专题7 第一单元 氮的固定-【金版新学案】2025-2026学年高中化学必修第二册同步课堂高效讲义教师用书word（苏教版）

本讲义聚焦高中化学“氮的固定”核心内容，系统梳理氮气的分子结构与稳定性、氮的固定（自然固氮与人工固氮）及氮氧化物性质与转化的知识脉络，构建从结构到性质再到应用的学习支架。 资料通过分子结构分析氮气稳定性（科学思维），设计“雷雨发庄稼”原理探究等交流研讨（科学探究与实践），结合合成氨解决粮食危机体现化学价值（科学态度与责任）。习题分层设计，课中辅助教师教学，课后助力学生巩固知识、查漏补缺。

第一单元　氮的固定 [学习目标]　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.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。　3.认识人工固氮的化学原理和社会价值，体会化学科学在解决人类社会面临的粮食危机中所发挥的重要作用。 任务一　氮分子的结构 1.氮元素的存在 在自然界中，氮元素既有游离态，也有化合态，但绝大部分氮元素以游离态的氮气存在于空气中。 2.氮气的结构与性质 (1)分子结构 氮气分子的电子式和结构式分别为N︙︙、N≡N。 (2)物理性质 颜色 气味 溶解性 密度 无色 无味 难溶于水 比空气的稍小 (3)化学性质 破坏氮气分子中氮原子之间的共价键需要很大的能量，所以氮气分子很稳定。但在高温或放电等特殊条件下，氮气分子获得了足够多的能量，也能与一些金属或非金属单质发生反应，生成含氮化合物。 ①氮气能与氧气在放电条件下直接化合，化学方程式为N2＋O22NO。 ②氮气能与氢气反应，化学方程式为N2(g)＋3H2(g)ひ2NH3(g)。该反应是工业合成氨的反应原理。 [交流研讨]　氮气是一种无色无味的气体，是空气的主要成分。在标准大气压下，冷却至－195.8 ℃时，气态氮变成没有颜色的液体，冷却至－209.8 ℃时，液态氮变成雪状的固体。氮气的化学性质不活泼，常被用来制作防腐剂。但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化，用来制取对人类有用的新物质。 (1)请你根据上图推测：氮气为什么可以用作粮食瓜果的保护气？ 提示：氮气性质稳定，氮气作保护气，以隔绝粮食瓜果与氧气的接触，可以减慢粮食瓜果被氧气氧化变质的速率。 (2)与同学交流或查阅资料，分析液氮用于医疗手术的原理是什么。 提示：液氮挥发吸收热量，使温度迅速下降。通过极速冷冻将病区细胞迅速杀死，使病区恢复正常。 (3)写出合成氨反应的化学方程式，并分析反应中的氧化剂、还原剂。 提示：N2＋3H2ひ2NH3，氧化剂是氮气，还原剂是氢气。 　　氮元素有多种化合价，N2中氮元素为0价，处于中间价态，故N2既有氧化性，又有还原性。 学生用书⬇第34页 1.在空气中N2能大量存在的根本原因是(　　) A.N2的密度比空气小 B.N2难溶于水 C.N2分子含有共价三键 D.N2是无色无味气体 答案：C 解析：N2分子含有共价三键，破坏氮气分子中的共价三键需要很大的能量，故化学性质很稳定，是能在空气中大量存在的根本原因，答案选C。 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可用于生产氮肥，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的密度与空气接近且比空气略小，不能用排空气法收集，D错误。 3.下列有关氮气的说法错误的是　　　　(填字母)。 a.氮气在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸 b.液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境 c.利用氮气的稳定性，工业上用其替代稀有气体作焊接金属的保护气 d.在高温高压、催化剂条件下与氢气反应时，氮气作还原剂 e.金属镁在空气(忽略空气中二氧化碳)中燃烧，产物只有氧化镁 答案：de 解析：氮气的化学性质很稳定，在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸，a项正确；液氮汽化吸热，可用于制造低温环境，b项正确；氮气的化学性质很稳定，可用作焊接金属的保护气，c项正确；氮气与氢气生成氨气的反应中，N的化合价从0价降低到－3价，作氧化剂，d项错误；Mg在点燃条件下可以和空气中的O2、N2发生反应，产物为MgO和Mg3N2，e项错误。 任务二　氮的固定 1.氮的固定 将空气中游离态的氮转化成含氮化合物，简称固氮。 自然 固氮 生物固氮：自然界中的一些微生物种群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％ 高能固氮：通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物，约占自然固氮的10％ 2.高能固氮的实例——“雷雨发庄稼” 利用化学方程式解释“雷雨发庄稼”的原理：N2＋O22NO、2NO＋O22NO2、3NO2＋H2O2HNO3＋NO。雨水中的硝酸渗入土壤后与矿物质作用生成硝酸盐，其中的硝酸根离子被植物的根系吸收，转化为植物生长所需的养料。 3.