氮的循环课件-PPT.ppt

氮的循环课件图图1 氮在自然界中的循环示意图氮在自然界中的循环示意图一、氮的固定一、氮的固定（1）概念：使空气中游离态的氮转化为含氮化合物）概念：使空气中游离态的氮转化为含氮化合物（2）分类：）分类：氮氮的的固固定定自然固氮自然固氮人工固氮人工固氮高能固氮高能固氮生物固氮生物固氮合成氨合成氨（可逆反应）仿生固氮仿生固氮 生物固氮生物固氮根瘤菌根瘤菌与大豆、蚕与大豆、蚕豆等豆科植豆等豆科植物共生的根物共生的根瘤菌中存在瘤菌中存在固氮酶，能固氮酶，能在常温常压在常温常压下把空气中下把空气中的氮气转变的氮气转变为氨。为氨。合成氨厂合成氨厂合成氨厂合成氨厂 工业固氮工业固氮-合成氨合成氨 N2+3H2 2NH3 1 1、氮气的性质、氮气的性质结结 构构化学性质化学性质稳定，很不活泼，很难与其他物质反应稳定，很不活泼，很难与其他物质反应二、氮循环中的重要物质及其变化二、氮循环中的重要物质及其变化一、氮气一、氮气科学证明：拆开科学证明：拆开1mol 需需 要要945.8kJ能量，能量，拆开拆开1molClCl键只需要键只需要247kJ的能量的能量 一、氮气的性质1、物理性质：无色无味的气体，难溶与水，密度比空气略小。占空气体积分数约78%（氧气约21%）。2、化学性质：稳定，很难与其他物质反应稳定，很难与其他物质反应与O2反应与H2反应3、氮气用途：保护气，合成氨，制化肥2 2、氮的氧化、氮的氧化物物(形成氧化物种类最多的元素）形成氧化物种类最多的元素）N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5俗语说俗语说“雷雨发庄稼雷雨发庄稼”，这句话隐，这句话隐含着什么原理？含着什么原理？N2O22NO放电放电2NO O22NO23NO2H2O2HNO3NO（无色，难溶于水）（无色，难溶于水）（红棕色，有刺激性气味）（红棕色，有刺激性气味）大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静继续保持安静氮的氧化物氮的氧化物NON2ONO2N2O3N2O4N2O5物理性质：无色、难溶于水的气体物理性质：无色、难溶于水的气体缺点：缺点：优点：优点：NONO结合血红蛋白的能力比一氧化碳还强，结合血红蛋白的能力比一氧化碳还强，更容易造成人体缺氧。更容易造成人体缺氧。一氧化氮分子作为一种传递神经信一氧化氮分子作为一种传递神经信息的息的“信使分子信使分子”，在使血管扩张、，在使血管扩张、免疫、增强记忆力等方面有着免疫、增强记忆力等方面有着极其重要的作用。极其重要的作用。+1+2+3+4+4+5物理性质：红棕色、有刺激性气味的有毒气物理性质：红棕色、有刺激性气味的有毒气 体，易溶于水体，易溶于水化学性质：化学性质：NONO2 2溶于水时生成硝酸和一氧化氮。溶于水时生成硝酸和一氧化氮。工业上利用这一原理制取硝酸。工业上利用这一原理制取硝酸。2NO2+H2O=2HNO3+NO用途：能使多种织物退色，损坏多种织物和尼龙制品，对金属和非金属材料也有腐蚀作用练练 习习一定条件下，将等体积的一定条件下，将等体积的NO和和O2的混合气体置的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后，于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后，剩余气体的体积约为原体积的多少？剩余气体的体积约为原体积的多少？