7.1 氮的固定-【帮课堂】2024-2025学年高一化学同步学与练（苏教版2019必修第二册）

专题7 氮和社会可持续发展 第一单元 氮的固定 第1课时 氮的固定 版块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．能从分子结构的角度认识氮气的化学稳定性，熟知氮气与镁、氧气、氢气的化学反应及其条件。 2．知道氮的固定有自然固氮和人工固氮两种形式。 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。 重难点：人工固氮的化学原理；氮的氧化物的性质与转化。 一、氮分子的结构和氮气的性质 1．氮元素的存在 既有________态，也有________态，大部分氮元素以________态的氮气分子形式存在于空气中。 2．氮分子的结构 氮气分子是由两个氮原子通过共用________电子结合而成，氮气分子存在________。 氮气分子的电子式为________，结构式为________。 3．氮气的化学性质 氮气的化学性质稳定，通常情况下不易发生反应。 (1)在放电或高温条件下，氮气可与氧气化合，化学方程式为________________________。 (2)镁能在氮气中燃烧，化学方程式为________________________。 (3)氮气能与氢气反应，化学方程式为________________________________。该反应是工业合成氨的反应原理。 二、氮的固定 1．氮的固定的定义及分类 将空气中________态的氮转化成_____________叫做氮的固定。氮的固定主要有________和________两种方式。 2．自然固氮 (1)生物固氮：自然界中的一些微生物种群（如豆科植物的________）将氮气通过________过程转化为_____________。 豆科植物的________能将空气中的游离态氮转化为化合物形态的________（或____________）。 (2)高能固氮：通过________、__________等途径产生含氮化合物。 (3)“雷雨发庄稼”涉及的反应过程： N2NONO2HNO3硝酸盐 化学方程式为： ________________________、________________________、______________________________ 3．人工固氮——合成氨 在高温、高压和催化剂条件下，以氮气和氢气为原料合成氨，其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。 合成氨的原料是________________，该反应放出大量的________，工业上用来预热________，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________循环使用。 3．自然界的氮循环 为了促进氮的良性循环，要注意维护__________，保护森林、植树绿化、________生态系统对有害物质的吸收能力，不能过度使用含氮化肥以免污染土壤和水体；控制化石燃料燃烧排放的_____________入大气。 三、氮的氧化物 1．一氧化氮 一氧化氮是一种________色、无味、有毒的气体，微溶于水。 NO易被空气氧化，化学方程式为________________________，实验室收集NO时，应该用______法。 2．二氧化氮 二氧化氮是一种________色，有刺激性气味的________气体，能与水反应。 NO2与水反应的化学方程式为________________________________________，实验室收集NO2时，应该用________________法。 3．氮氧化物的应用 大气中的NO和NO2达到一定浓度时会对人体造成伤害，能引发________________。 人体中极少量的NO有助于促进血关扩张，防止___________。 二氧化氮在火箭燃料中用作________，在工业上可用来制造________。 【特别提示】NO、NO2溶于水的计算 由于NO2与H2O反应会生成HNO3和NO，NO又可与O2反应生成NO2，因此适量的氧气可使NO或NO2恰好完全溶于水。 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　① 2NO＋O2===2NO2　② ①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3， ①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)氮元素有多种化合价，其最高正价为＋5价(　 　) (2)氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键(　 　) (3)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气(　 　) (4)N2和O2在放电条件下会生成NO2(　 　) (5)N2中N元素的化合价为0价，处于中间价态，因此既有氧化性，又有还原性(　 　) (6)由于NO2极易与水反应且密度比空气大，因此收集NO2用向上排空气法(　 　) (7)NO2易溶于水生成HNO3，故NO2是酸性氧化物(　 　) (8)N2与O2反应时，不论O2是否足量，其一步反应都只能得到NO，不能生成NO2(　 　) (9)NO和NO2都是有刺激性气味的有毒气体，它们都是大气污染物(　 　) (10)可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2和Br2(　 　) 2．