1、目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,一,二,一、氮的存在和固定1.存在(1)农作物需从土壤中摄取大量含氮化合物,为了补偿土壤中减少的氮,必须施加氮肥。含氮化合物还用于制造染料、人造纤维、油漆、炸药等。(2)地壳中含氮量为0.04%,大气中氮气占空气体积的78%。2.氮的固定(1)定义:氮的固定指的是将游离态氮转化为化合态氮的方法。(2)分类:,目标导航,预习导引,一,二,为什么豆科植物不需要施氮肥?提示：豆科植物的根瘤菌能将空气中的N2转化为氮的化合物,被植物吸收。工业上以NH3为原料生产HNO3,这属于人工固氮吗?提示：不属于。氮的固定是将游离态氮转化为化合态氮的方法,以NH3为原料生产
2、HNO3,是含氮化合物间的相互转化,不是氮的固定。,目标导航,一,二,预习导引,二、合成氨的反应原理1.合成氨的实验装置如下图加热试管中的铁丝绒至红热后注入氢气和氮气的混合气体,可以看到润湿的pH试纸变蓝色。2.用氢气和氮气合成氨的化学方程式是N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),合成氨反应是一个可逆、放热、气体分子总数减小的反应。,目标导航,一,二,预习导引,3.工业合成氨的条件工业上,采用以铁为主的催化剂,在400500 和1030 MPa的条件下合成氨。如果你是合成氨工厂的厂长,你对合成氨生产有何要求?提示：合成氨工业要求:反应要有较大的反应速率;要最大限度地提高平衡混合物中NH3的
3、含量。,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,一,二,一、自然界中氮的循环1.自然界中氮的循环图,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,一,二,2.自然界中氮的循环途径在自然界中,大豆、蚕豆等豆科植物根部的根瘤菌能把空气中的氮气转变为硝酸盐等含氮的化合物。植物的根从土壤中吸收的铵根离子( )和硝酸盐,经过复杂的生物转化形成各种氨基酸,氨基酸最后转化成蛋白质。动物以植物为食物而获得植物蛋白,并将其转化为动物蛋白。动植物遗体中的蛋白质被微生物分解成 、 和NH3,又回到土壤和水体中,被植物再次吸收利用。另外,在放电条件下,空气中少量的氮气与氧气化合生成氮的氧化物,这些氮的氧化物随降水进入土壤和
4、水体。,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,1.“雷雨肥田”的原理是什么?该过程中涉及哪些化学反应?答案：“雷雨肥田”的原理为在闪电作用下,空气中N2、O2反应生成NO,NO与O2反应生成NO2,NO2溶于雨水生成HNO3,HNO3随雨水降落到地面上,与土壤中的矿物作用,形成能被植物吸收的硝酸盐,这样使土壤从空气中得到氮,促进植物的生长。,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,2.氮的固定是物理变化还是化学变化?答案：化学变化。3.哪一种自然固氮的过程可能会成为工业化生产过程?答案：生物固氮。除了合成氨这种人工固氮方式外,科学家们还发现某些金属有机化合物可以起到根瘤菌的作
5、用,并用这些金属有机化合物作催化剂实现了常温、常压固氮,即仿生固氮。相信不久的将来,仿生固氮会成为工业化生产过程。,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,【例1】 氮的循环在自然界元素的循环中具有重要意义,有些氮的转化是从氮气到氮的化合物,有的转化是从一种氮的化合物到另一种氮的化合物。下列过程中,以游离态的氮为原料,最终产生氮的化合物的是() (导学号52690009)工业合成氨硝化细菌的硝化过程动物尸体的腐烂豆科植物的根瘤菌固氮A.B.C.D.解析：解题时要审清题意,注意元素化合价的变化。工业合成氨的反应原理为:3H2+N2 2NH3;硝化细菌的硝化过程是将氨或铵盐转化成硝酸盐;动
6、物尸体的腐烂是从高分子有机氮到小分子有机氮的过程;豆科植物的根瘤菌固氮过程是在固氮酶的作用下,将氮气转化为氮的化合物。答案：C,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,下列转变过程中,属于人工固氮的是(),解析：氮的固定是以游离态的氮作为反应物,B、C错;D选项属于人工固氮。答案：D,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,二、合成氨条件的选择1.合成氨的反应特点,从反应速率、化学平衡的角度分析合成氨条件选择的依据。,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,2.合成氨的适宜条件:(1)温度:400500 ;(2)压强:1030 MPa;(3)催化剂:铁触媒(400500
