第04讲 氮的固定（寒假预习讲义）高一化学苏教版

第04讲 氮的固定 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 教材习题学解题 模块四 核心考点精准练（6大考点） 模块五 小试牛刀过关测 1.能根据氮分子的微观结构预测其化学性质。熟知氮气与镁、氧气、氢气的化学反应及其条件。 2.通过对氮的固定概念、原理和分类的学习，认识人工固氮的化学原理和化学价值，了解物质的变化是有条件的。 3.能从物质类别和氮元素的化合价认识氮氧化物的性质与转化. 第1课时 氮的固定 一、氮元素的存在 1．氮的原子结构 （1）氮的原子结构 原子结构示意图： 。氮元素位于周期表第二周期、第VA族。氮原子最外电子层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。因此氮原子一般通过共用电子对与其它原子相互结合构成物质。 （2）常见的化合价 氮元素常见有＋1、＋2 、＋3 、＋4 、＋5、－3 价。 2．氮元素的存在 （1）游离态：在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中（约占空气总体积的78%）。  （2）化合态：部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。 二．氮气 1．物理性质 色态 气味 密度 溶解性 毒性 无色气体 无味 比空气的略小 难溶 无毒 2．N2分子的结构 （1）氮气分子的电子式为，结构式为N≡N。 （2）氮气分子是由两个氮原子通过共用三对电子结合而成，氮气分子存在氮氮三键。 3．化学性质 （1）常温下，N2的化学性质不活泼，可代替稀有气体作保护气体。 原因：氮分子内两个氮原子间以共价三键结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常难以与其它物质反应。 （2）与氧气反应：在放电条件或高温下氮气跟氧气化合生成一氧化氮N2＋O22NO，体现N2具有还原性。 （3）与活泼金属（如镁）反应：镁在氮气中燃烧：3Mg＋N2Mg3N2，体现N2具有氧化性。 （4）与非金属（如氢气）反应：人工合成氨N2＋3H22NH3，体现N2具有氧化性。 三．氮的固定 1．概念：将大气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程叫做氮的固定。 2．分类：高能固氮（约占10%）：通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物。 N2＋O2 2NO 生物固氮（约占90%）：自然界中的一些微生物种群（如豆科植物的根瘤菌）将氮 气通过化学过程转化为含氮化合物（氨或铵态氮肥）。 自然固氮 人工固氮 分类合成氨：N2＋3H2 2NH3) 仿生固氮 【温馨提示】①氮的固定必须为将游离态N2转化为化合态含氮物质的过程，为氧化还原反应。 ②氮气性质的“一惰性、两反应”。氮气化学性质很稳定，通常状况下，很难与其他物质反应，但是在一定条件下也能与氢气、氧气等反应。 ②氮元素是多价态元素，氮气中氮元素呈0价，处于中间价态，故氮气既有氧化性(与H2反应)，又有还原性(与O2反应)。 3．氮的循环 （1）自然界中氮的循环 （2）自然界中氮的循环原理 大自然通过闪电、火山爆发等释放的能量将氮气转化为含氮的化合物，或通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨，从而实现自然固氮。 第2课时　氮的氧化物 一、人工固氮 1．原理：N2+3H22NH3。 2．原料：合成氨的原料是氮气和氢气。 3．特点： （1）该反应放出大量的热，工业上用来预热原料气； （2）该反应可逆，合成氨达到平衡时，混合气体中氨的含量为20%左右，分离出氨后，将未反应的氮气和氢气送回合成塔循环使用。 4．意义：合成氨工业的成功，为植物生长提供足够的氮肥，在很大程度上缓解了地球上有限的耕地资源与庞大的粮食需求之间的矛盾，改变了世界粮食生产的历史，使人类免受饥荒之苦。 二、氮的氧化物 1．氮的氧化物类型 其氧化物有 N2O、NO、N2O3、NO2 、 N2O4 、N2O5 共有六种，其中 N2O5 是HNO3的酸酐，N2O3是HNO2的酸酐（氮的氧化物都有毒）。 2．二氧化氮和一氧化氮 （1）NO和NO2的性质比较 性质 NO NO2 色、态、味 无色、无味气体 红棕色、有刺激性气味气体 溶解性 难溶于水 毒性 有毒，大气污染物之一 有毒，大气污染物之一 与水反应 不反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO（既体现氧化性，又体现还原性） 与氧气反应 NO＋O2===2NO2（一氧化氮是无色气体，遇到氧气会迅速变为红棕色气体，可用此来检验有无NO的存在），不能用排气法收集。 不反应 对环境的影响 NO与血红蛋白结合使人中毒，NO、NO2导致光化学烟雾、形成酸雨及破坏臭氧层 （2）二氧化氮溶于水的实验 实验 装置 实验 操作 在如图注射器里充入20 mL NO,然后吸入5 mL水,用乳胶管和弹簧夹封住管口,振荡注射器 打开弹簧夹,快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹 振荡注射器 实验 现象 无明显现象 无色气体变为红棕色 红棕色气体变浅至消失,有无色气体生成,注射器活塞向内滑动 化学 方程式 2NO+O2 === 2NO2　、 3NO2+H2O === 2HNO3+NO （3）氮的氧化物溶于水的原理探究 ①只有NO2 溶于水剩余气体为NO：3NO2+H2O === 2HNO3+NO。 ②NO2与O2的混合气体（X为两种气体的体积比或物质的量之比） X=n(NO2)/n(O2) 0<X<4 X=4 X>4 反应情况 O2过量剩余气体为O2 恰好完全反应，无气体剩余 NO2过量，发生3NO2+H2O=== 4HNO3+2NO反应，剩余气体为NO。 