人工固氮——合成氨 (1)过程：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)ひ2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。该反应放出大量的热，工业上可用来预热原料气，合成氨达到平衡时，分离出氨后，将未反应的N2、H2送回合成塔循环使用。 (2)意义：为植物生长提供足够的氮肥，有效帮助解决粮食短缺问题。 4.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。 1.下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是(　　) 学生用书⬇第35页 A.氮元素均被氧化 B.工业合成氨属于人工固氮 C.含氮无机物和含氮有机物可相互转化 D.碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环 答案：A 解析：在雷电作用下N2与O2反应生成NO，氮元素被氧化，工业合成氨属于人工固氮，合成氨过程中氮元素被还原，A项错误，B项正确；由图可看出含氮无机物和含氮有机物可以相互转化，C项正确；合成蛋白质的过程中就有碳、氢、氧元素的参与，D项正确。 2.下列变化过程不属于氮的固定的是(　　) A.氮气与氢气合成氨 B.氮气由气态变为固态 C.雷电时，空气中的N2与O2生成NO D.豆类植物的根瘤将游离态氮转化为化合态的氨 答案：B 解析：氢气与氮气合成氨，氮的单质转化为氮的化合物，属于氮的固定，不符合题意，不选A；氮气由气态变为固态，只是状态改变，不是氮的固定，符合题意，选B；雷雨天时氮气与氧气反应生成NO，是氮的单质转化为氮的化合物，属于氮的固定，不符合题意，不选C；大豆根瘤菌将氮气转化为氨态氮肥，是氮的单质转化为氮的化合物，属于氮的固定，不符合题意，不选D；故选B。 任务三　氮氧化物的性质 1.一氧化氮、二氧化氮的物理性质 氧化物 颜色 状态 气味 水溶性 毒性 NO 无色 气态 无味 微溶 有毒 NO2 红棕色 气态 刺激性气味 易溶 有毒 [交流研讨1]　实验室用什么方法收集NO、NO2？ 提示：排水法收集NO；向上排空气法收集NO2。 2.一氧化氮、二氧化氮的化学性质 NO NO2 与O2反应 2NO＋O22NO2 与H2O反应 3NO2＋H2O 2HNO3＋NO 与O2、H2O共同反应 4NO＋3O2＋2H2O4HNO3 4NO2＋O2＋2H2O 4HNO3 氧化性 6NO＋4NH35N2＋6H2O 6NO2＋8NH3 7N2＋12H2O，NO2＋SO2SO3＋NO，NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝 [交流研讨2]　一氧化二氮又称“笑气”，是一种无色有甜味的气体，在室温下稳定，有轻微麻醉作用，并能致人成瘾。故“笑气”现在已被列为《危险化学品目录》。下列过程能产生“笑气”N2O：3CO＋2NO23CO2＋N2O。 (1)上述反应中氧化剂和还原剂分别是什么？ 提示：NO2；CO。 (2)在此反应中每生成1 mol N2O，转移电子的物质的量是多少？ 提示：6 mol。 [交流研讨3]　化学兴趣小组的同学利用下面的简易反应装置探究氮的氧化物与水的反应。 (1)把一支充满NO2气体的试管倒置在水槽中充分反应后，水能否充满试管？说明原因。 提示：不能。NO2与水反应的化学方程式为3NO2＋H2O2HNO3＋NO， (2)若一支试管中NO2和O2混合气体的体积之比大于4∶1倒置在水槽中充分反应，最后得到的气体为NO2吗？说明原因。 提示：不是。NO2和O2混合气体的体积之比大于4∶1时，NO2过量，但过量的NO2气体再与水反应生成HNO3和NO，所以最后得到的气体为NO。 (3)向一支充有10 mL NO的试管中通入多少mL O2才能使水充满整个试管(写出计算过程)？ 提示：已知：2NO＋O22NO2　① 3NO2＋H2O2HNO3＋NO　② 由方程式①×3＋②×2得：4NO＋3O2＋2H2O4HNO3，即当NO和O2的体积比为4∶3时水可以充满试管，故需通入7.5 mL O2。 学生用书⬇第36页 氮氧化物溶于水的计算原理 1.计算依据：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，且得失电子数必须相等，这是电子守恒法解答此类题目的依据。 2.反应原理 3NO2＋H2O2HNO3＋NO　① 2NO＋O22NO2　② 由方程式①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O4HNO3　③ 由方程式①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O4HNO3　④ 1.下列关于一氧化氮的叙述正确的是(　　) A.一氧化氮是一种红棕色气体 B.常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合 C.一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到 D.一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集 答案：C 解析：NO是一种无色气体，A错误；常温常压下，NO容易与氧气直接化合生成NO2，B错误；氮气和氧气在放电或高温条件下反应生成NO，C正确；NO难溶于水，可以用排水法收集，D错误；故选C。 