第3章 第3节 第1课时 自然界中的氮循环、氮气和氮的氧化物 （Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中化学必修第一册（鲁科版）

本讲义聚焦“氮的循环”核心内容，系统梳理自然界氮循环过程、氮气的物理化学性质及氮的固定，进而深入分析NO和NO₂的性质、反应及应用，构建从宏观循环到微观物质性质的学习支架。 资料以物质类别和元素价态为视角培养科学思维，通过对比表格、实验现象分析（如NO与NO₂收集方法差异）落实科学探究，结合环境影响体现科学态度。课中辅助教师逻辑授课，课后练习题助学生巩固知识、查漏补缺。

第3节　氮的循环 第1课时　自然界中的氮循环、氮气和氮的氧化物 [学习目标]　1.能列举、描述、辨识N2、NO、NO2的物理和化学性质及实验现象。能用化学方程式、离子方程式正确表示它们的主要化学性质。2.能从物质类别、元素价态的角度，依据氧化还原反应原理，预测N2、NO、NO2的化学性质和变化，设计实验进行初步验证，并能分析、解释有关实验现象。3.能说明N2、NO、NO2的应用对社会发展的价值、对环境的影响。 知识点一　自然界中氮的循环　氮气 一、氮在自然界中的循环 1．氮的存在 氮是一种地球上含量丰富的元素，除了以游离态的形式存在于大气中外，还以化合态的形式存在于动植物体、土壤和水体中。 2．氮的自然循环 3．人类活动的影响 (1)通过化学方法把空气中的氮气转化成氨，再根据需要把氨转化成其他含氮化合物(如氮肥、硝酸等)。 (2)燃料燃烧反应产生的氮氧化物通过大气进入土壤和水体，参与氮的循环。 二、氮气的性质和氮的固定 1．N2的性质 (1)物理性质 颜色 状态 气味 密度 水溶性 无色 气体 无味 与空气相近 难溶于水 (2)化学性质 氮气化学性质稳定，通常很难与其他物质发生反应，在一定条件下能与氧气、氢气等物质反应。 ①与氧气反应：N2＋O22NO(表现还原性)。 ②与氢气反应：N2＋3H22NH3(表现氧化性)。 2．氮的固定 (1)定义：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。 (2)分类 1．从氮气和氧气、氢气的反应条件分析，说明氮气具有怎样的化学性质？ 提示　氮气和氧气反应需要在放电的条件下提供更高的能量才能发生，氮气和氢气反应需要在高温、高压和催化剂作用下才能发生，所以说氮气的化学性质比较稳定。 2．氮元素是活泼的非金属元素，氮气在化学反应中一定做氧化剂吗？ 提示　氮元素虽说是活泼的非金属元素，氮气在化学反应中遇到还原剂可以得到电子，遇到强氧化剂也可以失去电子，氮气在化学反应中既可做氧化剂也可作还原剂。 3．将1 mol N2和3 mol H2充入密闭容器中，在一定条件下，能否得到2 mol NH3，为什么？ 提示　不能。因为合成氨反应是可逆反应，不能进行到底。 氮元素虽是活泼的非金属元素，但氮分子很稳定，在氮的循环中氮气既可作氧化剂也可作还原剂。 1．自然界中氮的循环如下图所示： 下列说法错误的是(　　) A．雷电释放的能量能将空气中的氮气转化为含氮的化合物 B．豆科植物的根瘤菌能将氮气转化成氨 C．NH能被O2氧化成NO，则参加反应的NH和O2的物质的量之比为1∶2 D．在NO被细菌分解生成N2的过程中，不可能有O2生成 解析　雷电作用下，N2与O2发生化学反应生成NO，转化路径为N2O2、放电,NOO2,NO2水,HNO3→含氮的化合物，A正确；豆科植物通过根瘤菌将大气中的氮气转化为氨，而氨是植物可以利用的一种氮素形式，使豆科植物能够在低氮环境中茁壮成长，B正确；在一定条件下，NH能被O2氧化成NO，反应中氮元素由－3价升高到＋5价，化合价升高了8，而氧元素化合价由0价降低到了－2价，共降低4价，所以参加反应的NH和O2的物质的量之比为1∶2，C正确；NO被细菌分解生成N2的过程中，氮元素化合价降低，则一定有元素化合价升高，生成氧气，氧元素化合价升高，符合氧化还原反应的规律，可能有氧气生成，D错误。 答案　D 2．(2024·河北邯郸期中)将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫氮的固定。下列转化中属于氮的固定的是(　　) A．N2→NH3 B．HNO3→NO2 C．NO→NO2 D．NH3→NH4Cl 解析　N2→NH3是氮气单质化合形成氮的化合物，属于氮的固定，A符合题意；HNO3→NO2为氮的化合物之间的转化，不属于氮的固定，B不符题意；NO→NO2是氮的化合物之间的转化，不属于氮的固定，C不符题意；NH3→NH4Cl为氮的化合物之间的转化，不属于氮的固定，D不符题意。 答案　A 3．下列有关氮气的说法正确的是(　　) A．氮气是由氮原子构成的双原子分子，所以化学性质不活泼 B．医学上常用液氮作冷冻剂，在冷冻麻醉条件下做手术，是利用氮气化学性质的不活泼性 C．