2NO O22NO23NO2H2O2HNO3NO上述两个反应可多次循环，综合两式，整理得总反应式上述两个反应可多次循环，综合两式，整理得总反应式4NO 3O2 2H2O4HNO3分析：分析：NO 和和O2的体积比为的体积比为4:3，等体积混和，剩余，等体积混和，剩余O2 体积，为原混合气体的体积，为原混合气体的 1/8答案：答案：1/8将将NO2和和O2混和气体同时通入水中发生的反应混和气体同时通入水中发生的反应？迁迁 移移2NO O22NO23NO2H2O2HNO3NO上述两个反应多次循环，综合上述两个反应多次循环，综合 可得总反应关系式可得总反应关系式4NO2 O2 2H2O4HNO3练练 习习下列反应不属于氮的固定的是（下列反应不属于氮的固定的是（）A.N2O22NO放电放电N23MgMg3N2点燃点燃B.N23MgMg3N2点燃点燃3NO2H2O2HNO3NOC.N23H2高温、高压催化剂2NH3D.CA A、B B、C C、D D均为中学常见物质且均含有同一种元素，均为中学常见物质且均含有同一种元素，它们之间的部分转化关系如下图所示：它们之间的部分转化关系如下图所示：A BCDA BCD（1 1）若）若A A为无色气体，且为无色气体，且D D为强酸为强酸（2 2）C C物质的颜色是物质的颜色是 。（3 3）从组成物质的元素化合价变化的角度预测）从组成物质的元素化合价变化的角度预测C C可能具有的性质可能具有的性质 ，并用一个相应的化学方程式表示你预测的性质，并用一个相应的化学方程式表示你预测的性质 。OO2 2OO2 2H2OH2O德国物理化学家。是合成氨法的发明者。德国物理化学家。是合成氨法的发明者。18681868年年1212月月9 9 日生于西里西亚的布雷斯劳日生于西里西亚的布雷斯劳(现属波兰现属波兰)。接受预科教育后。接受预科教育后,到柏林、海德堡及苏黎世等大学学习。毕业后即进入其到柏林、海德堡及苏黎世等大学学习。毕业后即进入其父经营化学药品的商店工作父经营化学药品的商店工作,因缺乏兴趣因缺乏兴趣,后转后转 到耶拿大到耶拿大学研究有机化学课题学研究有机化学课题,1891,1891年获得哲学博士学位。在年获得哲学博士学位。在18941894年年,去卡尔斯鲁去卡尔斯鲁 厄工学院执教厄工学院执教,1898,1898年任物理化学教授。年任物理化学教授。主要从事化学平衡、硝基苯电解还原和电弧法、合成氨法主要从事化学平衡、硝基苯电解还原和电弧法、合成氨法固定氮等研究工作。著有固定氮等研究工作。著有工业电化学理论基础工业电化学理论基础(1898)(1898)、工业气体反应中的热力学工业气体反应中的热力学(1905)(1905)等。等。19091909年年7 7月月2 2日日,哈伯在实验室内利用高压哈伯在实验室内利用高压 装置进行合成氨的实验得到装置进行合成氨的实验得到浓度为浓度为6 6的氨。其后的氨。其后,在工业化学家在工业化学家C C 博施博施 的协助下的协助下,成成功地解决了工业生产中的技术问题。功地解决了工业生产中的技术问题。19131913年巴登苯胺纯碱年巴登苯胺纯碱公司利用哈伯的发明在德国奥堡建成的世界第一座日产公司利用哈伯的发明在德国奥堡建成的世界第一座日产30t30t氨的工厂投产氨的工厂投产(见合成氨工业发展史见合成氨工业发展史 )。因发明用氮气。因发明用氮气和氢气直接合成氨的方法和氢气直接合成氨的方法,哈伯获哈伯获19181918年诺贝尔化学奖金年诺贝尔化学奖金 19181918年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖哈伯,F.Fritz Haber 1868193419311931年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖柏吉斯柏吉斯,F,F Friedrich Bergius Friedrich Bergius 188418841949 1949 德国燃料化学家德国燃料化学家.