下列关于氮气的叙述错误的是(　　) A．N2是一种无色、无味的气体 B．N2可用作生产氮肥和硝酸的原料 C．N2可用浓硫酸或碱石灰干燥 D．N2可用排空气法收集 3．氮在自然界中的循环如下图所示。 (1)过程①称为_____________，写出合成氨反应的化学方程式：_____________________________，该反应中氮气显________(填“氧化”或“还原”，下同)性。 (2)过程②中能通过_____________的作用将空气中的氮气固定下来，写出③中固氮反应的化学方程式：______________________，该反应中氮气显________性。 (3)过程④中的亚硝酸盐有毒，工业上若直接排放将会造成环境污染。已知NaNO2遇到还原性较强的NH会被还原为N2，在废液中加入下列物质不能使NaNO2无害化排放的是________(填字母)。 a．H2O2　　b．NH4Cl　　c．KNO3　　d．NaOH 4．氮气与金属镁反应的方程式为_________________________，氮气和镁的反应产物与水反应，生成白色沉淀和一种具有刺激性气味的气体，该反应的方程式为________________________。 5．如图所示装置： (1)若试管中充满NO2气体，倒立在水槽中，发生的现象是__________________。 (2)向上述试管中通入氧气，发生的现象是__________________。 (3)若试管中充满NO气体，然后通过导气管向试管中充入O2，当试管中刚好充满液体时，发生反应的化学方程式是_______________________。 6．NO与NO2中氮元素的价态均处于中间价态，则NO与NO2均既有氧化性又有还原性。 (1)NO极易与氧气反应表现________性，化学方程式为________________________________；在一定条件下与氨气发生归中反应生成N2，其化学方程式为__________________________。 (2)NO2可发生自身歧化反应，NO2与H2O的化学方程式为_____________________________，氧化剂和还原剂的物质的量之比为________，NO2与NaOH溶液反应可生成两种盐，其中一种是NaNO3，化学方程式为_______________________________________________________。 ►问题一 氮的固定 【典例1】下列反应属于氮的固定的是(　　) A．3NO2＋H2O===2HNO3＋NO B．2NO＋O2===2NO2 C．N2＋O22NO D．4NH3＋5O24NO＋6H2O 【解题必备】 (1)氮的固定必须为将游离态的N2转化为化合态含氮化合物的过程，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。 (3)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)。 【变式1-1】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 【变式1-2】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 ►问题二 氮的氧化物 【典例2】关于氮氧化物的说法正确的是（ ） A．氮氧化物一定对人体有害 B．可以用排水集气法收集NO2气体 C．雷电多的地方容易形成酸雨 D．收集NO要用排水集气法 【解题必备】 1．氮的氧化物 氮有多种价态的氧化物，氮元素从＋1～＋5价都有对应的氧化物，如N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。 2．NO和NO2的比较 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 与氧气反应 2NO＋O2=2NO2 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 【变式2-1】下列关于氮的氧化物的说法正确的是(　　) A．氮的氧化物都是酸性氧化物 B．氮的氧化物都既有氧化性，又有还原性 C．NO与H2O反应生成HNO3 D．只能用排水法收集NO 【变式2-2】将充有20 mL N2和NO2的混合气体的试管倒立在水槽中，充分反应后，试管残留10 mL气体，则原混合气体中N2和NO2的体积之比是(　　) A．1∶1 B．1∶2 C．1∶3 D．2∶3 1．大豆根部的根瘤菌可以将空气中的N2转化为氨(或铵态氮肥)作为自身的养分，这个过程叫作氮的固定。下列过程不属于氮的固定的是(　　) A．由氨气制备碳酸氢铵 B．工业合成氨 C．在雷电作用下，空气中的少量N2转化为氮的氧化物 D．镁在N2中燃烧生成Mg3N2 2．众所周知，一氧化氮是一种大气污染物，是吸烟、汽车尾气及垃圾燃烧等释放出的有害气体，但是这种最常见、最简单的气体小分子在生物体内却是一种重要的信使分子，具有保护心血管、降低血压以及提升记忆力的作用。下列关于NO的说法正确的是(　　) A．NO是无色气体，易溶于水，是酸性氧化物 B．NO在人体内可做“信使分子”能扩张血管，提高免疫力等，因此大气中的NO对人体无害 C．NO在空气中可以转化为NO2，二者都是大气污染物 D．NO在化学反应中，只能作还原剂，不能作氧化剂 3．