5.2.1氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮 学案（含答案）

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1、第二节第二节 氮及其化合物氮及其化合物 第第 1 1 课时课时 氮气与氮的固定氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮一氧化氮和二氧化氮 学业要求 核心素养建构 1.能列举、描述、辨识氮气、一氧化氮、二 氧化氮的重要物理性质、化学性质及实验现 象。 2.能进行 NO、NO2、O2溶于水的简单计算。 知识梳理 一、氮气和氮的固定 1.氮的存在 氮是一种地球上含量丰富的元素，主要以游离态的形式存在于空气中，另外还以 化合态的形式存在于动植物体内的蛋白质中和土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。 2.氮气的性质 (1)物理性质 颜色 密度 气味 溶解性 无 比空气小 无 难溶于水 (2)化学性质 N2与 Mg 反

2、应：N23Mg= 点燃 Mg3N2 N2与 O2反应：N2O2= 放电或高温2NO N2与 H2的反应：N23H2高温、高压 催化剂 2NH3 微自测 1.下列关于 N2的说法错误的是( ) A.通常情况下 N2性质很稳定，所以 N2可在电焊时作保护气 B.反应 N2O2= 高温 2NO 是汽车尾气造成污染的主要原因之一 C.N2的质量约占空气总质量的4 5 D.在反应 3MgN2= 点燃 Mg3N2中，N2作氧化剂 解析 N2在空气中的体积含量约为4 5，C 项错误。 答案 C 3.氮的固定 (1)概念：使空气中游离态的氮转化为含氮化合物。 (2)分类： 氮的固定 自然固氮 高能固氮 生物固

3、氮 人工固氮 合成氨 仿生固氮 4.自然界中氮的循环 (1)自然界： 豆科植物根部的根瘤菌，把氮气转变为硝酸盐等含氮的化合物。 在放电条件下，空气中 N2与氧气化合为氮的氧化物，并随降雨进入水体和土 壤中。 微生物分解动植物中的蛋白质生成小分子的含氮化合物，回到水体和土壤中。 (2)人类活动： 将空气中 N2合成氨，再进一步转化为其他含氮化合物，进入水体和土壤中。 化石燃料燃烧、 森林和农作物的枝叶燃烧所产生的氮氧化物通过大气进入陆地 和海洋。 微自测 2.下列各项属于自然固氮的是( ) A.植物从土壤中吸收含氮肥料 B.合成氨制取氮肥 C.豆科植物的根瘤将氮气转变成硝酸盐等含氮的化合物 D.

4、仿生固氮 解析 A、B 两项是化合态氮之间的转化，不属于氮的固定；C 属于自然固氮， D 属于人工固氮。 答案 C 二、一氧化氮和二氧化氮 1.不同价态的氮的氧化物 氧化物 N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 对应氮的 化合价 1 2 3 4 4 5 2.NO 和 NO2 (1)物理性质 NO NO2 颜色 无色 红棕色 状态 气态 气态 气味 无味 刺激性气味 毒性 有毒 有毒 水溶性 难溶 易溶 (2)相互转化 NONO2：2NOO2=2NO2 NO2NO：3NO2H2O=2HNO3NO。 2NO2N2O4 微自测 3.判断正误(正确的打“”，错误的打“”) (1)空气中

5、N2的体积分数约为 78%( ) (2)N2在高温条件与 O2发生燃烧生成 NO( ) (3)NO 在空气中易转化为红棕色 NO2( ) (4)NO2与 H2O 的反应，NO2只作氧化剂( ) 答案 (1) (2) (3) (4) 探究一 氮气、氮的固定及氮的循环 从微观结构理解氮气的性质提升学科 意识 探究素材 由于 NN 较稳定，氮气通常情况下性质稳定，但在一定条件下也可发生化学反 应，既可作氧化剂又可作还原剂。 探究题目 1.下列关于氮气的说法中，正确的是( ) A.通常情况下，氮气性质比较稳定 B.可在氧气中燃烧，生成一氧化氮 C.1 mol N2与 3 mol H2完全反应生成 2