二、氨气二、氨气 N2+3H2=2NH3催化剂催化剂高温、高压高温、高压工业合成氨：工业合成氨：1.1.氨的性质氨的性质氨的物理性质氨的物理性质无色有刺激性气味的气体无色有刺激性气味的气体(NH(NH3 3)(空气空气)=)=极易溶于水，极易溶于水，17291729密度比空气小，密度比空气小，体积比体积比17001700易液化易液化可做制冷剂：原理是液氨可做制冷剂：原理是液氨气化时从周围吸收大量的气化时从周围吸收大量的热量，使周围温度急剧降热量，使周围温度急剧降低。低。颜色状态气味：颜色状态气味：密度：密度：水溶性：水溶性：2、喷泉实验喷泉实验如图，在干燥的圆底烧瓶里充满氨如图，在干燥的圆底烧瓶里充满氨气，用带有玻璃管和滴管（滴管里气，用带有玻璃管和滴管（滴管里预先吸入水）的塞子塞紧瓶口。倒预先吸入水）的塞子塞紧瓶口。倒置烧瓶，使玻璃管插入盛有水的烧置烧瓶，使玻璃管插入盛有水的烧杯（预先在水里滴入少量酚酞溶液杯（预先在水里滴入少量酚酞溶液）。轻轻挤压滴管，使少量水进入）。轻轻挤压滴管，使少量水进入烧瓶。观察并描叙现象。烧瓶。观察并描叙现象。(看视频看视频）现象：现象：产生这一现象的原因：产生这一现象的原因：得出的结论：得出的结论：烧杯里的液体由玻璃管进入烧瓶，形成美烧杯里的液体由玻璃管进入烧瓶，形成美丽的喷泉；烧瓶中的液体呈丽的喷泉；烧瓶中的液体呈 。氨气极易溶于水（氨气极易溶于水（17001700）。使烧瓶内。使烧瓶内气压急剧下降。气压急剧下降。氨气水溶液呈氨气水溶液呈 。红色红色碱性碱性引发喷泉实验的操作：引发喷泉实验的操作：打开止水夹，挤出胶头滴管中打开止水夹，挤出胶头滴管中的水。的水。对于右图对于右图2，如何引发喷，如何引发喷泉实验？泉实验？先打开止水夹，用热毛巾捂住先打开止水夹，用热毛巾捂住圆底烧瓶，有气泡冒出，就可圆底烧瓶，有气泡冒出，就可形成喷泉。形成喷泉。现象现象:氨的化学性质氨的化学性质、氨气与水的反应：、氨气与水的反应：NHNH3 3+H+H2 2O O NHNH3 3H H2 2O O NHNH4 4+OH+OH-思考：氨水中存在哪些分子、哪些离子？思考：氨水中存在哪些分子、哪些离子？分子：分子：NH3、H2O、NH3H2O(主要主要)离子：离子：NH4+、OH-、微量微量H+分析：液氨、氨水、一水合氨三者的区别液氨分析：液氨、氨水、一水合氨三者的区别液氨液氨液氨 氨水氨水一水合氨一水合氨氨气是唯一的碱性气体，能使湿润的氨气是唯一的碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝（检验氨气）红色石蕊试纸变蓝（检验氨气）一水合氨是弱碱，能使酚酞试液变红一水合氨是弱碱，能使酚酞试液变红氨水是弱碱，对吗？氨水是弱碱，对吗？氨水呈弱碱性氨水呈弱碱性氨水的密度都小于氨水的密度都小于1g/cm3氨水越浓，密度越小氨水越浓，密度越小一水合氨的性质一水合氨的性质一水合氨是弱电解质一水合氨是弱电解质:能部分电离能部分电离一水合氨可溶性一元弱碱（具有碱的通性一水合氨可溶性一元弱碱（具有碱的通性一水合氨不稳定，易分解：一水合氨不稳定，易分解：NH3+H2O NH3H2O NH4+OH-NHNH3 3HH2 2O=NHO=NH3 3+H+H2 2O O氨水保存：棕色试剂瓶、密封氨水保存：棕色试剂瓶、密封氨水有刺激性气味，原因：氨水有刺激性气味，原因：NHNH3 3与酸的反应与酸的反应NH3+HCl=NH4Cl现象：产生大量白烟现象：产生大量白烟【实验实验】用玻璃棒蘸浓氨水，与蘸有浓盐酸用玻璃棒蘸浓氨水，与蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近，有何现象？