第五章 第二节 第1课时 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮-【创新教程】2025-2026学年高中化学必修第二册五维课堂教师用书word（人教版）

第二节　氮及其化合物 第1课时　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮 课程标准 核心素养 1.结合真实情境中的应用实例，了解氮的固定及其类型，认识其在生产中的意义 2．结合真实情境并通过实验探究，了解氮气的主要性质，认识合成氨在氮的循环及农业生产中的重要意义 3．通过实验探究，了解氮的氧化物的主要性质，结合真实情境认识氮的氧化物在生产中的应用和对生态环境的影响 ①宏观辨识与 微观探析 能从物质类别和元素化合价的角度，预测氮气及氮的氧化物的性质及转化 ②科学探究与 创新意识 能根据教材中给出的有关雷雨天固氮，设计简单的实验方案，完成操作，观察现象，对实验现象作出解释 ③科学态度与 社会责任 能主动关心与环境保护有关的酸雨的危害与防治等社会热点问题，形成与环境和谐共处、合理利用自然资源的观念 一、氮气与氮的固定 1．氮气 (1)氮元素的存在 ①氮原子的结构 原子结构示意图：　　，一般通过　共用电子对　与其他原子结合。 ②自然界中，氮元素主要以氮气的形式存在于空气中， (2)氮气的物理性质 颜色 状态 气味 密度 溶解性 　无色　 气体 　无味　 密度与空气接近 　难　溶于水 (3)氮气的化学性质 氮气的化学性质　稳定　，通常很难与其他物质发生化学反应。 ①还原性　N2＋O22NO　。 ②氧化性 a．N2与H2反应生成NH3，反应的化学方程式为　N2＋3H22NH3　。 b．在点燃条件下与金属镁反应，化学方程式为　N2＋3MgMg3N2　。 2．氮的固定 (1)含义：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： 3．自然界中氮的循环 二、NO和NO2 1．物理性质 物质 颜色 状态 气味 毒性 水溶性 NO 　无色　 气体 　无味　 有毒 　不　溶于水 NO2 　红棕色　 气体 　刺激性　 有毒 　易　溶于水 2.化学性质 在一定条件下，NO与NO2可以相互转化，反应的化学方程式为 (1)NO→NO2：　2NO＋O2===2NO2　； (2)NO2→NO：　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　(工业制取硝酸)。 　 氮的氧化物溶于水的计算 1．化学方程式法 (1)有关化学方程式 ①3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ②4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 ③4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 (2)不同情况及剩余气体的体积 气体 发生 反应 剩余 气体 剩余气体的量 NO2 ① NO V(NO2) NO＋NO2 ① NO V(NO)＋V(NO2) NO2＋O2 ＝4∶1 ② 无 0 >4∶1 ①② NO [V(NO2)－4V(O2)] <4∶1 ② O2 V(O2)－V(NO2) NO＋O2 ＝4∶3 ③ 无 0 >4∶3 ③ NO V(NO)－V(O2) <4∶3 ③ O2 V(O2)－V(NO) 2.电子守恒法 当NO2或NO转化为HNO3时要失去电子，若上述两种气体与O2混合通入水中时，O2得电子，且得失电子数必然相等，这是电子守恒法解答此类题目的依据。 3．差量法 [典例示范] [典例] 如图所示，集气瓶内充满某混合气体，将集气瓶置于光亮处，然后挤压胶头滴管使胶头滴管内的水进入集气瓶，发现烧杯中的水会倒吸进入集气瓶，则集气瓶内的混合气体可能是(　　) ①CO、O2　②NO、O2　③NO2、O2　④N2、H2　 A．①②　　　　　　 B．②④ C．③④ D．②③ [思路点拨]　胶头滴管内的水进入集气瓶后，烧杯中的水倒吸进入集气瓶，说明集气瓶中的气体溶于水或能与水反应，导致集气瓶内气体压强减小。条件为光照(置于光亮处)，暗示可能有两种情况：(1)混合气体本身易溶于水或能与水反应，但不生成气体或生成物的气体分子数减少；(2)混合气体在光照条件下发生反应，生成物易溶于水或生成物的气体分子数减少。 解析：D　[①CO和O2在光照条件下不反应，且均难溶于水，不符合题意；②NO与O2可发生反应2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，生成物易溶于水且气体分子数减少，符合题意；③在O2存在的条件下，NO2可与水发生反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，生成物溶于水且气体分子数减少，符合题意；④N2和H2在光照条件下不反应，且均难溶于水，不符合题意。] 1．