6、mol NH3 D.氮元素是活泼的非金属元素，氮气在化学反应中作氧化剂 解析 N2不能在 O2中燃烧，与 O2在放电时反应生成 NO，B 错误；N2与 H2的 反应是可逆反应， 1 mol N2与 3 mol H2不可能完全反应生成 2 mol NH3， C 错误； 氮气中氮元素的化合价为零价，在化学反应中既可升高也可降低，既可作氧化剂 也可作还原剂，D 项错误。 答案 A 从宏观辨识氮的固定提升理解能力 探究素材 氮的固定 探究题目 2.下列关于自然界中氮循环的说法正确的是( ) A.氮在自然界中存在形式只有游离态 B.固氮过程中氮元素均被还原 C.只有氮、氧两种元素参加了氮循环 D.植物吸

7、收的无机氮主要是 NH 4和 NO 3 解析 A.氮在自然界中有游离态，如氮气，有化合态如铵盐、硝酸盐等，故 A 错误；B.固氮过程中生成的含氮化合物有硝酸盐，也有氨和铵盐，化合价有的升 高也有的降低，所以氮元素有的被氧化，有的被还原，故 B 错误；C.在雷电作用 下氮气与氧气反应生成一氧化氮，一氧化氮氧化生成二氧化氮，二氧化氮与水反 应生成硝酸，所以氮的循环过程中氮、氢、氧等都参与循环，故 C 错误；D.植 物从土壤和水体中吸收的无机氮主要是 NH 4和 NO 3两种形式，故 D 正确。 答案 D 从物质变化角度认知氮的循环 探究素材 自然界中氮的循环 探究题目 3.氮循环是生态系统物质循环

8、的重要组成部分，如下图所示，下列说法中不正确 的是( ) A.人类活动对氮的循环起到了主导作用 B.硝化和反硝化过程都属于氧化还原反应 C.有机氮与无机氮可相互转化 D.反硝化过程有助于稳定 N2在大气中的含量 解析 A.对氮的循环起到主导作用的是自然因素， 人类活动只是在一定程度上影 响氮的循环，故 A 错误；B.由图可知，硝化和反硝化过程都涉及到了化合价的 变化，故都属于氧化还原反应，故 B 正确；C.氨化过程是动植物蛋白转化为氨气 或铵根离子，即有机氮转化为无机氮的过程，故 C 正确；D.固氮过程消耗了大 气中的氮气，反硝化过程中生成了氮气，故反硝化过程有助于稳定 N2在大气中 的含量，

9、故 D 正确。 答案 A 探究二 氮的氧化物溶于水的计算 NO2溶于水 探究素材 NO2溶于水的反应方程式：3NO2H2O=2HNO3NO。反应中只有氮元素化合 价发生变化，该反应属于歧化反应。 探究题目 4.对 3NO2H2O=2HNO3NO 反应的下列说法正确的是( ) A.氧化剂与还原剂的质量比为 12 B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为 12 C.NO2是氧化剂，H2O 是还原剂 D.在反应中若有 6 mol NO2参与反应时，有 3 mol 电子发生转移 答案 A 综合推理氮的氧化物溶于水的计算规律 探究素材 氮的氧化物溶于水的计算规律 1.相关反应原理 3NO2H2O=2HNO

10、3NO 2NOO2=2NO2 由方程式2得： 4NO2O22H2O=4HNO3 由方程式23 得： 4NO3O22H2O=4HNO3 2.氮的氧化物溶于水的三种类型： (1)NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应，剩余气体为 NO。 (2)NO2和 O2的混合气体：NO2和 O2的混合气体溶于水时涉及关系式， xV（NO 2） V（O2） 0 x4 1 x4 1 x4 1 反应情况 O2过量并剩余 恰好完全反应 NO2过量又发生反应 ，剩余 NO (3)NO 和 O2的混合气体：NO 和 O2的混合气体溶于水时涉及关系式： xV（NO） V（O2） 0 x4 3 x4 3 x4 3 反应情况

