自然固氮化學方程式

自然固氮是指將大氣中的氮氣（N?）轉化為可被植物吸收的形式（如氨NH?或硝酸鹽NO??）的過程。這一過程主要由特定的微生物完成，如根瘤菌、藍細菌等。以下是一些重要的自然固氮化學反應方程式：

1. 生物固氮

• 根瘤菌與豆科植物共生固氮

  • 反應方程式：
    • N? + 8H? + 8e? → 2NH? + H?
  • 說明：
    • 根瘤菌通過其固氮酶將大氣中的氮氣還原為氨。
    • 這一過程中需要消耗大量的能量，通常以ATP的形式提供。

• 自由生活的固氮微生物

  • 反應方程式：
    • N? + 8H? + 8e? → 2NH? + H?
  • 說明：
    • 自由生活的固氮微生物如藍細菌和某些土壤細菌也能進行固氮作用。
    • 它們通常在厭氧條件下進行固氮，以保護固氮酶不受氧氣的破壞。

2. 雷電固氮

• 雷電固氮
  • 反應方程式：
    • N? + O? → 2NO
    • 2NO + O? → 2NO?
    • 3NO? + H?O → 2HNO? + NO
  • 說明：
    • 在雷電的作用下，大氣中的氮氣和氧氣可以生成一氧化氮（NO）。
    • NO進一步與氧氣反應生成二氧化氮（NO?），再與水反應生成硝酸（HNO?）。
    • 硝酸隨雨水降落到地面，被植物吸收利用。

3. 工業(yè)固氮（參考對比）

• 哈伯-波施法
  • 反應方程式：
    • N? + 3H? ? 2NH?
  • 說明：
    • 這是工業(yè)上常用的固氮方法，通過高溫高壓和催化劑（如鐵）將氮氣和氫氣合成氨。
    • 雖然不是自然固氮，但可以作為對比理解固氮的基本原理。

列表形式

| 類型 | 反應方程式 | 說明 | |------|------------|------| | 生物固氮 | N? + 8H? + 8e? → 2NH? + H? | 根瘤菌通過固氮酶將大氣中的氮氣還原為氨，需要大量能量。 | | 生物固氮 | N? + 8H? + 8e? → 2NH? + H? | 自由生活的固氮微生物如藍細菌和某些土壤細菌也能進行固氮，通常在厭氧條件下進行。 | | 雷電固氮 | N? + O? → 2NO | 雷電作用下，大氣中的氮氣和氧氣生成一氧化氮。 | | 雷電固氮 | 2NO + O? → 2NO? | 一氧化氮與氧氣反應生成二氧化氮。 | | 雷電固氮 | 3NO? + H?O → 2HNO? + NO | 二氧化氮與水反應生成硝酸，隨雨水降落到地面。 | | 工業(yè)固氮 | N? + 3H? ? 2NH? | 工業(yè)上常用的固氮方法，通過高溫高壓和催化劑將氮氣和氫氣合成氨。 |

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