结论 当n(NO2)/n(O2)=4/1时，发生反应4NO2+O2+2H2O=== 4HNO3，NO2可全部转化为HNO3，所以在水充足的情况下，调整氧气的用量抵消一氧化氮。 ③NO与O2混合气体 X=n(NO2)/n(O2) 0<X< X= X> 反应情况 O2过量剩余气体为O2 恰好完全反应，无气体剩余 NO过量，剩余气体为NO 结论 当n(NO)/n(O2)=4/3时，发生反应4NO+3O2+H2O===4HNO3，NO可全部转化为HNO3。 ④NO、NO2和O2三种气体 三种气体通入水中，先按3NO2＋H2O===2HNO3＋NO计算出生成的NO体积，然后加上原来混合气体中NO体积，再按①计算。 【温馨提示】①NO2还可以自身二聚反应：NO2（红棕色）N2O4（无色），现象：红棕色气体颜色变浅）。 ②“雷雨发庄稼”的原理：N2＋O22NO、2NO + O2 === 2NO2、3NO2 + H2O === 2HNO3 + NO。 教材习题01 下列反应中，不属于氮的固定的是（ ） A. N2和H2在一定条件下合成NH3 B. 豆科植物把空气中的氮气转化为化合态的氮 C. 雷电时，空气中的N2与O2反应生成NO D. 由NH3制碳酸氢铵 解题思路 本题考查氮的固定概念及分类。将空气中游离态的氮转化成含氮化合物叫作氮的固定，简称固氮。A、C正确；氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式，豆科植物把空气中的氮气转化为化合态的氮属于自然固氮，B正确；NH3制碳酸氢铵属于化合物之间的转化，不属于氮的固定，D符合题意。 【答案】D 教材习题02 生物固氮是指（ ） A. 生物从土壤中吸收含氮养料 B. 将含氮化合物转变为植物蛋白质 C. 土壤中的硝酸盐被细菌分解转化为氮气 D. 豆科植物根瘤菌将空气中的氮气转变为含氮化合物 解题思路 本题考查生物固氮的概念及过程。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）将空气中的氮气通过生物化学过程转化为含氮化合物，约占自然固氮的90%。A错误；豆科植物的根部常附有小根瘤，其中含有固氮菌，能把空气中的 游离氮转化为化合物形态的氨（或铵态氮肥）作为自身的养分，B错误、D正确。土壤中的硝酸盐不能被细菌分解转化为氮气，C错误。 【答案】D 核心考点一：氮元素的存在及性质 【例1】有关氮元素的说法不正确的是（ ） A．氮元素是一种活泼的非金属元素，但N2性质稳定 B．人类从动植物中获得氮元素 C．植物能直接从空气中合成获得氮元素 D．氮元素能促进植物的生长 核心考点二：氮气的结构与性质 【例2】下列关于氮气的说法中错误的是（ ） A．通常情况下N2性质很稳定，所以N2可以在电焊时作保护气 B．N2＋O22NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要因素之一 C．N2在空气中约占的质量比为 D．在反应3Mg＋N2Mg3N2中，N2作氧化剂 核心考点三：氮的固定概念及类型 【例3】氮是各种生物体生命活动不可缺少的重要元素，下列过程不属于氮的固定的是（ ） A．豆科农作物的根瘤菌使空气中的氮转化为氨 B．雷雨闪电时，大气中产生了一氧化氮 C．在一定条件下由氨气和二氧化碳合成尿素 D．工业合成氨 核心考点四：一氧化氮和二氧化氮的性质 【例4】下列关于氮氧化物的说法正确的是（ ） A．NO中的NO2杂质气体，可通过盛有水的洗气瓶除去 B．N2与O2在放电条件下直接化合成NO2 C．NO2溶于水时，NO2是氧化剂，水是还原剂 D．可用NO2与水反应制取硝酸，故NO2是酸性氧化物 核心考点五：一氧化氮和二氧化氮溶于水的实验探究 【例5】同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的两种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2。现将3支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是（ ） A．V1>V2>V3 B．V1>V3>V2 C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2 核心考点六：自然界中的氮循环 【例6】自然界中的氮循环部分过程如图所示，有关循环过程的说法中，正确的是（ ） A．氮元素可通过氨化过程从无机物转移到有机物中 B．硝化过程的反应物中，NH3属于盐 C．反硝化过程中，必须有O2的参与 D．固氮过程中，N2可能做还原剂 【基础练】 1．下列关于氮及其化合物，说法不正确的是（ ） A. 氮的固定是将N2转化成含氮化合物 B. 氮元素在自然界中既有游离态又有化合态 C. 氮气化学性质不如磷活泼，故氮元素非金属性弱于磷 D. N2既可作氧化剂又可作还原剂 2．下列关于N2的叙述中正确的是（ ） A．N2是一种无色、无味且易溶于水的气体 B．在雷雨天，空气中的N2和O2可直接反应生成NO2 C．在N2与Mg反应生成Mg3N2的过程中，N2作还原剂 D．一定条件下，N2与H2合成NH3属于氮的固定 3．下列反应属于氮的固定的是（ ） A．3NO2+H2O=2HNO3+NO B．2NO+O2=2NO2 C．4NH3+5O24NO+6H2O D．N2+O22NO 4．把少量NO2气体通入过量小苏打溶液中，再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管，最后收集到的气体是（ ） A．氧气 B．二氧化氮 C．二氧化氮和氧气 D．二氧化氮和一氧化氮 5．氮是动植物生长不可缺少的元素，含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如图所示的氮元素的循环过程，下列说法不正确的是(　　) A．过程①“雷电作用”中发生的反应是N2＋O22NO B．过程③“固氮作用”中，氮气被还原 C．⑤中涉及的反应可能有2NO＋O2===2NO D．⑥中涉及的反应可能有2NO＋12H＋===N2↑＋6H2O 6．