运载火箭的推进剂引燃后产生的气体主要是CO2、H2O、N2、NO，均为无色气体，但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红色烟雾。产生红色烟雾的原因是(　　) A．高温下N2遇空气生成NO2 B．NO遇空气生成NO2 C．CO2和NO反应生成CO和NO2 D．NO和H2O反应生成H2和NO2 4．下列说法错误的是(　　) A．工业上利用合成氨实现人工固氮涉及氧化还原反应 B．NO2与溴蒸气的鉴别可以用水、AgNO3溶液，但不能用湿润的淀粉-KI试纸 C．除去NO中的NO2气体的方法是将气体依次通入盛有水和浓H2SO4的洗气瓶中 D．NO2为无色、有刺激性气味的气体 5．对反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO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 6．下列说法错误的是(　　) A．N2既可作氧化剂又可作还原剂 B．雷雨天，空气中的N2和O2可反应生成NO C．氮的固定是将N2转化成含氮化合物 D．NO和NO2都可稳定存在于空气中 7．按下图进行实验，试管内装有12 mL NO，然后间歇而缓慢地通入8 mL O2，下面有关实验最终状态的描述正确的是(　　) A．试管内气体呈红棕色 B．试管内气体为无色的NO C．试管内气体为无色的O2 D．试管内液面上升至充满整个试管 8．下列反应必须加入氧化剂且一步反应就能完成的是(　　) ①N2→NO2　②NO2→NO　③NO2→HNO3　④N2→NO　⑤N2→NH3 A．① B．②⑤ C．④ D．③④ 9．如图是氮元素的几种价态与物质类别的对应关系，回答下列问题： (1)写出镁条在空气中燃烧生成含氮化合物的化学方程式________________________________。 (2)从N元素化合价分析，N2具有氧化性和还原性。各举一例说明(用化学方程式表示) 氧化性： _________________________________。 还原性： __________________________________。 (3)HNO3与图中的物质C常用于检验Cl－的存在，则C的化学式为___________。 (4)NO2与水反应生成物质A的化学方程式为__________________________。 10．A、B、C、D都是污染空气有害气体。A能使品红溶液褪色；B气体呈黄绿色，它与A按等物质的量反应后溶解于水生成两种强酸；C是红棕色气体，它溶于水，生成一种强酸和无色气体D。则， (1)写出气体的化学式：A________ B________ C_______ D_________。 (2)写出下列化学反应方程式： ①A与B等物质的量混合后溶解于水中________________________________________ ②C溶于水_______________________________ 1．标准状况下，将盛满二氧化氮的大试管倒扣在盛水的水槽中，充分吸收后，试管内溶液的物质的量浓度是(　　) A．0.045 mol·L－1 B．0.036 mol·L－1 C．0.033 mol·L－1 D．0.018 mol·L－1 2．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．实验时应先加热装置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 3．氮、铁元素在细菌的作用下可发生如图所示的转化。下列说法不正确的是(　　) A．反硝化过程不属于氮的固定 B．硝化过程中，含氮物质发生氧化反应 C．在氨氧化细菌作用下，水体中的氮元素可转移至大气中 D．Fe3＋将NH转化为N2的离子方程式为Fe3＋＋2NH===Fe2＋＋N2↑＋8H＋ 4．氮的氧化物是大气污染的主要污染物之一，对人类危害很大，每天行驶的汽车排放的尾气中就含有大量的氮氧化物。回答下列问题： (1)写出汽车尾气中产生NO的化学方程式：_________________________。 (2)NO2易溶于水。标准状况下将体积为V mL的试管充满NO2后倒扣在水中，如图所示。 ①NO2溶于水的化学方程式是_______________________________。 ②使试管中NO2恰好完全被水吸收需要缓慢通入氧气，标准状况下通入氧气的体积为________。最终试管中所得硝酸的物质的量浓度为__________。 ③为了消除NO2的污染，可将它与氨气在催化剂作用下反应，生成水和一种无污染的物质，该物质是空气的主要成分之一，该反应的化学方程式是_______________________________。 5．Ⅰ.某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应，进行如下实验(如图所示)。 (1)图甲两集气瓶中________(填“上”或“下”)瓶颜色深。 (2)图乙中反应的现象是______________________________________。 (3)图丙中“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有________，说明NO2在该反应中显________性。 (4)由图乙和图丙中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式：_____________________________。 Ⅱ.某课外活动小组探究镁与NO2的反应。已知镁与CO2反应如下：2Mg＋CO22MgO＋C。 (1)该小组采用类比Mg与CO2反应的思路对Mg与NO2的反应进行预测，写出Mg与NO2反应的化学方程式：_____________________________________。 (2)设计实验验证猜测(用于连接玻璃管的乳胶管均内衬锡纸)。 资料信息：2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。 ①装置A中的试剂是____________________。 ②干燥管和装置B的作用分别是________________________、________________________。 ③实验开始时正确的操作步骤顺序是__________(填字母)。 a．通入NO2 b．打开弹簧夹 c．点燃酒精灯 d．当硬质玻璃管充满红棕色气体后，关闭弹簧夹 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题7 氮和社会可持续发展 第一单元 氮的固定 第1课时 氮的固定 版块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．能从分子结构的角度认识氮气的化学稳定性，熟知氮气与镁、氧气、氢气的化学反应及其条件。 2．知道氮的固定有自然固氮和人工固氮两种形式。 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。 重难点：人工固氮的化学原理；氮的氧化物的性质与转化。 一、氮分子的结构和氮气的性质 1．氮元素的存在 既有游离态，也有化合态，大部分氮元素以游离态的氮气分子形式存在于空气中。 2．氮分子的结构 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。 氮气分子的电子式为，结构式为N≡N。 3．氮气的化学性质 氮气的化学性质稳定，通常情况下不易发生反应。 (1)在放电或高温条件下，氮气可与氧气化合，化学方程式为N2＋O22NO。 (2)镁能在氮气中燃烧，化学方程式为3Mg＋N2Mg3N2。 (3)氮气能与氢气反应，化学方程式为N2＋3H22NH3。该反应是工业合成氨的反应原理。 二、氮的固定 1．氮的固定的定义及分类 将空气中游离态的氮转化成含氮化合物叫做氮的固定。氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式。 2．自然固氮 (1)生物固氮：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。 豆科植物的根瘤菌能将空气中的游离态氮转化为化合物形态的氨（或铵态氮肥）。 (2)高能固氮：通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物。 (3)“雷雨发庄稼”涉及的反应过程： N2NONO2HNO3硝酸盐 化学方程式为： N2＋O22NO、2NO＋O2=2NO2、3NO2＋H2O=2HNO3＋NO 3．人工固氮——合成氨 在高温、高压和催化剂条件下，以氮气和氢气为原料合成氨，其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。 合成氨的原料是氮气和氢气，该反应放出大量的热，工业上用来预热原料气，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。 3．自然界的氮循环 为了促进氮的良性循环，要注意维护生态平衡，保护森林、植树绿化、增强生态系统对有害物质的吸收能力，不能过度使用含氮化肥以免污染土壤和水体；控制化石燃料燃烧排放的氮氧化物进入大气。 三、氮的氧化物 1．一氧化氮 一氧化氮是一种无色、无味、有毒的气体，微溶于水。 NO易被空气氧化，化学方程式为2NO＋O2===2NO2，实验室收集NO时，应该用排水法。 2．二氧化氮 二氧化氮是一种红棕色，有刺激性气味的有毒气体，能与水反应。 NO2与水反应的化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，实验室收集NO2时，应该用向上排空气法。 3．氮氧化物的应用 大气中的NO和NO2达到一定浓度时会对人体造成伤害，能引发上呼吸道及肺部疾病。 人体中极少量的NO有助于促进血关扩张，防止血管栓塞。 二氧化氮在火箭燃料中用作氧化剂，在工业上可用来制造硝酸。 【特别提示】NO、NO2溶于水的计算 由于NO2与H2O反应会生成HNO3和NO，NO又可与O2反应生成NO2，因此适量的氧气可使NO或NO2恰好完全溶于水。 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　① 2NO＋O2===2NO2　② ①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3， ①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)氮元素有多种化合价，其最高正价为＋5价(　√　) (2)氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键(　×　) (3)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气(　√　) (4)N2和O2在放电条件下会生成NO2(　×　) (5)N2中N元素的化合价为0价，处于中间价态，因此既有氧化性，又有还原性(　√　) (6)由于NO2极易与水反应且密度比空气大，因此收集NO2用向上排空气法(　√　) (7)NO2易溶于水生成HNO3，故NO2是酸性氧化物(　×　) (8)N2与O2反应时，不论O2是否足量，其一步反应都只能得到NO，不能生成NO2(　√　) (9)NO和NO2都是有刺激性气味的有毒气体，它们都是大气污染物(　×　) (10)可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2和Br2(　×　) 2．