11、 O2过量并剩余 恰好完全反应 NO过量并剩余 探究题目 5.在一定条件下，将 6 体积的 NO2(不考虑 N2O4)和一定体积的 NO 置于试管中， 并将试管倒置于水中，当通入 4.5 体积的 O2充分反应后，剩余 1.5 体积气体，则 原 NO 体积可能为( ) 3 体积 4 体积 5 体积 5.5 体积 2 体积 A. B. C.或 D.或 解析 本题的关键在于理解剩余的 1.5 体积气体，可能是一氧化氮，也有可能是 氧气。 若是一氧化氮， 则氧气全部反应， 二氧化氮完全反应用掉了 1.5 体积氧气， 剩余 3 体积应该被一氧化氮消耗，所以一氧化氮体积为 4 体积1.5 体积5.5 体积

12、；若剩余的为氧气，则这过程中一氧化氮消耗的氧气为 1.5 体积，所以一氧 化氮的体积是 2 体积。 答案 C 探究三 NO、NO2的收集、检验、除杂和尾气处理 从性质角度建构气体收集方法模型 探究素材 明析气体性质 2NOO2=2NO2 NO 难溶于水 明确收集方法 不能用排气法 用排水法收集 “万能瓶”的用途 洗气瓶：A 进 B 出，如用饱和 NaHCO3溶液除去 CO2气体中的 HCl 气体。 贮气瓶：广口瓶中盛满液体，B 进 A 出，如 Cl2可用排饱和食盐水贮存。 集气瓶：若 A 进 B 出，可收集密度比空气大的气体，如 CO2；若 B 进 A 出， 可收集密度比空气小的气体，如 H2

13、。 安全瓶：在气体的制取与性质验证实验中连接该装置(瓶中不盛放任何物质)， 可有效地防止倒吸，起到安全瓶的作用(此时广口瓶中 A 管长度同 B 管)。 探究题目 6.某研究小组借助如图仪器装置收集 NO 气体，正确的操作是( ) A.从口进气，用排水法集气 B.从口进气，用排气法集气 C.从口进气，用排水法集气 D.从口进气，用排气法集气 解析 NO 能与空气中氧气反应生成二氧化氮，且 NO 不溶于水，所以 NO 应该 采用排水法收集，如果用该装置进行排水法收集 NO，导气管应该遵循“短进长 出”原则，故选 C。 答案 C 从性质角度建构气体检验方法模型 探究素材 1.NO 的检验：通入 O2

14、变红棕色 2.NO2检验：通入 H2O 中变为无色气体 探究题目 7.宇宙飞船的运载火箭的推进器引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体，从火 箭尾部喷出。引燃后的高温气体成分有 CO2、H2O、N2、NO 等，这些气体均无 色，但在卫星发射现场看到火箭喷射出大量的红色物质，产生红色的原因是 ( ) A.高温下 N2遇空气生成 NO2 B.NO 与空气反应生成 NO2 C.CO2遇 NO 反应生成 NO2 D.NO 遇 H2O 反应生成 NO2 解析 根据原高温气体均为无色，但现场却能看到红色物质可推知，是因为发生 反应：2NOO2=2NO2。 答案 B 从物质转化推理氮氧化物的除杂和尾 气处理

15、探究素材 常见氮氧化物的吸收和转化 碱液吸收法 NO2NO2NaOH=2NaNO2H2O 2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O 氨气转化法 8NH36NO2= 一定条件7N 212H2O 4NH36NO = 一定条件5N 26H2O 催化转化法 2CO2NO = 催化剂2CO 2N2 探究题目 8.NO2可以用氢氧化钠溶液吸收，或在一定条件下用氨气与其反应使之转化为无 污染的物质， 发生反应的化学方程式分别是： 2NO22NaOH=MNaNO3H2O， 8NH36NO2=7X12H2O。则 M、X 代表的物质的化学式分别是( ) A.NaNO2、N2 B.HNO2、N2 C.NO、H