为什么？的玻璃棒靠近，有何现象？为什么？NH3+HNO3=NH4NO3（白烟）（白烟）2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4（无白烟）（无白烟）铵盐都易溶于水，都是白色晶体铵盐都易溶于水，都是白色晶体铵盐受热易分解铵盐受热易分解NH4Cl =NH3 +HCl NH4HCO3 =NH3+CO2+H2O 一切铵盐的共同性质，实验室可利用这个性质一切铵盐的共同性质，实验室可利用这个性质来检验来检验NHNH4 4的存在。的存在。如何检验铵盐或如何检验铵盐或NH4？铵盐与碱反应铵盐与碱反应（NH4)2SO4 +2NaOH =2NH3+Na2SO4+2H2O实质：实质：NH4+OH-=NH3 +H2O注意：注意：（NH3在空气中反应）在空气中反应）反应条件：催化剂、加热反应条件：催化剂、加热是工业制硝酸中的关键一步，是工业制硝酸中的关键一步，也叫也叫氨的催化氧化氨的催化氧化说明氨有一定的还原性，可被说明氨有一定的还原性，可被O2、Cl2、CuO等氧化等氧化高温高温 4NH3+5O2=4NO+6H2O 催化剂催化剂-3-3+2+23、NH3具有还原性具有还原性 氧气氧气铂丝附近有铂丝附近有红棕色气体红棕色气体铂丝保持红热铂丝保持红热瓶口可能有白烟瓶口可能有白烟 灼热的铂丝浓氨水浓氨水将烧红的铂丝伸入盛有浓氨水的锥形瓶中，使将烧红的铂丝伸入盛有浓氨水的锥形瓶中，使其接近液面，反应方程式：其接近液面，反应方程式：2NO+O2=2NO2 3NO2+H2O=2HNO3+NO HNO3+NH3=NH4NO3高温高温 4NH3+5O2=4NO+6H2O 催化剂催化剂综合应用综合应用氨在纯氧中燃烧氨在纯氧中燃烧氨氧化炉（中间是铂铑合金网）氨氧化炉（中间是铂铑合金网）氨的用途氨的用途制氮肥制氮肥铵盐铵盐制硝酸制硝酸纯碱纯碱有机合成有机合成工业原料工业原料致冷剂致冷剂氨的用途氨的用途（3 3）装置：）装置：固固+固加热型固加热型（4 4）收集：）收集：向下排空气法向下排空气法（5 5）验满：）验满：湿润的红色石蕊试纸变蓝；湿润的红色石蕊试纸变蓝；(常见唯一的碱性气体常见唯一的碱性气体)(与氧气的制取装置相同与氧气的制取装置相同)（6 6）尾气吸收：）尾气吸收：稀硫酸溶液稀硫酸溶液（1 1）药品：）药品：氯化铵晶体、消石灰固体氯化铵晶体、消石灰固体（2 2）原理：）原理：2NH2NH4 4Cl+Ca(OH)Cl+Ca(OH)2 2=CaCl=CaCl2 2+2H+2H2 2O+2NHO+2NH3 32.2.氨的实验室制法（看视频）氨的实验室制法（看视频）棉花的作用：棉花的作用：防止空气对流，提高集气的速度和纯度。防止空气对流，提高集气的速度和纯度。干燥氨气的常用试剂：干燥氨气的常用试剂：CaOCaO、碱石灰等碱性干燥剂、碱石灰等碱性干燥剂注意：无水注意：无水CaClCaCl2 2不能干燥不能干燥NHNH3 3（形成（形成CaClCaCl2 2 8NH8NH3 3)实验室中还可以用哪些方法快速制氨气：实验室中还可以用哪些方法快速制氨气：加热浓氨水法加热浓氨水法浓氨水加生石灰法浓氨水加生石灰法（生石灰吸水、溶解时放热）（生石灰吸水、溶解时放热）NaOHNaOH和和CaOCaO的混的混合物合物CaO浓氨水浓氨水 检验氨气是否收集满的方法？检验氨气是否收集满的方法？