对3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应的下列说法正确的是（ ） A．氧化剂与还原剂的质量比为1∶2 B．氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2 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 7．下列说法正确的是（ ） A．反应N2+3MgMg3N2不属于氮的固定，工业合成氨的过程是固氮的过程 B．标准状况下，22.4升SO3中含有的分子数为 C．2mol NO和1 molO2充分反应后，NO2分子数小于2NA D．用饱和Na2SO3溶液可除去SO2中含有的HCl杂质 8．诺贝尔化学奖曾授予德国化学家Gerhard Ertl，以表彰他对固体表面化学研究过程中的重大发现。使CO、NOx等在铂表面发生化学反应转变成无毒气体，以减少汽车尾气中有毒气体的排放，正是此项研究的重要应用之一。下列有关说法不正确的是（ ） A．CO在铂表面被氧化生成CO2，铂起催化作用 B．汽车尾气中的NOx在铂表面发生反应的产物是N2 C．CO在铂表面可能和O2、NOx反应 D．NOx、CO、CO2均能与人体中的血红蛋白结合 9．氮在自然界中的转化是一个复杂的过程，如图所示的氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分。下列有关氮循环说法不正确的是（ ） A．雷雨天气容易发生转化②的过程 B．图中转化②③④都属于氮的固定 C．动植物蛋白质中一定含有氮元素 D．转化⑥说明有机物可以转化为无机物 10．下图为有关分子在催化剂作用下发生转化的示意图，下列叙述正确的是 A．N2→NH3，NH3→NO均属于氮的固定 B．催化剂a、b表面均有极性共价键形成 C．如果向容器中放入1molN2和3molH2，最终可以生成2molNH3 D．在催化剂b表面2.24LNH3反应生成NO转移电子数目为0.5NA 【提升练】 1．下列说法正确的是（ ） A．二氧化硫可漂白纸浆，不可用于杀菌消毒 B．Fe是现代工业的基础，铝热法冶炼Fe工艺简单，工业上被大规模推广 C．豆科植物根瘤菌可直接吸收空气中的氮氧化物作肥料，实现氮的固定 D．硝酸铵制成的医用速冷冰袋利用了硝酸铵溶于水吸热的性质 2．硝酸工业尾气中的、进入大气后，会形成光化学烟雾、破坏臭氧层等。可用溶液对含氮氧化物的废气进行处理，反应的化学方程式如下：①NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O，②2NO2++2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O，将一定量NO和NO2的混合气体通入300mL5mol/LNaOH溶液中，恰好被完全吸收。下列说法不正确的是（ ） A．原混合气体中NO在标准状况下的体积可能为16.8L B．通入的混合气体在标况下的体积可能为44.8L C．原混合气体中NO与NO2的体积之比可能是2：3 D．所得溶液中NaNO3和NaNO2的物质的量之比可能为1：2 3．无色的混合气体甲可能含NO、CO2、NO2、N2中的几种，将一定量的甲气体经过如图实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则甲气体的组成为（ ） A．NO2、N2 B．NO、CO2 C．NO2、CO2 D．NO、CO2、N2 4．实验室以空气和镁为原料制备 Mg3N2 的装置如图所示(夹持和加热装置略去)： 下列说法正确的是（ ） A．装置 A、B 中可依次加入浓硫酸、NaOH溶液 B．若去掉装置 C，对产品纯度无影响 C．实验时应先加热 C，通入一段时间空气后再加热D D．装置E中碱石灰的作用是吸收尾气 5．实验小组为验证NO2与水反应的产物，用如图所示装置进行实验(夹持装置已略去，气密性已检验)。 【实验过程】 实验步骤 实验现象 Ⅰ．打开K1、K3、K5，关闭K2、K4，通入一段时间N2，关闭K1 ________________ Ⅱ．打开K2，放入足量浓HNO3，同时打开pH传感器和NO传感器，记录数据 圆底烧瓶中反应剧烈，铜片逐渐溶解，溶液变为蓝绿色，__________________；片刻后，三颈瓶内的导管口有气泡冒出 Ⅲ．5 min后，打开K4，用注射器将少量空气注入三颈瓶，关闭K4 三颈瓶内的气体从无色变为浅红棕色 步骤Ⅱ中，传感器记录数据如图所示： 图1 图2 【解释及结论】 （1）NO2与水反应的离子方程式为__________________________________。 （2）步骤Ⅰ中，通入N2的目的是_____________________________________。 （3）将步骤Ⅱ中圆底烧瓶内的实验现象补充完整：_______________________。 （4）该实验验证NO2与水反应产物的实验证据包括________(填序号)。 A．圆底烧瓶中溶液变为蓝绿色 B．三颈瓶内的气体从无色变为浅红棕色 C．pH传感器记录所得数据 D．NO传感器记录所得数据 （5）有同学认为该实验不严谨，因为________也可能导致pH传感器所记录的数据结果________。 6．利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，其部分工艺流程如下： （1）一定条件下，NO与NO2可以生成一种新的氧化物，试写出该反应的化学方程式：___________________ _____________________________________________________________。 （2）上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底部进入，石灰乳从吸收塔顶部喷淋)，其目的是_____ ________________________________________；滤渣可循环使用，滤渣的主要成分是________(填化学式)。 （3）该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1。 若n(NO)∶n(NO2)＞1∶1，则会导致________________________________； 若n(NO)∶n(NO2)＜1∶1，则会导致_____________________________________。 （4）生产中溶液需保持弱碱性，在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解，产物之一是NO，其反应的离子方程式为_____________________________________________。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！8 学科网 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第04讲 氮的固定 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 教材习题学解题 模块四 核心考点精准练（6大考点） 模块五 小试牛刀过关测 1.能根据氮分子的微观结构预测其化学性质。熟知氮气与镁、氧气、氢气的化学反应及其条件。 2.通过对氮的固定概念、原理和分类的学习，认识人工固氮的化学原理和化学价值，了解物质的变化是有条件的。 3.能从物质类别和氮元素的化合价认识氮氧化物的性质与转化. 第1课时 氮的固定 一、氮元素的存在 1．氮的原子结构 （1）氮的原子结构 原子结构示意图： 。氮元素位于周期表第二周期、第VA族。氮原子最外电子层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。因此氮原子一般通过共用电子对与其它原子相互结合构成物质。 （2）常见的化合价 氮元素常见有＋1、＋2 、＋3 、＋4 、＋5、－3 价。 2．氮元素的存在 （1）游离态：在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中（约占空气总体积的78%）。  （2）化合态：部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。 二．氮气 1．物理性质 色态 气味 密度 溶解性 毒性 无色气体 无味 比空气的略小 难溶 无毒 2．N2分子的结构 （1）氮气分子的电子式为，结构式为N≡N。 （2）氮气分子是由两个氮原子通过共用三对电子结合而成，氮气分子存在氮氮三键。 3．化学性质 （1）常温下，N2的化学性质不活泼，可代替稀有气体作保护气体。 原因：氮分子内两个氮原子间以共价三键结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常难以与其它物质反应。 （2）与氧气反应：在放电条件或高温下氮气跟氧气化合生成一氧化氮N2＋O22NO，体现N2具有还原性。 （3）与活泼金属（如镁）反应：镁在氮气中燃烧：3Mg＋N2Mg3N2，体现N2具有氧化性。 （4）与非金属（如氢气）反应：人工合成氨N2＋3H22NH3，体现N2具有氧化性。 三．氮的固定 1．概念：将大气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程叫做氮的固定。 2．分类：高能固氮（约占10%）：通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物。 N2＋O2 2NO 生物固氮（约占90%）：自然界中的一些微生物种群（如豆科植物的根瘤菌）将氮 气通过化学过程转化为含氮化合物（氨或铵态氮肥）。 自然固氮 人工固氮 分类合成氨：N2＋3H2 2NH3) 仿生固氮 【温馨提示】①氮的固定必须为将游离态N2转化为化合态含氮物质的过程，为氧化还原反应。 ②氮气性质的“一惰性、两反应”。氮气化学性质很稳定，通常状况下，很难与其他物质反应，但是在一定条件下也能与氢气、氧气等反应。 ②氮元素是多价态元素，氮气中氮元素呈0价，处于中间价态，故氮气既有氧化性(与H2反应)，又有还原性(与O2反应)。 3．氮的循环 （1）自然界中氮的循环 （2）自然界中氮的循环原理 大自然通过闪电、火山爆发等释放的能量将氮气转化为含氮的化合物，或通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨，从而实现自然固氮。 第2课时　氮的氧化物 一、人工固氮 1．原理：N2+3H22NH3。 2．原料：合成氨的原料是氮气和氢气。 3．特点： （1）该反应放出大量的热，工业上用来预热原料气； （2）该反应可逆，合成氨达到平衡时，混合气体中氨的含量为20%左右，分离出氨后，将未反应的氮气和氢气送回合成塔循环使用。 4．意义：合成氨工业的成功，为植物生长提供足够的氮肥，在很大程度上缓解了地球上有限的耕地资源与庞大的粮食需求之间的矛盾，改变了世界粮食生产的历史，使人类免受饥荒之苦。 二、氮的氧化物 1．氮的氧化物类型 其氧化物有 N2O、NO、N2O3、NO2 、 N2O4 、N2O5 共有六种，其中 N2O5 是HNO3的酸酐，N2O3是HNO2的酸酐（氮的氧化物都有毒）。 2．二氧化氮和一氧化氮 （1）NO和NO2的性质比较 性质 NO NO2 色、态、味 无色、无味气体 红棕色、有刺激性气味气体 溶解性 难溶于水 毒性 有毒，大气污染物之一 有毒，大气污染物之一 与水反应 不反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO（既体现氧化性，又体现还原性） 与氧气反应 NO＋O2===2NO2（一氧化氮是无色气体，遇到氧气会迅速变为红棕色气体，可用此来检验有无NO的存在），不能用排气法收集。 