2.(2025·河南许平汝名校期中)下列关于SO2和NO2性质的说法正确的是(　　) A.均为酸性氧化物 B.均可与FeCl2溶液反应 C.均具有氧化性和还原性 D.均可通过两种单质化合生成 答案：C 解析：NO2和NaOH溶液会发生氧化还原反应，不是酸性氧化物，A错误；由于Fe3＋的氧化性强于SO2，SO2与FeCl2不反应，B错误；SO2和NO2中的N、S元素均为中间价态，SO2和NO2均具有氧化性和还原性，C正确；N2与O2反应生成NO，不能直接生成NO2，D错误；故选C。 3.将盛有1 mol NO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中，再通入0.4 mol O2，充分反应后，整个试管充满水。 (1)则原混合气体中NO与NO2体积比为多少？　　　　。 (2)盛有1 mol NO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中，反应完毕后剩余气体0.4 mol，则NO与NO2体积比为多少？　　　　。 (3)1 mol NO和NO2混合气体中两者体积之比为1∶1，试管倒立于盛满水的水槽中，为使整个试管充满水，需通入多少O2？　　　　。 答案：(1)3∶7　(2)1∶9　(3)0.5 mol 解析：(1)设1 mol NO和NO2的混合气体中有a mol NO和(1－a) mol NO2，根据4NO＋3O2＋2H2O4HNO3和4NO2＋O2＋2H2O4HNO3可得：a＋＝0.4，所以a＝0.3，V(NO)∶V(NO2)＝3∶7。 (2)设n(NO2)＝a mol 3NO2＋H2O2HNO3＋NO　　　气体减少 3 mol 1 mol　 2 mol a mol (1－0.4) mol 解得a＝0.9 故NO与NO2体积比为1∶9。(3)×0.5 mol＋mol＝0.5 mol。 氮氧化物溶于水的计算类型 1.NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应①3NO2＋H2O2HNO3＋NO，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反应②4NO2＋O2＋2H2O4HNO3。 x＝ 0＜x＜4 x＝4 x＞4 反应情况 O2过量并剩余 恰好完全反应 NO2过量又发生上述反应①，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反应③4NO＋3O2＋2H2O4HNO3。 x＝ 0＜x＜ x＝ x＞ 反应情况 O2过量并剩余 恰好完全反应 NO过量并剩余 1.关于氮的单质及其化合物的说法不正确的是(　　) A.NO及NO2均为无色气体 B.NO为空气污染物 C.N2是一种常用的保护气 D.N2合成NH3属于氮的固定 答案：A 解析：NO为无色气体，NO2为红棕色气体，A错误；NO属于氮氧化物，是空气污染物，B正确；N2化学性质稳定，常用作保护气，C正确；N2转化为NH3属于游离态氮转化为化合态氮，为氮的固定，D正确；故选A。 2.(2025·金昌永昌县第一高级中学月考)下列对NO、NO2的描述，不正确的是(　　) A.NO2是红棕色气体，易溶于水，与水反应中NO2既是氧化剂又是还原剂 B.NO是无色气体，可以用排空气法收集 学生用书⬇第37页 C.NO、NO2二者都是引起光化学烟雾的大气污染物 D.NO、NO2都有毒，且NO是汽车尾气的有害成分之一 答案：B 解析：NO2是红棕色气体，易溶于水，与水反应生成NO和HNO3，NO2中N元素化合价既上升又下降，NO2既是氧化剂又是还原剂，A正确；NO是无色气体，但会和空气中的氧气反应生成NO2，不能用排空气法收集，B错误；NO、NO2在大气环境中受强烈的太阳紫外线照射后产生一种新的二次污染物，即光化学烟雾，C正确；NO、NO2都有毒，且在汽车发动时，在电火花作用下N2和O2化合产生的NO是汽车尾气的有害成分之一，D正确；故选B。 3.在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12 mL通入足量水中，充分反应后剩余2 mL气体(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积为(　　) ①1.2 mL　②2.4 mL　③3 mL　④4 mL A.①② B.②③ C.③④ D.①④ 答案：D 解析：首先分析剩余的2 mL气体有两种可能。若剩余的2 mL 气体是O2，则V(NO2)＝×(12－2) mL＝8 mL，则混合气中的V(O2)＝12 mL－8 mL＝4 mL。若剩余的2 mL气体是NO，则混合气中的V(O2)＝(12 mL－2 mL×3)×＝1.2 mL，D项正确。 4.氮在自然界中的循环如图所示。 (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)氮循环过程中发生的反应之一可表示为N＋2O2N＋2H＋＋H2O，若有1 mol N被氧化，则该反应中转移的电子数目是　　　　。 答案：(1)人工固氮　N2＋3H2ひ2NH3　氧化　(2)根瘤菌　N2＋O22NO　还原　(3)8NA 学科网（北京）股份有限公司 $