下列关于氮气的叙述错误的是(　　) A．N2是一种无色、无味的气体 B．N2可用作生产氮肥和硝酸的原料 C．N2可用浓硫酸或碱石灰干燥 D．N2可用排空气法收集 答案　D 解析　N2是一种无色、无味的气体，A正确；N2可与H2反应生成氨气，NH3可用作生产氮肥和硝酸，B正确；N2与浓硫酸和碱石灰都不反应，可用它们干燥，C正确；N2的密度比空气略小，不能用排空气法收集，D错误。 3．氮在自然界中的循环如下图所示。 (1)过程①称为_____________，写出合成氨反应的化学方程式：_____________________________，该反应中氮气显________(填“氧化”或“还原”，下同)性。 (2)过程②中能通过_____________的作用将空气中的氮气固定下来，写出③中固氮反应的化学方程式：______________________，该反应中氮气显________性。 (3)过程④中的亚硝酸盐有毒，工业上若直接排放将会造成环境污染。已知NaNO2遇到还原性较强的NH会被还原为N2，在废液中加入下列物质不能使NaNO2无害化排放的是________(填字母)。 a．H2O2　　b．NH4Cl　　c．KNO3　　d．NaOH 答案　(1)人工固氮　N2＋3H22NH3　氧化　(2)根瘤菌　N2＋O22NO　还原　(3)acd 解析　(3)据题给信息，NaNO2可以被NH还原为N2，因此NH4Cl可以处理废液中的NO，而H2O2、KNO3都为氧化剂，不能将NaNO2还原为无毒的N2，NaOH和NaNO2不反应，故a、c、d符合题意。 4．氮气与金属镁反应的方程式为_________________________，氮气和镁的反应产物与水反应，生成白色沉淀和一种具有刺激性气味的气体，该反应的方程式为________________________。 答案 3Mg＋N2Mg3N2 Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3↑ 5．如图所示装置： (1)若试管中充满NO2气体，倒立在水槽中，发生的现象是__________________。 (2)向上述试管中通入氧气，发生的现象是__________________。 (3)若试管中充满NO气体，然后通过导气管向试管中充入O2，当试管中刚好充满液体时，发生反应的化学方程式是_______________________。 答案 (1)试管中液面上升到试管的2/3处，气体有红棕色变为无色 (2)气体先变成红棕色，又变为无色，试管中液面逐渐上升，直到充满整个试管 (3)4NO+3O2+2H2O=4HNO3 解析 (1)根据反应3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，每3体积的NO2与水反应生成1体积的NO，故NO2与水反应，生成的气体为原来气体的1/3，液面上升到试管的2/3处，气体有红棕色变为无色。 (2)通入氧气，NO与O2反应生成NO2，NO2继续与水反应，直到NO完全反应，生成硝酸，总的反应为4NO2+O2+2H2O=4HNO3。 (3)根据2NO+O2=2NO2，3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，将2个方程式合并，消除NO2，即得。 6．NO与NO2中氮元素的价态均处于中间价态，则NO与NO2均既有氧化性又有还原性。 (1)NO极易与氧气反应表现________性，化学方程式为________________________________；在一定条件下与氨气发生归中反应生成N2，其化学方程式为__________________________。 (2)NO2可发生自身歧化反应，NO2与H2O的化学方程式为_____________________________，氧化剂和还原剂的物质的量之比为________，NO2与NaOH溶液反应可生成两种盐，其中一种是NaNO3，化学方程式为_______________________________________________________。 答案　(1)还原　2NO＋O2===2NO2　4NH3＋6NO5N2＋6H2O (2)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　1∶2　2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O ►问题一 氮的固定 【典例1】下列反应属于氮的固定的是(　　) A．3NO2＋H2O===2HNO3＋NO B．2NO＋O2===2NO2 C．N2＋O22NO D．4NH3＋5O24NO＋6H2O 答案　C 解析　氮的固定是将空气中游离态的氮转化成含氮化合物的过程，即由单质变为化合物，故选C。 【解题必备】 (1)氮的固定必须为将游离态的N2转化为化合态含氮化合物的过程，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。 (3)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)。 