不反应 对环境的影响 NO与血红蛋白结合使人中毒，NO、NO2导致光化学烟雾、形成酸雨及破坏臭氧层 （2）二氧化氮溶于水的实验 实验 装置 实验 操作 在如图注射器里充入20 mL NO,然后吸入5 mL水,用乳胶管和弹簧夹封住管口,振荡注射器 打开弹簧夹,快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹 振荡注射器 实验 现象 无明显现象 无色气体变为红棕色 红棕色气体变浅至消失,有无色气体生成,注射器活塞向内滑动 化学 方程式 2NO+O2 === 2NO2　、 3NO2+H2O === 2HNO3+NO （3）氮的氧化物溶于水的原理探究 ①只有NO2 溶于水剩余气体为NO：3NO2+H2O === 2HNO3+NO。 ②NO2与O2的混合气体（X为两种气体的体积比或物质的量之比） X=n(NO2)/n(O2) 0<X<4 X=4 X>4 反应情况 O2过量剩余气体为O2 恰好完全反应，无气体剩余 NO2过量，发生3NO2+H2O=== 4HNO3+2NO反应，剩余气体为NO。 结论 当n(NO2)/n(O2)=4/1时，发生反应4NO2+O2+2H2O=== 4HNO3，NO2可全部转化为HNO3，所以在水充足的情况下，调整氧气的用量抵消一氧化氮。 ③NO与O2混合气体 X=n(NO2)/n(O2) 0<X< X= X> 反应情况 O2过量剩余气体为O2 恰好完全反应，无气体剩余 NO过量，剩余气体为NO 结论 当n(NO)/n(O2)=4/3时，发生反应4NO+3O2+H2O===4HNO3，NO可全部转化为HNO3。 ④NO、NO2和O2三种气体 三种气体通入水中，先按3NO2＋H2O===2HNO3＋NO计算出生成的NO体积，然后加上原来混合气体中NO体积，再按①计算。 【温馨提示】①NO2还可以自身二聚反应：NO2（红棕色）N2O4（无色），现象：红棕色气体颜色变浅）。 ②“雷雨发庄稼”的原理：N2＋O22NO、2NO + O2 === 2NO2、3NO2 + H2O === 2HNO3 + NO。 教材习题01 下列反应中，不属于氮的固定的是（ ） A. N2和H2在一定条件下合成NH3 B. 豆科植物把空气中的氮气转化为化合态的氮 C. 雷电时，空气中的N2与O2反应生成NO D. 由NH3制碳酸氢铵 解题思路 本题考查氮的固定概念及分类。将空气中游离态的氮转化成含氮化合物叫作氮的固定，简称固氮。A、C正确；氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式，豆科植物把空气中的氮气转化为化合态的氮属于自然固氮，B正确；NH3制碳酸氢铵属于化合物之间的转化，不属于氮的固定，D符合题意。 【答案】D 教材习题02 生物固氮是指（ ） A. 生物从土壤中吸收含氮养料 B. 将含氮化合物转变为植物蛋白质 C. 土壤中的硝酸盐被细菌分解转化为氮气 D. 豆科植物根瘤菌将空气中的氮气转变为含氮化合物 解题思路 本题考查生物固氮的概念及过程。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）将空气中的氮气通过生物化学过程转化为含氮化合物，约占自然固氮的90%。A错误；豆科植物的根部常附有小根瘤，其中含有固氮菌，能把空气中的 游离氮转化为化合物形态的氨（或铵态氮肥）作为自身的养分，B错误、D正确。土壤中的硝酸盐不能被细菌分解转化为氮气，C错误。 【答案】D 核心考点一：氮元素的存在及性质 【例1】有关氮元素的说法不正确的是（ ） A．氮元素是一种活泼的非金属元素，但N2性质稳定 B．人类从动植物中获得氮元素 C．植物能直接从空气中合成获得氮元素 D．氮元素能促进植物的生长 【答案】C 【解析】A．氮元素是一种活泼的非金属元素，氮气分子的结构式为N≡N，破坏氮氮三键需要很大的能量，所以氮气分子的性质稳定，故A正确；B．氮元素是动植物生长不可缺少的元素，动植物中都含有蛋白质，蛋白质中含有的氮元素能被人类摄取，故B正确；C．氮元素是构成蛋白质的主要成分，对茎叶的生长和果实的发育有重要作用，但植物不能直接从空气中合成获得氮元素，故C错误；D．氮元素对茎叶的生长和果实的发育有重要作用，增施氮肥可加快植物的生长、延缓和防止植物器官衰老、延长蔬果保鲜期，故D正确；故选C。 核心考点二：氮气的结构与性质 【例2】下列关于氮气的说法中错误的是（ ） A．通常情况下N2性质很稳定，所以N2可以在电焊时作保护气 B．N2＋O22NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要因素之一 C．N2在空气中约占的质量比为 D．在反应3Mg＋N2Mg3N2中，N2作氧化剂 【答案】C 【解析】N2很稳定，常用作保护气；但在高温下N2与O2产生的NO易被氧化为NO2，故汽车尾气会造成环境污染；N2在空气中的体积含量约为4/5；N2与金属、H2反应时作氧化剂。 核心考点三：氮的固定概念及类型 【例3】氮是各种生物体生命活动不可缺少的重要元素，下列过程不属于氮的固定的是（ ） A．豆科农作物的根瘤菌使空气中的氮转化为氨 B．雷雨闪电时，大气中产生了一氧化氮 C．在一定条件下由氨气和二氧化碳合成尿素 D．工业合成氨 【答案】C 【解析】A．空气中的氮转化为氨，游离态氮转化为化合态氮，属于氮的固定，A错误；B．雷雨闪电时，大气中的氮气与氧气反应生成一氧化氮，游离态氮转化为化合态氮，属于氮的固定，B错误；C．一定条件下由氨气和二氧化碳合成尿素，化合态氮转化为化合态氮，不属于氮的固定，C正确；D．工业合成氨，氮气和氢气高温高压、催化剂的条件下反应生成氨气，游离态氮转化为化合态氮，属于氮的固定，D错误；答案选C。 核心考点四：一氧化氮和二氧化氮的性质 【例4】下列关于氮氧化物的说法正确的是（ ） A．NO中的NO2杂质气体，可通过盛有水的洗气瓶除去 B．N2与O2在放电条件下直接化合成NO2 C．NO2溶于水时，NO2是氧化剂，水是还原剂 D．可用NO2与水反应制取硝酸，故NO2是酸性氧化物 【答案】A 【解析】A选项，NO2通入水中，生成NO，正确；B选项，N2与O2在放电条件下生成NO，错误；C选项，NO2溶于水时，NO2既是氧化剂，又是还原剂，错误；D选项，NO2中N为+4价，HNO3中N为+5价，酸性氧化物与酸必须同价，因此可用NO2与水反应制取硝酸，不能说明NO2是酸性氧化物。 