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0.04%,大气中氮气占空气体积的78%。 2.氮的固定 (1)概念: 氮的固定指的是将游离态氮转化为化合态氮的方法。,目标导航,预习导引,一,二,(2)分类:预习交流1 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N2转化为氮的化合物,被作物吸收。,目标导航,一,二,预习导引,二、合成氨的反应原理 1.如下图合成氨的实验装置加热试管中的铁丝绒至红热后注入氢
2、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反应方程式是N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),合成氨反应是一个可逆、放热、气体分子总数减少的反应。 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。,目标导航,一,二,预习导引,预习交流2 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:反应要有最大的反应速率;要最大限度地提高平衡混合物中NH3的含量。,问题导学,当堂检测,一,二,一、自然界中氮的循环 活动与探究 1.请观察下面氮的循环图;说说自然界中有哪些氮的循环途径。,问题
3、导学,当堂检测,一,二,答案:在自然界中,大豆、蚕豆等豆科植物根部的根瘤菌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水体。,问题导学,当堂检测,一,二,2.请仔细阅读课本,相互讨论,结合生活实际,完成下列问题:,人工固氮,自然固氮,包括工业合成氨和仿生固氮,主要
4、有两种:一种是通过闪电等产生含氮化合物 的高能固氮,又一种是生物固氮,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。,问题导学,当堂检测,一,二,3.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。,问题导学,当堂检测,一,二,迁移与应用 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
5、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( ) A.工业合成氨 B.硝化细菌的硝化过程 C.动物尸体的腐烂 D.豆科植物的根瘤菌固氮 解析:解题时要审清题意,注意化合价的变化。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:AD,问题导学,当堂检测,一,二,迁移训练1下列转变过程中,属于人工固氮的是( )解析:氮的固定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
6、,问题导学,当堂检测,一,二,(1)将空气中游离态的N2转化为含氮化合物的反应称为氮的固定。 (2)生物固氮约占自然固氮的90%,而通过闪电作用的高能固氮约占自然固氮的10%。,问题导学,当堂检测,一,二,二、合成氨条件的选择 活动与探究 1.已知合成氨的反应:N2+3H2 2NH3 H=-92.4 kJmol-1,请仔细分析合成氨的反应特点,试从反应速率、化学平衡的角度分析,采取哪些措施有利于合成氨,并完成下表:,典型的可逆反应,通 常状况下反应速率低; 正反应是放热反应; 正反应是气体体积 缩小的反应。,问题导学,当堂检测,一,二,2.根据以上活动与探究分析可知,你认为合成氨的适宜条件是什
7、么? 答案:合成氨的适宜条件: 温度:400500 ; 压强:1030 MPa; 催化剂:铁触媒(400500 时,其活性最强)。 3.工业合成氨的反应,从化学反应速率分析,温度越高越好,从化学平衡分析,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 ,选择这一温度并不是为了提高合成氨的产量,因为生成氨的反应是一个放热反应,升温不利于反应向生成氨的方向进行。在这一温度下,合成氨反应的催化剂的活性最大,催化效果最好,因此选择400500 的条件,主要是从提高化学反应速率的角度考虑的,因为这样可以大大提高合成氨的生产效率。,问题导学,当堂检测,一,
8、二,迁移与应用 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( ) 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。合成氨是气体分子数减小的反应,高压平衡向右移动,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 误区警示:勒夏特列原理只能解释有关平衡移动的问题,不能用于解释化学反应速率的问题。,问题导学,当堂
9、检测,一,二,迁移训练2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.只有 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。增大压强和使用催化剂的操作只能加快反应速率,缩短达
10、到平衡的时间,而与平衡时CO的转化率无关。 答案:B,问题导学,当堂检测,一,二,(1)对于合成氨,从理论上分析,增大压强不管是从速率角度还是平衡角度,都有利于氨的合成,但并不能无限制的增大压强,压强越大对设备的要求也越高,会增加建设投资和生产成本。 (2)在工业合成氨的实际生产中,还将氮气和氢气按照体积比13充入,原料利用更高,反应更充分。 (3)为了提高原料的利用率,还将氨气及时地分离出来。,问题导学,当堂检测,1,2,3,4,5,1.属人工固氮的化学反应是( ) A.N2与H2在一定条件下反应生成NH3 B.由NH3转变成NH4HCO3 C.NO与O2反应生成NO2 D.豆科植物的根瘤菌
11、将氮的化合物转变成植物蛋白 解析:将游离态的氮转化为化合态的氮属于氮的固定。 答案:A,问题导学,当堂检测,1,2,3,4,5,2.合成氨时既要使合成氨的产率增大,又要使反应速率加快,可采取的办法是( ) 减压 加压 升温 降温 及时从平衡混合气中分离出NH3 补充N2或H2 加催化剂 减小N2或H2的量 A. B. C. D. 解析:合成氨反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)H0的特点为:正反应放热且气体体积减小。要使平衡向正反应方向移动且反应速率加快,应选C。 答案:C,问题导学,当堂检测,1,2,3,4,5,3.下列关于氮气、氢气合成氨的说法中,正确的是( ) A.将氮气、氢气合
12、成氨,必须施加高温、高压、催化剂等反应条件 B.在氮气、氢气合成氨的化学反应中,催化剂的性能对反应物的温度和压强的高低具有一定的制约作用 C.现代工业上实施的合成氨属于仿生固氮 D.现代工业上实施的合成氨属于人工固氮 解析:生物固氮,是自然界中的一些微生物种群(如豆科植物的根瘤菌)以自身的固氮酶为催化剂,在常温、常压下,通过生物化学过程,将空气中的氮气转化成含氮化合物的固氮过程。仿生固氮是人为地利用具有固氮酶作用的人造催化剂在常温、常压下的固氮。显然,现代工业上实施的合成氨不属于仿生固氮。 答案:BD,问题导学,当堂检测,1,2,3,4,5,4.哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得19
13、18年诺贝尔化学奖。现向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2,在一定条件下使该反应发生,有关说法正确的是( ) N2+3H2 2NH3 A.达到化学平衡时,N2将完全转化为NH3 B.达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等 C.达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化 D.达到化学平衡时,正反应和逆反应的速率都为零 解析:合成氨反应为可逆反应,故氮气、氨气不能完全转化,化学平衡是动态平衡,达到平衡时正逆反应速率相等,但是不为零。 答案:C,问题导学,当堂检测,1,2,3,4,5,5.农作物生长发育需要大量的氮养分,除了可用人工固氮方法(合成氨)获得铵态氮外,自然界雷电现象也是一种固氮途径,经由雷电固定的氮是硝态氮(硝酸或硝酸盐形式),写出氮气转化为硝酸的化学方程式 , , 。 解析:电闪雷鸣的雨天,会产生放电现象,使空气中的氮气和氧气反应生成了一氧化氮,一氧化氮又被氧气氧化成二氧化氮。二氧化氮在雨水中与水反应生成硝酸。答案:,
