应该怎样处理？2.了解自然界中氮循环的重要性。观察上图，被固定的氮最终是怎样进入大气的？【答案】

最终被固定的氮转化为亚硝酸盐、硝酸盐，再被细菌分解生成氮气回到大气中。课堂反馈245137681.(2021·扬州高一下期末)下列过程不属于氮的固定的是(

)A.氢气与氮气合成氨B.氨和二氧化碳合成CO(NH2)2C.雷雨天时，氮气与氧气反应生成NOD.大豆根瘤菌将氮气转化为铵态氮肥【解析】

氮的固定指N2转化为化合态的氮。【答案】

B245137682.(2021·宿迁沭阳期中)下列关于氮气的说法错误的是(

)A.氮气在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸B.液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境C.利用氮气的稳定性，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气D.在高温、高压、催化剂条件下与氢气反应时，氮气作还原剂【答案】

D24537683.下列关于NO和NO2的叙述正确的是(

)A.NO是一种红棕色气体B.常温常压下，NO不能与空气中的氧气直接化合C.含等质量的氧元素的NO和CO的物质的量相等D.NO2可用排水法收集1【解析】

NO是一种无色气体，A错误；一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮，B错误；含等质量氧元素时，氧原子的物质的量相同，则一氧化氮与一氧化碳的物质的量相同，C正确；二氧化氮遇水反应生成硝酸和一氧化氮，不能用排水法收集NO2，D错误。【答案】

C24537684.随着我国汽车年销量的大幅增加，空气环境受到了很大的污染。汽车尾气净化装置里，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(

)124537681【答案】

D24537685.大气与生态圈的氮循环如下图所示，下列叙述不正确的是(

)1A.④维持大气中氮元素含量稳定B.①是野生植物生长所需氮元素的重要来源C.⑤为硝化过程、④为反硝化过程，都是氮元素的还原反应过程D.②是氮肥工业基础，科学家努力将固氮变化条件趋近于生物固氮24537681【解析】

④为土壤中的硝酸盐被细菌分解转化为氮气，氮气返回大气中，维持大气中氮元素含量稳定，A正确；①是在放电条件下，空气中的氮气与氧气反应生成氮氧化物，是野生植物生长所需氮元素的重要来源，B正确；⑤为氨或铵盐转化为亚硝酸盐，进一步转化为硝酸盐的过程，氮元素化合价升高，发生氧化反应，C错误；②是合成氨的反应，属于工业固氮，是氮肥工业基础，由于需要高温、高压和催化剂的条件，为解决耗能多的问题，科学家努力将固氮变化条件趋近于生物固氮，D正确。【答案】

C24537686.(2021·南通高一下期末)氮的氧化物性质探究实验如下：1步骤1：在一支50mL的注射器中充入20mL无色气体NO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，如图所示。振荡注射器，无明显现象。步骤2：打开弹簧夹，快速吸入少量O2后夹上弹簧夹，气体变成红棕色。步骤3：振荡注射器，气体又变为无色，溶液仍无色。2453768下列说法不正确的是(

)A.步骤1说明NO难溶于水B.步骤2中红棕色气体是NO2C.步骤3中发生反应的氧化剂和还原剂的质量之比为2∶1D.重复步骤2、步骤3多次，可使NO充分转化1【解析】

NO不溶于水，不与水反应，A正确；步骤2中发生反应2NO＋O2===2NO2，NO2显红棕色，B正确；步骤3中发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，氧化剂、还原剂均为NO2，物质的量之比为1∶2，质量之比也为1∶2，C错误；重复步骤2、步骤3多次，发生总反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，D正确。【答案】

C24537687.(2022·江苏百校联考)利用某分子筛作催化剂，NH3可脱除工厂废气中的NO、NO2(脱硝)，反应机理如图所示。下列说法正确的是(

)1A.NO、NO2都能溶于水B.反应①②中均有电子转移C.M包含的物质为H2O和N2D.反应④每生成0.1molN2，有0.2molH＋生成24537681【答案】

C24537688.为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如下实验。按图组装好实验装置，并检查装置气密性，实验前用排水法收集半烧瓶NO气体。1(1)打开止水夹，推动注射器活塞，使O2进入烧瓶。关上止水夹，首先观察到烧瓶中的现象是______________________________，产生此现象的化学方程式为____________________________。(2)轻轻晃动烧瓶，观察