核心考点五：一氧化氮和二氧化氮溶于水的实验探究 【例5】同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的两种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2。现将3支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是（ ） A．V1>V2>V3 B．V1>V3>V2 C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2 【答案】D 【解析】可假设试管体积均为2V，每种气体的体积均为V；当倒置于水槽中时：①中有反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，则剩余气体的体积V1＝V；②中有反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，则剩余O2的体积V2＝V；③中气体与水不反应，故试管中气体体积V3＝2V。综上所述，V3>V1>V2。 核心考点六：自然界中的氮循环 【例6】自然界中的氮循环部分过程如图所示，有关循环过程的说法中，正确的是（ ） A．氮元素可通过氨化过程从无机物转移到有机物中 B．硝化过程的反应物中，NH3属于盐 C．反硝化过程中，必须有O2的参与 D．固氮过程中，N2可能做还原剂 【答案】D 【解析】A．由图可知，氮元素可通过氨化过程从有机物转移到无机物中，A错误；B．氨气属于气态氢化物，不属于盐，B错误；C．反硝化过程中，硝酸根离子、亚硝酸根离子转化为氮气，氮元素的化合价降低被还原，应有还原剂参与，不可能有氧气参与，C错误；D．由图可知，固氮过程中，氮气转化为硝酸根离子、亚硝酸根离子时，氮元素的化合价升高被氧化，氮气为反应的还原剂，D正确；故选D。 【基础练】 1．下列关于氮及其化合物，说法不正确的是（ ） A. 氮的固定是将N2转化成含氮化合物 B. 氮元素在自然界中既有游离态又有化合态 C. 氮气化学性质不如磷活泼，故氮元素非金属性弱于磷 D. N2既可作氧化剂又可作还原剂 【答案】C 【解析】A.氮的固定是指：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程，游离态是指氮气单质，即氮的固定是将转化成含氮化合物，故A正确；B.氮在自然界中既有游离态又有化合态，如游离态氮气，化合态铵盐，故B正确；C.氮元素在周期表的位置为第二周期第族，其非金属性比磷强，氮气的化学性质很稳定，原因是氮气分子内两个氮原子以结合，断开三键需要能量高，故 C错误；D.氮气中元素化合价处于中间价态，既能得电子又能失电子，所以氮气既可以做氧化剂又可做还原剂，故D正确。   2．下列关于N2的叙述中正确的是（ ） A．N2是一种无色、无味且易溶于水的气体 B．在雷雨天，空气中的N2和O2可直接反应生成NO2 C．在N2与Mg反应生成Mg3N2的过程中，N2作还原剂 D．一定条件下，N2与H2合成NH3属于氮的固定 【答案】D 【解析】A．N2是一种无色、无味且难溶于水的气体，故A错误；B．放电条件下氮气和氧气发生氧化还原反应生成NO，反应方程式为N2+O22NO，故B错误；C．在N2与Mg反应生成Mg3N2的过程中，氮元素的化合价降低，N2做氧化剂，故C错误；D．N2与H2合成NH3，是将游离态的氮转化为化合态的氮的过程，属于氮的固定，故D正确；故选D。 3．下列反应属于氮的固定的是（ ） A．3NO2+H2O=2HNO3+NO B．2NO+O2=2NO2 C．4NH3+5O24NO+6H2O D．N2+O22NO 【答案】D 【解析】氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程，即由单质变为化合物，综上所述，答案为D。 4．把少量NO2气体通入过量小苏打溶液中，再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管，最后收集到的气体是（ ） A．氧气 B．二氧化氮 C．二氧化氮和氧气 D．二氧化氮和一氧化氮 【答案】C 【解析】少量NO2气体通入过量小苏打溶液中，逸出的气体为NO、CO2，二者物质的量之比为1∶2，同时还有少量水蒸气逸出，再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管，CO2与过氧化钠反应生成的O2与NO反应生成NO2，O2有剩余，同时逸出的少量水蒸气与过氧化钠反应生成O2，所以最后收集到的气体是NO2和O2。 5．氮是动植物生长不可缺少的元素，含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如图所示的氮元素的循环过程，下列说法不正确的是(　　) A．过程①“雷电作用”中发生的反应是N2＋O22NO B．过程③“固氮作用”中，氮气被还原 C．⑤中涉及的反应可能有2NO＋O2===2NO D．⑥中涉及的反应可能有2NO＋12H＋===N2↑＋6H2O 【答案】D 【解析】过程①“雷电作用”中氮气与氧气化合生成NO，即发生的反应是N2＋O22NO，A正确；过程③“固氮作用”中氮元素化合价降低，氮气被还原，B正确；⑤中NO被氧化为NO，涉及的反应可能有2NO＋O2===2NO，C正确；⑥中氮元素化合价降低，NO被还原，涉及的反应不可能为2NO＋12H＋===N2↑＋6H2O，因为此反应中只有元素化合价降低，没有元素化合价升高，故D错误。 6．对3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应的下列说法正确的是（ ） A．氧化剂与还原剂的质量比为1∶2 B．氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2 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 【解析】该反应中NO2既是氧化剂又是还原剂，硝酸为氧化产物，NO为还原产物。