H2与N2在一定条件下反应生成NH3，反应中H2体现还原性 D．电闪雷鸣的雨天，雨水中会含有一定量的硝酸，其中可能发生的反应有N2＋2O22NO2 解析　A项，氮气性质稳定的原因是两个氮原子之间的作用力比较强，破坏这种作用力时需要很高的能量；B项，液氮汽化时需要吸收大量的能量，使周围环境温度降低，与其化学性质的不活泼性无关；C项，反应的化学方程式为N2＋3H22NH3，反应中氢元素化合价升高，氢气作还原剂；D项，N2和O2在放电条件下生成NO，不能直接生成NO2。 答案　C 知识点二　氮的氧化物 1．氮的氧化物的种类 化合价 ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋5 对应氧化物 N2O NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5 2.两种氮的氧化物——NO和NO2 氧化物 NO NO2 色、态、味、毒性 无色、无味、有毒气体 红棕色、有刺激性 气味、有毒气体 水溶性 不溶于水 易溶于水 与氧气反应 2NO＋O2===2NO2 不反应 与水反应 不反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 与氧气、水同时作用 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 氧化性 6NO＋4NH35N2＋6H2O 6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O NO2＋SO2===SO3＋NO (NO2能将I－氧化为I2，能使湿润的淀粉­KI试纸变蓝) 危害 有毒，与血红蛋白结合能力强，容易造成人体缺氧 有毒，能使多种织物褪色，破坏多种织物和尼龙制品，对金属和非金属材料有腐蚀作用，另外还能够形成酸雨 应用 是一种传递神经信息的“信使分子”，具有扩展血管、提高免疫力、增强记忆力等作用 雷雨天气NO2与雨水形成的硝酸淋洒到地面，与土壤中矿物作用形成能被植物吸收的硝酸盐，促进植物生长 3.氮及其化合物价态和类别的关系 点拨　豆科植物的根瘤菌将N2转化为氮的化合物，闪电将N2最终转化为氮肥，对人类的生产、生活有益；工业废气、汽车尾气中的氮氧化物会对大气造成污染，工业废液、生活废水中的氮元素会造成水体的富营养化，对人类的生产、生活产生了负面影响。 1．根据NO、NO2的性质，怎样收集NO、NO2? 提示　常温下NO能与O2反应，只能用排水法收集；NO2能与水反应生成NO，故只能用排空气法收集。 2．由NO2能与水反应生成酸，所以NO2是酸性氧化物吗？ 提示　不是。因为NO2与水反应除了生成硝酸外，还生成NO，所以NO2不是酸性氧化物。 3．某山谷经常电闪雷鸣、雷雨交加，但树木、灌木、草等植被非常茂密。你能解释该山谷植被茂密的原因吗？ 提示　雷雨天时在闪电的作用下，空气中的氮气与氧气反应生成NO，然后发生NO―→NO2―→HNO3的反应，HNO3随雨水进入土壤形成硝酸盐，为植被提供了丰富的氮肥。 1．气体的性质决定气体的收集方法，易溶于水的气体可用排气法收集，易与氧气反应的气体可用排水法收集，既与氧气反应又与水反应可用其他排液法收集。 2．酸性氧化物若能与水反应，但只生成酸一种物质，且生成的酸和氧化物中所含元素的化合价相等，即酸性氧化物可以看作是同价态的酸脱水后的产物，如NO2虽说能与H2O反应生成HNO3，但还有NO生成，且NO2与HNO3中氮元素的化合价不同，故NO2不是酸性氧化物，HNO3对应的酸性氧化物是N2O5。 3．“雷雨发庄稼”过程中含氮物质的转化过程：N2→NO→NO2→HNO3→NO(硝酸盐)。 1．据研究，NO广泛分布于生物体内各组织中，可将积存在血管壁上的脂肪、胆固醇带走，被称为“血管清道夫”。下列说法中错误的是(　　) A．NO极易与氧气反应生成一种红棕色气体 B．实验室中，可利用铜与稀硝酸的反应制取NO C．人体吸入大量NO气体，可以预防心血管疾病 D．雷雨天气，氮气和氧气能生成NO 解析　NO极易与氧气反应生成一种红棕色气体NO2，反应原理为2NO＋O2===2NO2，A正确；实验室中，可利用铜与稀硝酸反应制取NO，反应原理为3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，B正确；人体吸入大量NO气体，NO与血红蛋白结合，造成人中毒甚至死亡，C错误；雷雨天气，氮气和氧气在放电的条件下反应生成NO，反应原理为N2＋O22NO，D正确。 答案　C 2．某集气瓶内装有红棕色气体，加入足量蒸馏水后盖上玻璃片振荡，得橙黄色溶液，气体颜色消失；再打开玻璃片后，瓶中气体又变为红棕色，则该气体可能是(　　) A．N2、NO2、Br2(g) B．NO2、NO、N2 C．NO2、NO、O2 D．