对氮氧化物的理解要注意两方面：(1)NO是无色、难溶于水的气体，密度比空气的略大，常温下可与O2反应生成NO2； (2)NO2为红棕色气体，能与水反应，化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 2．N2与O2在常温下不发生反应，在放电或高温条件下直接反应生成NO而不是NO2。 [学以致用] (双选)现有NO2和O2混合气体12 mL，通入足量水中，充分反应后剩余气体2 mL(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积是(　　) A．1.2 mL B．2.4 mL C．3 mL D．4 mL 解析：AD　[根据化学方程式：①4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，剩余气体可能为O2，也可能为NO。设原混合气体中O2的体积为x，则NO2的体积为(12－x)，若剩余气体为O2，根据方程式① 4NO2　＋　O2　＋　2H2O===4HNO3 　4　　　　1 (12－x)　 (12－x) 可列方程：(12－x)＋(12－x)＋2＝12，解得：x＝4 mL，D项正确；若剩余气体为NO，根据方程式②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，要生成2 mL NO，需6 mL NO2，根据方程式① 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 4　 　1 4x　　x 则可列方程：4x＋x＋6＝12，解得：x＝1.2 mL，A项正确，故答案为A项和D项。] 1．关于氮气的性质的说法中，错误的是(　　) A．氮在自然界中既以游离态存在，又以化合态存在 B．通常条件下，氮气性质很不活泼 C．氮气可在氧气中燃烧生成一氧化氮 D．大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环 解析：C　[通常条件下，氮气的性质很不活泼，在放电或高温条件下，能与氧气反应。] 2．农业上有一句俗语“雷雨发庄稼”，该过程发生的下列变化中不正确的是(　　) A．2NO＋O2===2NO2 B．3NO2＋H2O===2HNO3＋NO C．N2＋2O22NO2 D．HNO3与土壤中的矿物作用生成硝酸盐 解析：C　[“雷雨发庄稼”原理是在放电条件下，氮气跟氧气能直接化合生成无色的一氧化氮气体，N2＋O22NO，一氧化氮不溶于水，在常温下易跟空气中的氧气化合，2NO＋O2===2NO2，生成红棕色的二氧化氮气体；二氧化氮易溶于水，它溶于水后生成硝酸和一氧化氮，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，HNO3与土壤中的矿物作用生成硝酸盐，供植物吸收，错误的为C。] 3．下列有关氮气的叙述中，错误的是(　　) A．镁在空气中燃烧除生成氧化镁外还生成氮化镁 B．在雷雨天，空气中的N2和O2可反应生成NO C．氮气既可作氧化剂又可作还原剂 D．1 mol N2可与3 mol H2完全反应生成2 mol NH3 解析：D　[N2、H2合成氨的反应是可逆反应，1 mol N2与3 mol H2不能完全反应，故生成NH3的量小于2 mol，D选项错误。] 4．下列关于氮的氧化物的说法中，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．NO2与H2O反应生成HNO3，所以NO2是酸性氧化物 D．NO和NO2均有毒 解析：D　[NO、NO2等不是酸性氧化物，A项错误；N2O5中氮元素为最高价，只有氧化性，B项错误；尽管NO2与H2O反应生成HNO3，但N的价态发生了变化，故NO2不是酸性氧化物，C项错误；一氧化氮和二氧化氮都有毒，故D项正确。] 5．如图所示，将一瓶充满NO2气体的试管倒扣在水槽中，气体颜色由　________　逐渐变为　________　色，试管内的液面会逐渐　________　；当反应停止后向试管中缓慢通入氧气，气体颜色又由　________　色逐渐变为　________　色，之后又变为　________　色，试管内的液面会　________　，用化学方程式表示试管中发生的化学反应________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________， ________________________________________________________________________， ________________________________________________________________________。 