【变式1-1】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选项，尽管氮气性质稳定，但是氮元素是一种活泼的非金属元素，正确；B选项，动植物的蛋白质中含有氮元素，人类从动植物中获取蛋白质，正确；C选项，除豆科植物外，植物不能直接从空气中合成获得氮元素，错误；D选项，氮元素能促进植物生长，正确。故选C。 【变式1-2】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。 ►问题二 氮的氧化物 【典例2】关于氮氧化物的说法正确的是（ ） A．氮氧化物一定对人体有害 B．可以用排水集气法收集NO2气体 C．雷电多的地方容易形成酸雨 D．收集NO要用排水集气法 答案 D 解析 A选项，人体中极少量的NO有助于促进血关扩张，防止血管栓塞，错误；B选项，NO2能与水反应，不能用排水法收集NO2，错误；C选项，雷点多的地方产生的氮氧化物含量极少，不会形成酸雨，错误；D选项，NO密度和空气接近，难溶于水，因此要用排水集气法收集，正确。故选D。 【解题必备】 1．氮的氧化物 氮有多种价态的氧化物，氮元素从＋1～＋5价都有对应的氧化物，如N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。 2．NO和NO2的比较 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 与氧气反应 2NO＋O2=2NO2 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 【变式2-1】下列关于氮的氧化物的说法正确的是(　　) A．氮的氧化物都是酸性氧化物 B．氮的氧化物都既有氧化性，又有还原性 C．NO与H2O反应生成HNO3 D．只能用排水法收集NO 答案　D 解析　NO不能与碱反应，A项错误；N2O5中氮元素为最高价，只有氧化性，B项错误；NO与水不反应，C项错误。 【变式2-2】将充有20 mL N2和NO2的混合气体的试管倒立在水槽中，充分反应后，试管残留10 mL气体，则原混合气体中N2和NO2的体积之比是(　　) A．1∶1 B．1∶2 C．1∶3 D．2∶3 答案　C 解析　据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，则V(剩)＝V(N2)＋V(NO2)，设N2有x mL，则NO2为(20－x) mL，有V(剩)＝10 mL＝x mL＋(20－x) mL，解得x＝5，即V(N2)＝5 mL，V(NO2)＝15 mL，所以V(N2)∶V(NO2)＝1∶3。 1．大豆根部的根瘤菌可以将空气中的N2转化为氨(或铵态氮肥)作为自身的养分，这个过程叫作氮的固定。下列过程不属于氮的固定的是(　　) A．由氨气制备碳酸氢铵 B．工业合成氨 C．在雷电作用下，空气中的少量N2转化为氮的氧化物 D．镁在N2中燃烧生成Mg3N2 答案　A 解析　一定条件下由氨气和二氧化碳制备碳酸氢铵，化合态氮转化为化合态氮，不属于氮的固定，A符合题意；工业合成氨，氮气和氢气在高温高压、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，B不符合题意；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，C不符合题意；镁在N2中燃烧生成Mg3N2，游离态氮转化为化合态氮，属于氮的固定，D不符合题意。 2．众所周知，一氧化氮是一种大气污染物，是吸烟、汽车尾气及垃圾燃烧等释放出的有害气体，但是这种最常见、最简单的气体小分子在生物体内却是一种重要的信使分子，具有保护心血管、降低血压以及提升记忆力的作用。下列关于NO的说法正确的是(　　) A．NO是无色气体，易溶于水，是酸性氧化物 B．NO在人体内可做“信使分子”能扩张血管，提高免疫力等，因此大气中的NO对人体无害 C．NO在空气中可以转化为NO2，二者都是大气污染物 D．NO在化学反应中，只能作还原剂，不能作氧化剂 答案　C 解析　NO是无色、微溶于水的气体，NO不与碱反应，不是酸性氧化物，故A项错误；NO有毒，为大气污染物，对人体有害，故B项错误；NO和O2发生反应：2NO＋O2===2NO2，NO、NO2都是大气污染物，C项正确；NO分子中N元素价态为＋2价，为中间价态，在一定条件下的反应中既可作氧化剂，又可作还原剂，D项错误。 3．运载火箭的推进剂引燃后产生的气体主要是CO2、H2O、N2、NO，均为无色气体，但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红色烟雾。产生红色烟雾的原因是(　　) A．高温下N2遇空气生成NO2 B．NO遇空气生成NO2 C．CO2和NO反应生成CO和NO2 D．NO和H2O反应生成H2和NO2 答案　B 解析　根据火箭喷出大量红色烟雾可推知其中含有NO2，引燃后产生的气体中NO遇空气生成NO2。 4．下列说法错误的是(　　) A．工业上利用合成氨实现人工固氮涉及氧化还原反应 B．NO2与溴蒸气的鉴别可以用水、AgNO3溶液，但不能用湿润的淀粉-KI试纸 C．除去NO中的NO2气体的方法是将气体依次通入盛有水和浓H2SO4的洗气瓶中 D．NO2为无色、有刺激性气味的气体 答案　D 解析　工业上利用合成氨实现人工固氮，N元素化合价降低，被还原，属于氧化还原反应，故A正确；NO2和溴蒸气具有强氧化性，都能使淀粉-KI试纸变蓝，现象相同，不能鉴别，故B正确；将混合气体依次通入盛有水和浓H2SO4的洗气瓶中，二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮除去，通过浓硫酸吸收气体中水蒸气得到一氧化氮，故C正确。 