高中化学苏教版 (2019)必修 第二册专题7 氮与社会可持续发展第一单元 氮的固定评课ppt课件

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人类赖以生存的大气是由氮气、氧气、二氧化碳、水蒸汽和固体杂质微粒组成的混合物，其中氮气占了78%以上。那么氮气是哪位科学家发现的，氮元素和含氮元素的物质又有什么性质和应用呢？
1755年的一天，英国化学家约瑟夫·布拉克在实验室里做煅烧石灰石实验时，实验后，他敏锐地发现试剂瓶中还有另一种未知气体。后因其他原因他让其得意门生丹尼尔·卢瑟福继续研究。1772年卢瑟福重复做了老师当年的实验。他把燃烧后的气体密封在器皿里，放进器皿的小老鼠一会儿就死了；把燃烧的蜡烛放进放去，只燃了几秒钟。卢瑟福由此得出，这种未知气体不能维持生命，也不助燃烧，也不溶于苛性碱，“是一种不助燃，性质稳定的气体”，并称之为“浊气”。 1772年夏，普里斯特利把潮湿的硫磺粉放在密封的容器里。过了一段时间，他发现容器里的空气少了五分之一。他把剩余的气体进行检测，发现其不助燃烧，也不与石灰水进行反应，还比空气轻。 同样在1772年，在药剂师舍勒的实验室里，他硫磺、松节油等分别放在密封的容器里点燃，再对燃烧后的气体进行测量。他发现剩下的气体虽然密度比空气小，但并不助燃。并称之国“劣质空气”。 1774年，化学家拉瓦锡得知普里斯特利和舍勒的实验后，心有所动，便重复做了几次试验，仔细研究了燃烧的过程。慎重思考后，他把舍勒笔下的“劣质空气”命名为Nitrgen(英文)。 后来，我国清代化学家徐寿把“劣质空气”译成中文时写成“淡气”，意思是“冲淡”了空气中的氧气。再后来，科学家把“淡气”译成“氮气”。 虽然氮气是由拉瓦锡命名的，但科学界公认它的发现者是英国科学家丹尼尔·卢瑟福。
氮气是空气中含量最多的气体。氮元素是粮食作物生长必需的元素，科学家一直探索将空气中的氮转化为植物可吸收的含氮物质。随着世界人口的增长，人类对粮食的需求日益增加，粮食危机成为人类发展难以逾越的鸿沟。直到20世纪初，德国化学家哈伯在实验室中首次用氮气和氢气合成了氨，从此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。 含氨物质被广泛应用于化肥、制药、合成纤维等化工行业造福人类。
1、分子式：_________
2、电子式：_________ 结构式：_________
无色无味的气体，难溶于水，密度比空气略小，收集氮气用排水法。
破坏氮气分子中氮原子之间的共价键需要很大的能量，所以氮气分子很稳定。
氮气分子是由两个氮原子通过共用三对电子结合而成的，氮气分子中存在氮氮三键。
高温或放电等特殊条件下，氮气分子获得了足够多的能量，也能与一些金属或非金属单质发生反应，生成含氮化合物。
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。
将空气中游离态的氮转化成含氮化合物，简称固氮
（1）自然固氮（2）人工固氮
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，约占自然固氮的90%；
豆科植物的根部常附有小根瘤，其中含有固氮菌，能把空气中的游离氮转化为化合物形态的氨（或铵态氮肥）作为自身的养分。
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%。
“雷雨发庄稼”：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，其中的硝酸根离子被植物的根系吸收，转化为植物生长所需的养料。
(2)2NO ＋ O2 = 2NO2
(3)2NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
充足的氮能使植物枝叶茂盛，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。植物通过自然固氮可以从空气中获得化合态的氮，但这不能满足许多植物生长的需要。科学家正致力于探索豆科植物“轻而易举”实现固氮的机理，建立了多种化学模型模拟生物固氮，争取实现在温和条件下固定空气中的氮为人类所用，以解决人工化肥效率不高，以及对土壤和环境带来一定副作用等问题。
科学家发现根瘤菌中存在固氮酶。固氮酶的分子很大，结构也很复杂，它是由二氮酶和二氮还原酶两种蛋白质组成的。这两种蛋白质对氧非常敏感，一旦遇氧就很快导致固氮酶的失活。固氮酶如此怕氧气，所以整个研究过程必须在严格无氧气的条件下进行，这无疑给研究增加了难度。所以，时至今日，化学模拟生物固氮仍在探索之中。
仅靠自然界的生物固氮和高能固氮，远远不能满足农业生产对氮元素的需求，世界各国越来越迫切需要发展氮肥工业。人工固氮技术是20世纪人类最伟大的成就之一，化学家通过化学反应制得了植物可吸收的含氮化合物，为人类解决粮食短缺问题作出了巨大贡献。
哈伯和博施等化学家经过无数次的失败和不懈努力，最终用饿催化剂在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年建成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。
合成氨的原料是氮气和氢气，在较高温度下将混合气体加压后送到合成塔中进行反应。该反应放出大量的热，工业上往往用来预热原料气，以达到反应所需的温度，节约能源。合成氨达到平衡时，混合气体中氨的含量为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。
1.下列反应中，不属于氮的固定的是（ ）A.N2和H2在一定条件下合成NH3B.豆科植物把空气中的氮气转化为化合态的氮C.雷电时，空气中的N2与O2反应生成NO D.由NH3制碳酸氢铵
2.生物固氮是指（ ）A.生物从土壤中吸收含氮养料B.将含氮化合物转变为植物蛋白质C.土壤中的硝酸盐被细菌分解转化为氮气D.豆科植物根瘤菌将空气中的氮气转变为含氮化合物