用湿润的红色石蕊试纸靠近用湿润的红色石蕊试纸靠近 瓶口，看试纸是否变蓝瓶口，看试纸是否变蓝 用玻璃棒一端蘸取浓盐酸靠用玻璃棒一端蘸取浓盐酸靠近瓶口，看是否产生白烟近瓶口，看是否产生白烟 氨是制硝酸的重要氨是制硝酸的重要原料，如果以氨气、空原料，如果以氨气、空气、水为原料，如何实气、水为原料，如何实现由氨到硝酸的转化？现由氨到硝酸的转化？二、硫酸和硝酸的氧化性二、硫酸和硝酸的氧化性思考与交流思考与交流 P100稀硫酸具有酸的通性，是二元强酸稀硫酸具有酸的通性，是二元强酸酸的通性：酸的通性：1 1）与指示剂作用）与指示剂作用2 2）与活泼金属反应）与活泼金属反应3 3）与碱性氧化物反应）与碱性氧化物反应4 4）与碱反应）与碱反应5 5）与某些盐反应）与某些盐反应浓硫酸浓硫酸浓浓H2SO4的物理性质的物理性质A.色态：无色、粘稠的油状液体色态：无色、粘稠的油状液体B.沸点：约沸点：约338难挥发酸（高沸点酸）难挥发酸（高沸点酸）C.密度：密度：1.84g/cm3高密度酸高密度酸D.溶解性：跟水任意比互溶，溶解放出大量热。溶解性：跟水任意比互溶，溶解放出大量热。思考思考 浓硫酸应如何稀释？浓硫酸应如何稀释？用于制易挥发用于制易挥发酸，如盐酸。酸，如盐酸。浓浓H H2 2SOSO4 4的特性的特性吸水性吸水性浓硫酸能够吸收现成的由水分子组成的水浓硫酸能够吸收现成的由水分子组成的水物质本身含水。物质本身含水。应用：做干燥剂应用：做干燥剂不能干燥不能干燥碱性气体：碱性气体：NHNH3 3 PHPH3 3还原性气体：还原性气体：H H2 2S HIS HI脱水性（蔗糖炭化实验）（脱水性（蔗糖炭化实验）（看视频看视频）将有机物中将有机物中H、O原子按原子按2：1的比例脱的比例脱去去物质本身不含水物质本身不含水强氧化性强氧化性A.与金属单质反应与金属单质反应(实验实验4-9)(看视频看视频）a)加热时，绝大多数金属（加热时，绝大多数金属（At、Pt除外）除外）能被浓硫酸氧化。能被浓硫酸氧化。Cu2H2SO4（浓）（浓）=CuSO4SO22H2O浓硫酸表现强氧化性、酸性浓硫酸表现强氧化性、酸性b)在常温下，使铝、铁等金属钝化。在常温下，使铝、铁等金属钝化。钝化是因为形成了致密、坚固的氧化物薄膜，钝化是因为形成了致密、坚固的氧化物薄膜，应用：常温下，用应用：常温下，用Fe、Al制容器来盛装浓硫酸。制容器来盛装浓硫酸。B.与非金属单质反应与非金属单质反应 2H2SO4(浓浓)+C =2H2O+2SO2+CO2 硫酸的用途硫酸的用途浓硝酸（浓硝酸（看视频看视频）不稳定性：不稳定性：4HNO3 O2+2H2O+4NO2或光照或光照密封于棕色瓶中密封于棕色瓶中,并放在阴暗处！并放在阴暗处！保存：保存：久置浓硝酸为什么呈黄色？久置浓硝酸为什么呈黄色？久置硝酸分解产生的久置硝酸分解产生的NONO2 2溶于溶液中溶于溶液中,使得溶液变黄！使得溶液变黄！强氧化性强氧化性稀硝酸和浓硝酸都有强氧化性稀硝酸和浓硝酸都有强氧化性Cu+4HNO3(浓浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O与金属（除与金属（除AuAu、PtPt外）反应外）反应:(:(看视频看视频）Cu+4H+2NO3 Cu2+2NO2 +2H2OHNO3的作用：的作用：酸性、氧化性酸性、氧化性3Cu+8HNO3(稀稀)3Cu(NO3)2+2NO+4H2O3Cu+8H+2NO3-=3Cu2+2NO+4H2OC+4HNO3（浓）（浓）=2H2O+4NO2+CO2与非金属反应与非金属反应硝酸的用途硝酸的用途是重要的化工原料，也是化学实验室里必备的重要试剂。在工业上可用于制化肥、农药、炸药、染料、盐类等。45