5．对反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO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4 mol电子。 6．下列说法错误的是(　　) A．N2既可作氧化剂又可作还原剂 B．雷雨天，空气中的N2和O2可反应生成NO C．氮的固定是将N2转化成含氮化合物 D．NO和NO2都可稳定存在于空气中 答案　D 解析　N2与H2反应生成NH3，化合价降低，与O2反应生成NO，化合价升高，因此N2既可作氧化剂又可作还原剂，故A正确；雷雨天时，发生自然固氮，空气中的N2和O2反应生成NO，故B正确；氮的固定是将空气中游离态的氮(N2)转化为含氮化合物的过程，故C正确；NO能与空气中的氧气反应生成二氧化氮，所以一氧化氮在空气中不能稳定存在，故D错误。 7．按下图进行实验，试管内装有12 mL NO，然后间歇而缓慢地通入8 mL O2，下面有关实验最终状态的描述正确的是(　　) A．试管内气体呈红棕色 B．试管内气体为无色的NO C．试管内气体为无色的O2 D．试管内液面上升至充满整个试管 答案　B 解析　试管内装有12 mL NO，然后间歇而缓慢地通入8 mL氧气，依据反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，知NO过量，反应后剩余NO的体积为12 mL－8 mL×＝ mL，即试管内气体为无色的NO。 8．下列反应必须加入氧化剂且一步反应就能完成的是(　　) ①N2→NO2　②NO2→NO　③NO2→HNO3　④N2→NO　⑤N2→NH3 A．① B．②⑤ C．④ D．③④ 答案　C 解析　①N2→NO2不能一步完成，②③NO2与H2O反应即可，但H2O不是氧化剂，④N2→NO过程中N2被氧化，需要加入氧化剂，⑤N2与H2反应生成NH3，加入的H2是还原剂。 9．如图是氮元素的几种价态与物质类别的对应关系，回答下列问题： (1)写出镁条在空气中燃烧生成含氮化合物的化学方程式________________________________。 (2)从N元素化合价分析，N2具有氧化性和还原性。各举一例说明(用化学方程式表示) 氧化性： _________________________________。 还原性： __________________________________。 (3)HNO3与图中的物质C常用于检验Cl－的存在，则C的化学式为___________。 (4)NO2与水反应生成物质A的化学方程式为__________________________。 答案 (1)N2＋3MgMg3N2 (2)N2＋3H22NH3 N2＋O22NO(合理即可) (3)AgNO3 (4)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 10．A、B、C、D都是污染空气有害气体。A能使品红溶液褪色；B气体呈黄绿色，它与A按等物质的量反应后溶解于水生成两种强酸；C是红棕色气体，它溶于水，生成一种强酸和无色气体D。则， (1)写出气体的化学式：A________ B________ C_______ D_________。 (2)写出下列化学反应方程式： ①A与B等物质的量混合后溶解于水中________________________________________ ②C溶于水_______________________________ 答案 （1）SO2 Cl2 NO2 NO （2）①Cl2+SO2+2H2O=H2SO4+2HCl ②3NO2+H2O=2HNO3+NO 1．标准状况下，将盛满二氧化氮的大试管倒扣在盛水的水槽中，充分吸收后，试管内溶液的物质的量浓度是(　　) A．0.045 mol·L－1 B．0.036 mol·L－1 C．0.033 mol·L－1 D．0.018 mol·L－1 答案　A 解析　设试管的体积为V L，由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO可知，n(HNO3)＝× mol，V(HNO3)＝V L，c(HNO3)＝＝ mol·L－1≈0.045 mol·L－1。 2．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．实验时应先加热装置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　A错，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；B错，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；C对，实验时，应先加热装置C，通入一段时间空气除去氧气，然后再加热装置D；D错，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。 3．氮、铁元素在细菌的作用下可发生如图所示的转化。下列说法不正确的是(　　) A．反硝化过程不属于氮的固定 B．硝化过程中，含氮物质发生氧化反应 C．在氨氧化细菌作用下，水体中的氮元素可转移至大气中 D．