解析：NO2气体为红棕色，二氧化氮气体易与水反应生成硝酸(HNO3)和一氧化氮，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，NO为无色，所以气体颜色由红棕色逐渐变为无色，气体体积减少，试管内的液面会逐渐上升，当反应停止后向试管中缓慢通入氧气，一氧化氮常温下就易与空气中的O2反应生成红棕色的二氧化氮气体，2NO＋O2===2NO2；气体颜色又从无色逐渐变为红棕色，4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，之后又变为无色，试管内的液面会继续上升。 答案：红棕色　无　上升　无　红棕　无　继续上升 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　2NO＋O2===2NO2　4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 一、单项选择题 1．下列关于NO2性质的描述不正确的是(　　) A．有毒　　　　　 B．无色气体 C．易溶于水 D．密度比空气的大 解析：B　[A.二氧化氮有刺激性气味，有毒，选项A正确；B.二氧化氮为红棕色气体，选项B错误；C.二氧化氮易溶于水、有刺激性气味，选项C正确；D.二氧化氮相对分子质量为46，比空气的平均相对分子质量大，则密度比空气大，选项D正确。] 2．在NO2与水的反应中，NO2的作用是(　　) A．还原剂 B．氧化剂 C．既是氧化剂又是还原剂 D．既不是氧化剂又不是还原剂 解析：C　[在反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO中，NO2中N的化合价为＋4价，与水反应后，HNO3中N为＋5价，NO中N为＋2价，所以在该反应中，NO2既被氧化又被还原。] 3．运载火箭的推进剂引燃后，尾部喷出大量高温气体。该气体主要成分是CO2、H2O、N2、NO等，在发射现场可看到火箭尾部产生大量红棕色气体，其原因是(　　) A．高温下N2遇空气生成NO2 B．NO遇空气生成NO2 C．CO2与NO反应生成CO和NO2 D．NO与H2O反应生成H2和NO2 解析：B　[NO遇到O2生成红棕色的NO2，B项正确。] 4．关于氮气的性质的说法中，错误的是(　　) A．通常情况下，氮气性质很不活泼 B．可在氧气中燃烧生成一氧化氮 C．氮气的化学性质比较稳定，其原因是两原子间的结合比较牢固 D．跟氢气在一定条件下发生反应，氮气是氧化剂 解析：B　[由于N2分子内两个氮原子间的共价三键(N≡N)结合，断开该化学键需要较多能量，故N2的性质很不活泼，选项A、C正确；N2与H2合成氨的反应中，N2作氧化剂，H2作还原剂，选项D正确；N2化学性质稳定，与O2在点燃的条件下不反应，在放电或高温条件下才与O2反应生成NO，B选项错误。] 5．下列用途中应用了氮气的稳定性的是(　　) A．以氮气为原料之一制造硝酸 B．合成氨气后，制氮肥 C．金属焊接时的保护气 D．镁可以和氮气反应 解析：C　[氮气分子结构中因存在NN，故性质稳定，能作金属焊接时的保护气。] 6．下列关于NO的叙述正确的是(　　) A．常温常压下，含等质量氧元素的NO和CO的体积相等 B．NO是一种有刺激性气味的红棕色气体 C．NO易溶于水，所以可用排空气法收集 D．NO不能通过化合反应获得 解析：A　[A.由NO和CO可知，物质的量相同时含有等质量的氧元素，所以常温常压下，体积相等，故A正确；B.因NO为无色气体，故B错误；C.NO不溶于水，易于被氧气氧化，所以不能用排空气法，故C错误；D.氮气和氧气在放电条件下发生化合反应，生成一氧化氮，故D错误。] 7．如图是氮元素的循环示意图，下列说法不正确的是(　　) A．NO均由氮气经氧化反应得到 B．氮素化肥的生产属于人工固氮 C．循环中氮元素发生氧化、还原反应 D．尿素及动植物的遗体一定含氮元素 解析：A　[NO除了可以经雷电天气N2与O2反应得到，还可以经NH3在一些细菌的作用下得到，A错误；人为的将N2转化成氮的化合物的过程为人工固氮，B正确；循环中N2可以生成氧化物被氧化，也可以固氮得到的硝酸盐变化生成氧化物被还原，C正确；转化关系中可知尿素和动植物遗体能生成氨气说明含氮元素，D正确。] 二、不定项选择题 8．下列关于自然界中氮循环(如图)的说法正确的是(　　) A．“雷电作用”中发生的反应是：N2＋O22NO B．工业合成氨属于人工固氮 C．氮元素均被还原 D．过程①必须有O2参与 解析：AB　[N2与O2在放电条件下生成NO，A项正确；N2与O2反应生成NO时；氮元素被氧化，C项错误；过程①是在无氧的条件下进行，D项错误。] 9．伴随着国六标准的出台，以及最严的监管制度出台，给尾气处理行业带来新的机遇。某汽车生产厂家为汽车装有的一种尾气处理装置使用铂作催化剂，可将CO、NO、NO2和碳氢化合物等转化为无害的物质，有效降低了尾气对环境的危害。 下列有关说法中不正确的是(　　) A．铂表面被做成蜂窝状更有利于提高催化效果 B．在铂催化下，NO可被CO氧化为N2 C．尾气处理装置使用铂作催化剂可加快CO的氧化 D．