7、 时,其活性最强)。,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,1.从化学反应速率和化学平衡角度考虑,压强越大越有利于合成氨,为什么我国目前一般采用1030 MPa的条件?答案：我国目前一般采用这一压强条件是由于压强越大,动力消耗、设备要求加大,生产成本越高,从综合经济效益角度考虑,不宜采用过高的压强。2.根据合成氨的化学方程式,N2、H2的体积比为13,而工业上常采用12.8的比例,原理是什么?答案：13与12.8比较,后者相当于增大了N2的浓度,这样有利于提高H2的利用率,提高经济效益。,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,3.工业合成氨的反应,从化学反应速率角度分析,温
8、度越高越好,从化学平衡角度分析,温度越低越好,但为什么要选择400500 呢?答案：在合成氨工业中反应温度选择的是400500 ,因为合成氨的反应是一个放热反应,升温不利于平衡向合成氨的方向移动。在这一温度下,催化剂的活性最大,催化效果最好,因此选择400500 的条件,主要是从提高催化剂催化活性的角度考虑的,因为这样可以大大提高合成氨的生产效率。4.工业上将从合成塔出来的气体通过冷凝器冷凝,有何意义?答案：由于NH3易液化,用冷凝器冷凝后NH3变为液态,降低N2+3H2 2NH3平衡体系中产物的浓度,使平衡正向移动,提高原料利用率;且可以使N2、H2循环利用。,一,二,知识精要,思考探究,典
9、题例解,迁移应用,【例2】 下列有关合成氨工业的叙述,可用平衡移动原理来解释的是() (导学号52690010)A.使用铁触媒,有利于N2和H2的混合气体合成氨B.高压比常压条件更有利于合成氨的反应C.400500 左右比室温更有利于合成氨的反应D.合成氨时采用循环操作,可提高原料的利用率解析：催化剂只是改变反应速率,对平衡无影响,A错误。合成氨的反应是气体分子数减小的反应,采用高压使平衡向右移动,有利于合成氨,B正确。400500 时催化剂活性最大,与平衡无关,C错误。循环操作是提高原料的利用率,也与平衡无关,D错误。答案：B,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要
10、,思考探究,典题例解,迁移应用,1.合成氨所用的H2可由煤与水反应制得,其中有一步反应为CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)H0,欲提高CO转化率可采用的方法有:降低温度增大压强使用催化剂增大CO的浓度增大水蒸气的浓度,其中正确的组合是()A.B.C.D.,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,解析：该反应是一个气体总体积不变的放热反应,欲提高CO的转化率,可设法使化学平衡向正反应方向移动,显然降低温度可以满足这一要求,增大水蒸气的浓度,平衡向正反应方向移动,CO的转化率也可以增大;但若增大CO的浓度,平衡虽然向右移动,但CO的总量增大,其转化率反而减小。增大压强和使用
11、催化剂的操作只能加快反应速率,缩短达到平衡所需的时间,而与平衡时CO的转化率无关。答案：B,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,2.1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法,从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法合成氨的流程图,其中为提高原料转化率而采取的措施是() (导学号52690011)A.B.C.D.,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,解析：合成氨反应为气体分子总数减小的放热反应,操作是为了除去杂质,防止水蒸气等杂质对反应产生不良影响;增大压强,有利于该反应的平衡右移,能够提高原料的转化率;催化剂只能加快反应,不影响化学平衡,故不能提高原料的转化率;将产物NH3液化分离和循环操作,均能使原料被更充分地利用,提高原料的转化率。答案：B,