硝酸与NO的物质的量之比为2∶1，还原剂(NO2)与氧化剂(NO2)的物质的量之比为2∶1。若有6 mol NO2参与反应，则转移电子4 mol。 7．下列说法正确的是（ ） A．反应N2+3MgMg3N2不属于氮的固定，工业合成氨的过程是固氮的过程 B．标准状况下，22.4升SO3中含有的分子数为 C．2mol NO和1 molO2充分反应后，NO2分子数小于2NA D．用饱和Na2SO3溶液可除去SO2中含有的HCl杂质 【答案】C 【解析】A．氮气和镁反应生成氮化镁NO2分子数小于2NA，属于氮的固定，故A错误；B．标准状况下SO3不是气体，不能依据体积确定其物质的量及分子数，故B错误；C．2mol NO和1 molO2充分反应首先生成2mol NO2，但二氧化氮部分转化为四氧化二氮，最终NO2分子数小于2NA，故C正确；D．饱和Na2SO3溶液可与SO2反应，故D错误；故选：C。 8．诺贝尔化学奖曾授予德国化学家Gerhard Ertl，以表彰他对固体表面化学研究过程中的重大发现。使CO、NOx等在铂表面发生化学反应转变成无毒气体，以减少汽车尾气中有毒气体的排放，正是此项研究的重要应用之一。下列有关说法不正确的是（ ） A．CO在铂表面被氧化生成CO2，铂起催化作用 B．汽车尾气中的NOx在铂表面发生反应的产物是N2 C．CO在铂表面可能和O2、NOx反应 D．NOx、CO、CO2均能与人体中的血红蛋白结合 【答案】 D 【解析】CO、NOx在铂表面发生的反应为CO＋NOx―→CO2＋N2(未配平)，也可能是CO与O2反应，此过程中铂作催化剂；CO2不能与人体中的血红蛋白结合。 9．氮在自然界中的转化是一个复杂的过程，如图所示的氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分。下列有关氮循环说法不正确的是（ ） A．雷雨天气容易发生转化②的过程 B．图中转化②③④都属于氮的固定 C．动植物蛋白质中一定含有氮元素 D．转化⑥说明有机物可以转化为无机物 【答案】B 【解析】A．雷雨天气空气中的氮气和氧气可以化合成NO，NO与空气中的氧气反应生成NO2，NO2和水反应生成硝酸和NO，硝酸跟土壤中的矿物质结合成硝酸盐，所以在雷雨天气容易发生转化②的过程，故A正确；B．氮的固定是游离态的氮转化为化合态的氮的过程，图中④转化不属于氮的固定，故B错误；C．蛋白质的基本结构单元是氨基酸，氨基酸一定含氮元素，因此蛋白质一定都含有氮元素，故C正确；D．转化⑥是动植物蛋白质转化为氨和铵盐，说明有机物可以转化为无机物，故D正确；故选B。 10．下图为有关分子在催化剂作用下发生转化的示意图，下列叙述正确的是 A．N2→NH3，NH3→NO均属于氮的固定 B．催化剂a、b表面均有极性共价键形成 C．如果向容器中放入1molN2和3molH2，最终可以生成2molNH3 D．在催化剂b表面2.24LNH3反应生成NO转移电子数目为0.5NA 【答案】B 【解析】A．氮的固定是游离态氮，变为化合态氮，NH3→NO不是氮的固定，A错误；B．由图可知，催化剂a表面形成了N—H键，催化加b表面形成了N—键，都是极性键，B正确C．氮气和氢气的反应为可逆反应，故如果向容器中放入1molN2和3molH2，最终可以生成NH3的物质的量小于2mol，C错误；D．没有指出气体的压强和温度，故无法计算，D错误；故选B。 【提升练】 1．下列说法正确的是（ ） A．二氧化硫可漂白纸浆，不可用于杀菌消毒 B．Fe是现代工业的基础，铝热法冶炼Fe工艺简单，工业上被大规模推广 C．豆科植物根瘤菌可直接吸收空气中的氮氧化物作肥料，实现氮的固定 D．硝酸铵制成的医用速冷冰袋利用了硝酸铵溶于水吸热的性质 【答案】D 【解析】A中根据二氧化硫的性质判断；B中利用工业及大规模的特点追求高效益进行判断；C中根据氮的固定的基本概念进行判断；D中根据铵盐的性质进行判断；A．二氧化硫也可用于杀菌消毒；故A不正确；B．铝热法需要高温，耗能比较大，故不能被大规模推广，故B不正确；C．氮的固定是指将氮气转化为化合物，故C不准确；D．根据铵盐的性质判断，D说法正确；故选答案D； 2．硝酸工业尾气中的、进入大气后，会形成光化学烟雾、破坏臭氧层等。可用溶液对含氮氧化物的废气进行处理，反应的化学方程式如下：①NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O，②2NO2++2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O，将一定量NO和NO2的混合气体通入300mL5mol/LNaOH溶液中，恰好被完全吸收。下列说法不正确的是（ ） A．原混合气体中NO在标准状况下的体积可能为16.8L B．通入的混合气体在标况下的体积可能为44.8L C．原混合气体中NO与NO2的体积之比可能是2：3 D．所得溶液中NaNO3和NaNO2的物质的量之比可能为1：2 【答案】B 【解析】若NO和NO2的混合气体恰好被NaOH吸收，根据题干信息，可知n(NO):n(NO2)≤1，且根据元素守恒有n(NO)+n(NO2)=n(NaOH)=0.3×5=1.5 mol，则0<n(NO)≤0.75 mol，0.75 mol≤n(NO2)<1.5 mol。A．根据分析，0<n(NO)≤0.75 mol，因此，标况下，V(NO)可能是16.8 L，A正确；B．气体总物质的量为1.5 mol，标况下不可能是44.8L，B错误；C．根据分析知n(NO):n(NO2)≤1，C正确；D．产物n(NaNO2)≥n(NaNO3)，因此NaNO3和NaNO2的物质的量之比可能为1:2，D正确；答案选B。 3．无色的混合气体甲可能含NO、CO2、NO2、N2中的几种，将一定量的甲气体经过如图实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则甲气体的组成为（ ） A．NO2、N2 B．NO、CO2 C．NO2、CO2 D．