Fe3＋将NH转化为N2的离子方程式为Fe3＋＋2NH===Fe2＋＋N2↑＋8H＋ 答案　D 解析　反硝化过程包括NO转化为N2和NO、NO转化为N2，不属于氮的固定，故A正确；硝化过程中，N元素化合价升高，含氮物质发生氧化反应，故B正确；根据图示，在氨氧化细菌作用下，铵根离子和亚硝酸根离子发生归中反应生成氮气，水体中的氮元素可转移至大气中，故C正确；Fe3＋将NH转化为N2，Fe元素化合价由＋3降低为＋2、N元素化合价由－3升高为0，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，反应的离子方程式为6Fe3＋＋2NH===6Fe2＋＋N2↑＋8H＋，故D错误。 4．氮的氧化物是大气污染的主要污染物之一，对人类危害很大，每天行驶的汽车排放的尾气中就含有大量的氮氧化物。回答下列问题： (1)写出汽车尾气中产生NO的化学方程式：_________________________。 (2)NO2易溶于水。标准状况下将体积为V mL的试管充满NO2后倒扣在水中，如图所示。 ①NO2溶于水的化学方程式是_______________________________。 ②使试管中NO2恰好完全被水吸收需要缓慢通入氧气，标准状况下通入氧气的体积为________。最终试管中所得硝酸的物质的量浓度为__________。 ③为了消除NO2的污染，可将它与氨气在催化剂作用下反应，生成水和一种无污染的物质，该物质是空气的主要成分之一，该反应的化学方程式是_______________________________。 答案　(1)N2＋O22NO (2)①3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ② mL　 mol·L－1 ③6NO2＋8NH37N2＋12H2O 解析　(1)汽车尾气中的NO是由空气中的氮气和氧气在汽缸中高温条件下反应生成的，化学方程式为N2＋O22NO。(2)①NO2溶于水生成HNO3和NO，反应的化学方程式是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。②根据化学方程式4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知，使试管中NO2恰好完全被水吸收需要通入标准状况下氧气的体积为 mL，根据化学方程式可知最终试管中所含的硝酸的物质的量浓度为＝ mol·L－1。③由题意知，生成的无污染的物质是空气的主要成分之一，该物质是氮气，反应的化学方程式是6NO2＋8NH37N2＋12H2O。 5．Ⅰ.某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应，进行如下实验(如图所示)。 (1)图甲两集气瓶中________(填“上”或“下”)瓶颜色深。 (2)图乙中反应的现象是______________________________________。 (3)图丙中“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有________，说明NO2在该反应中显________性。 (4)由图乙和图丙中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式：_____________________________。 Ⅱ.某课外活动小组探究镁与NO2的反应。已知镁与CO2反应如下：2Mg＋CO22MgO＋C。 (1)该小组采用类比Mg与CO2反应的思路对Mg与NO2的反应进行预测，写出Mg与NO2反应的化学方程式：_____________________________________。 (2)设计实验验证猜测(用于连接玻璃管的乳胶管均内衬锡纸)。 资料信息：2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。 ①装置A中的试剂是____________________。 ②干燥管和装置B的作用分别是________________________、________________________。 ③实验开始时正确的操作步骤顺序是__________(填字母)。 a．通入NO2 b．打开弹簧夹 c．点燃酒精灯 d．当硬质玻璃管充满红棕色气体后，关闭弹簧夹 答案　Ⅰ.(1)下　(2)两气体混合后，颜色由红棕色变为无色　(3)NO　氧化　(4)NO2＋SO2===NO＋SO3 Ⅱ.(1)4Mg＋2NO24MgO＋N2 (2)①NaOH溶液　②吸收NO2，避免污染环境　收集N2　③badc 解析　Ⅰ.(1)NO2呈红棕色，SO2为无色，故下瓶颜色深。(3)NO遇空气被氧化成NO2，“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有NO，体现了NO2的氧化性。(4)由题给现象可知，NO2和SO2反应的化学方程式为NO2＋SO2===NO＋SO3。 Ⅱ.(1)由题意可知，Mg与NO2发生置换反应的化学方程式为4Mg＋2NO24MgO＋N2。(2)由资料信息2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O可知，装置A中的试剂是NaOH溶液，作用是除去未反应的NO2。干燥管是尾气处理装置，作用是吸收NO2，避免污染环境。装置B的作用是利用排水法收集N2。实验开始时正确的操作步骤：b(打开弹簧夹)→a(通入NO2，排尽反应装置中的空气)→d(当硬质玻璃管充满红棕色气体后，关闭弹簧夹)→c(点燃酒精灯，确认充满NO2后才开始加热)。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$