16、NO3 D.N2、N2 解析 根据电子得失守恒、原子守恒综合判断可知 A 项正确。 答案 A 1.氮气能大量存在于空气中的根本原因是( ) A.氮气性质稳定，即使在高温下也不与其他物质发生反应 B.氮气比空气轻且不溶于水 C.氮气分子中两个氮原子结合很牢固，分子结构稳定 D.氮气既无氧化性，也无还原性，不与其他物质反应 解析 N2性质稳定，但高温下可与 O2等物质发生反应，在反应中表现出氧化性 或还原性； 氮气比空气轻且不溶于水并不是 N2能大量存在于空气中的根本原因； N2能大量存在于空气中的根本原因是氮气分子中两个氮原子结合很牢固，分子 结构稳定。 答案 C 2.关于二氧化硫和二氧化氮叙述

17、正确的是( ) A.两种气体都是无色有毒的气体，且都可用水吸收以消除对空气的污染 B.二氧化硫与过量的二氧化氮混合后通入水中能得到两种常用的强酸 C.两种气体都具有强氧化性，因此都能够使品红溶液褪色 D.两种气体溶于水都可以与水反应，且只生成相应的酸 解析 二氧化氮跟水反应，生成硝酸和一氧化氮，二氧化硫溶于水生成亚硫酸， 硝酸氧化亚硫酸生成硫酸。二氧化硫的漂白原理不是利用强氧化性，二氧化硫也 不具有强氧化性。 答案 B 3.研究表明：一氧化氮吸入治疗法可快速改善 SARS 中重症患者的缺氧状况，缓 解病情。病毒学研究证实，一氧化氮对 SARS 病毒有直接抑制作用。下列关于一 氧化氮的叙述正确的

18、是( ) A.一氧化氮是一种红棕色的气体 B.常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合 C.一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集 D.一氧化氮可以由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到 解析 一氧化氮是无色气体，故 A 错误；常温常压下，一氧化氮和氧气直接化 合生成二氧化氮，故 B 错误；一氧化氮不溶于水，能和氧气反应，只能用排水 法收集，故 C 错误。 答案 D 4.将 40 mL NO2和 NO 的混合气体通入倒立于水槽中盛满水的试管里，充分反应 后试管中剩余 20 mL 气体，则原混合气体中 NO2和 NO 的体积比为( ) A.21 B.11 C.31 D.11 解析 3NO2H2O

19、=2HNO3NO V 3 mL 1 mL 2 mL V(NO2) 40 mL20 mL 3 mL 2 mL V（NO2） 40 mL20 mL，解得 V(NO2)30 mL 所以原混合气体中 V(NO)40 mL30 mL10 mL，因此 V(NO2)V(NO)30 mL10 mL31。 答案 C 5.氮氧化物进入大气后，不仅会形成硝酸型酸雨，还可能形成光化学烟雾，因此 必须对含有氮氧化物的废气进行处理。 (1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下： 2NO22NO4NaOH=4NaNO22H2O ， 2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O ， 在反应中，氧化剂是_，还原剂是_。在反应中，氧化剂和还 原剂的物质的量之比为_。 (2)汽车尾气中含有 CO 和 NO，消除这两种物质对大气的污染的方法是安装催化 转化器，使它们发生反应生成对大气无污染的气体，该反应的化学方程式为 _。 解析 (1)在反应中 NO2中的氮元素化合价降低做氧化剂， NO 中的氮元素化合 价升高做还原剂； 在反应中氧化剂和还原剂都是 NO2， 它们的物质的量之比为 11。(2)根据质量守恒定律结合题目信息可知，一氧化氮与一氧化碳反应后生 成的对大气无污染的物质应为氮气和二氧化碳。 答案 (1)NO2 NO 11 (2)2NO2CO = 催化剂N 22CO2