NO、CO2、N2 【答案】B 【解析】混合气体无色，气体中不含NO2，气体通过Na2O2后显红棕色，说明原混合气体中含有NO，且有与Na2O2反应生成O2的气体CO2，通入水中，溶液呈酸性，且几乎无气体剩余，说明原气体中不含N2。 4．实验室以空气和镁为原料制备 Mg3N2 的装置如图所示(夹持和加热装置略去)： 下列说法正确的是（ ） A．装置 A、B 中可依次加入浓硫酸、NaOH溶液 B．若去掉装置 C，对产品纯度无影响 C．实验时应先加热 C，通入一段时间空气后再加热D D．装置E中碱石灰的作用是吸收尾气 【答案】C 【解析】要制备氮化镁，需要除去空气中的氧气、CO2和水蒸气，则装置A、B中可依次加入NaOH溶液、浓硫酸， A错误；若去掉装置C，镁与氧气反应生成氧化镁，对产品纯度有影响，B错误；实验时应先加热C，通入一段时间空气除去氧气，然后再加热D，C正确；装置E中碱石灰的作用是吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，D错误。 5．实验小组为验证NO2与水反应的产物，用如图所示装置进行实验(夹持装置已略去，气密性已检验)。 【实验过程】 实验步骤 实验现象 Ⅰ．打开K1、K3、K5，关闭K2、K4，通入一段时间N2，关闭K1 ________________ Ⅱ．打开K2，放入足量浓HNO3，同时打开pH传感器和NO传感器，记录数据 圆底烧瓶中反应剧烈，铜片逐渐溶解，溶液变为蓝绿色，__________________；片刻后，三颈瓶内的导管口有气泡冒出 Ⅲ．5 min后，打开K4，用注射器将少量空气注入三颈瓶，关闭K4 三颈瓶内的气体从无色变为浅红棕色 步骤Ⅱ中，传感器记录数据如图所示： 图1 图2 【解释及结论】 （1）NO2与水反应的离子方程式为__________________________________。 （2）步骤Ⅰ中，通入N2的目的是_____________________________________。 （3）将步骤Ⅱ中圆底烧瓶内的实验现象补充完整：_______________________。 （4）该实验验证NO2与水反应产物的实验证据包括________(填序号)。 A．圆底烧瓶中溶液变为蓝绿色 B．三颈瓶内的气体从无色变为浅红棕色 C．pH传感器记录所得数据 D．NO传感器记录所得数据 （5）有同学认为该实验不严谨，因为________也可能导致pH传感器所记录的数据结果________。 【答案】（1）3NO2＋H2O===2H＋＋2NO＋NO　 （2）排出装置中的氧气(空气)　 （3）有红棕色气体生成　 （4）BCD　 （5）圆底烧瓶中浓硝酸的挥发　偏小 【解析】打开K1、K3、K5，关闭K2、K4，通入一段时间N2，排出装置中的氧气(空气)；打开K2，放入足量浓HNO3，打开pH传感器和NO传感器，铜与浓硝酸发生反应生成硝酸铜、二氧化氮和水；打开K4，用注射器将少量空气注入三颈瓶，三颈瓶内的气体从无色变为浅红棕色的现象可知，二氧化氮与水反应生成一氧化氮和硝酸，生成的一氧化氮被氧气氧化又生成了二氧化氮。pH传感器是用来检测被测物中氢离子浓度并转换成相应的可用输出信号的传感器，随着反应的进行，pH传感器记录所得数据表示，pH减小，酸性增强，能验证NO2与水反应生成的产物。 6．利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，其部分工艺流程如下： （1）一定条件下，NO与NO2可以生成一种新的氧化物，试写出该反应的化学方程式：___________________ _____________________________________________________________。 （2）上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底部进入，石灰乳从吸收塔顶部喷淋)，其目的是_____ ________________________________________；滤渣可循环使用，滤渣的主要成分是________(填化学式)。 （3）该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1。 若n(NO)∶n(NO2)＞1∶1，则会导致________________________________； 若n(NO)∶n(NO2)＜1∶1，则会导致_____________________________________。 （4）生产中溶液需保持弱碱性，在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解，产物之一是NO，其反应的离子方程式为_____________________________________________。 【答案】（1）NO＋NO2N2O3 （2）使尾气中的NO、NO2被充分吸收　Ca(OH)2 （3）排放气体中NO含量升高　产品Ca(NO2)2中Ca(NO3)2含量升高 （4）3NO＋2H＋===NO＋2NO↑＋H2O 【解析】（1）若NO与NO2反应生成新的氧化物，必然是NO中N的化合价升高被氧化，NO2中N的化合价降低被还原，生成的新的氧化物中N的化合价应该介于＋2和＋4之间，为＋3价，据此写出反应方程式：NO＋NO2N2O3。 （2）气体上升液体下降，这样气液接触充分，使尾气被充分吸收；分析加入的原料及生成物，只有Ca(OH)2微溶于水，所以滤渣的主要成分为Ca(OH)2。 （3）当n(NO)＞n(NO2)时，NO过剩；当n(NO)＜n(NO2)时，NO2过剩，剩余NO2会与Ca(OH)2反应生成Ca(NO3)2。 （4）依据化合价升降守恒，NO生成NO时氮元素化合价降低，则反应中NO中氮元素的化合价也有升高，可能生成NO或NO2，但在水溶液中NO2会与水反应生成NO，所以最终产物为NO，据此写出离子方程式：3NO＋2H＋===NO＋2NO↑＋H2O。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！8 学科网 学科网（北京）股份有限公司 $$