碳氢化合物在铂催化下，可直接将CO氧化为CO2 解析：B　[由题意知铂作催化剂，可加快反应速率；做成蜂窝状增大了接触面积，有利于提高催化效果；CO具有还原性；所以选B。] 10．随着我国汽车年销量的大幅增加，给空气环境造成了很大的污染。汽车尾气装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示，下列说法正确的是(　　) A．反应中CO为氧化剂，N2为氧化产物 B．催化转化总反应为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2 C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应 D．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO 解析：BD　[A.CO与NO2生成氮气和CO2，反应中CO为还原剂，N2为还原产物，A错误；B.从图示中看，箭头进入的是反应物，箭头出来的是生成物，催化转化总反应为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2，B正确；C.NO和O2直接反应生成二氧化氮，C错误；D.从图示可知，汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO，D正确。] 三、非选择题 11．为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如下实验：按图组装好实验装置，并检查装置气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。 (1)打开止水夹，推动针筒活塞，使O2进入烧瓶。关上止水夹，首先观察到烧瓶中的现象： ________________________________________________________________________， 产生此现象的化学反应方程式为_____________________________________。 (2)轻轻摇动烧瓶，观察到烧瓶中的现象为 ①________________________________________________________________________； ②________________________________________________________________________。 产生此现象的化学反应方程式为____________________________________。 解析：(1)无色的NO能与O2反应产生红棕色的NO2。(2)轻轻摇动圆底烧瓶，使得NO2与水发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，所以烧瓶中红棕色气体又变为无色，且烧瓶内压强减小，烧杯中的水倒吸到烧瓶内，导致烧瓶中液面上升。 答案：(1)烧瓶中气体由无色变为红棕色　2NO＋O2===2NO2 (2)①烧瓶中红棕色气体又变为无色 ②烧杯中水倒吸到烧瓶中(或烧瓶中液面上升) 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 12．目前，汽车尾气已成为许多大城市空气的主要污染。汽车尾气中含有CO、NO等多种污染物。 (1)汽车燃料中一般不含氮，尾气中所含的NO产生的原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 化学方程式为_______________________________________________________。 (2)治理汽车尾气中NO和CO的一种方法是：在汽车的排气管上装上一个催化转化装置，使NO和CO反应，生成CO2和N2。反应的化学方程式为____________________________ ________________________________________________________________________。 (3)下列措施中，能减少或控制汽车尾气污染有效且可行的是　________　。 ①制定严格的尾气排放标准，并严格执行。 ②开发清洁能源，如氢能汽车、太阳能汽车等。 ③市民出行戴防毒面具。 ④市民大量移居城市郊区。 解析：(1)空气中的N2和O2在电火花作用下和内燃机燃烧产生的高温条件下反应产生NO，化学方程式为N2＋O22NO。 (2)NO和CO反应生成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO2CO2＋N2。 (3)①有利于减少污染；②有利于减少污染；③不现实，是污染后再防护的做法，不可取；④不现实，大量移居成本较高，不可取。 答案：(1)空气中的N2和O2在电火花作用下和内燃机燃烧产生的高温条件下反应产生NO N2＋O22NO (2)2NO＋2CON2＋2CO2　(3)①② 学科网（北京）股份有限公司 $