N2、O2、Br2(g) 解析　溴蒸气和二氧化氮气体均呈红棕色，所以至少含有溴蒸气和二氧化氮气体中的一种；溴水为橙黄色，所以含有溴蒸气；再打开玻璃片后，瓶中气体又变为红棕色，说明有一氧化氮存在，二氧化氮在水溶液中发生氧化还原反应生成硝酸和一氧化氮无色气体，再打开玻璃片后，一氧化氮遇到氧气迅速变为二氧化氮，所以至少还存在二氧化氮或NO气体中的一种。 答案　A 3．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 4．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，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 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，CO2可以和Na2O2反应生成碳酸钠和O2，NO无色，与O2反应生成红棕色NO2，通入水中，溶液呈酸性，排水法收集气体，几乎无气体剩余，说明原气体中不含N2。 答案　B 1．自然界的氮循环如图所示，下列说法正确的是(　　) A．①中N2与O2反应生成NO2是自然固氮 B．②中合成氨属于人工固氮 C．③中的氮元素被氧化 D．氮循环过程中没有氧元素参加 解析　①中N2与O2反应生成NO是自然固氮，A错误；②中N2与H2在高温、高压、催化剂条件下反应产生NH3，属于人工固氮，B正确；③中细菌还原硝酸根中＋5价的氮，生成无污染的0价的N2，所以③中氮元素化合价降低，得到电子被还原，C错误；如N2在放电条件下与O2直接化合生成无色且不溶于水的NO气体，氧元素参与了反应，二氧化氮易与水反应生成硝酸(HNO3)和NO，也有氧元素参加反应，D错误。 答案　B 2．下列过程中属于氮的固定的是(　　) A．镁在空气中燃烧 B．硝化细菌的硝化过程 C．动物遗体腐烂 D．尿素的合成 解析　A项，镁和空气中的氮气可发生反应生成Mg3N2，属于氮的固定；B项，硝化细菌的硝化过程是将氨或铵盐转化为硝酸盐，不属于氮的固定；C项，动物遗体腐烂是从高分子有机氮转化氨或铵盐的过程，不属于氮的固定；D项，合成尿素的原料是氨和二氧化碳，不属于氮的固定。 答案　A 3．(2024·福建莆田期中)习近平总书记在二十大报告中指出：“持续深入打好蓝天、碧水、净土保卫战”。国产电动汽车的发展，体现了这一理念，减少了氮氧化物的排放。NO2是典型的氮氧化物。下列关于NO2叙述正确的是(　　) A．有毒气体 B．氮元素的化合价为＋5价 C．N2与O2可化合生成NO2 D．属于酸性氧化物 解析　NO2为有毒气体，吸入后可主要表现为神经衰弱综合征及慢性呼吸道炎症，A正确；NO2中O为－2价，正负化合价代数和为0，氮元素的化合价为＋4价，B错误；N2与O2可化合生成NO，不能一步生成NO2，C错误；NO2和水反应生成硝酸和NO，不属于酸性氧化物，D错误。 答案　A 4．(双选)(2024·内蒙古期中)将氮氧化物直接排入空气中会污染空气，可用酸性KMnO4溶液吸收NO，反应原理为5NO＋3MnO＋4H＋===3Mn2＋＋5NO＋2H2O，下列说法正确的是(　　) A．每吸收30 g NO，反应中转移3 mol电子 B．氧化性：酸性KMnO4溶液>稀硝酸 C．NO可使酸性KMnO4溶液褪色，体现了NO的漂白性 D．汽车发动机燃料燃烧产生的NO易溶于水 解析　由方程式可知，酸性高锰酸钾溶液吸收5 mol一氧化氮，反应转移电子的物质的量为15 mol，则吸收30 g一氧化氮时，反应转移电子的物质的量为×3＝3 mol，故A正确；由方程式可知，反应中锰元素的化合价降低被还原，高锰酸钾是反应的氧化剂，氮元素的化合价升高被氧化，硝酸根离子是氧化产物，由氧化剂的氧化性强于氧化产物可知，酸性高锰酸钾溶液的氧化性强于稀硝酸，故B正确；由方程式可知，氮元素的化合价升高被氧化，一氧化氮是反应的还原剂，则一氧化氮使酸性高锰酸钾溶液褪色，体现了一氧化氮的还原性，故C错误；一氧化氮是难溶于水的无色气体，故D错误。 答案　AB 5．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：____________________ ________________________________________________。 解析　(1)NO2呈红棕色，SO2为无色，故下瓶颜色深。(2)NO2有强氧化性，能被SO2还原成NO，故现象为两气体混合后，颜色由红棕色变为无色。(3)NO遇空气被氧化成NO2：2NO＋O2===2NO2，“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。 答案　(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 学科网（北京）股份有限公司 $