专题7 第1单元 氮的固定-【新课程学案】2025-2026学年高中化学必修第二册教师用书word（苏教版）

本讲义聚焦“氮的固定”核心知识点，系统梳理氮气的微观结构（电子式、结构式）与性质，氮的固定方式（自然固氮、人工固氮），以及一氧化氮、二氧化氮的性质及相关计算，构建从结构到性质、从自然到工业应用的完整知识支架。 该资料通过实验探究（如注射器中NO与O₂反应）和思维建模（氮氧化物溶于水计算），结合“雷雨发庄稼”等真实情境，培养化学观念与科学思维。课中辅助理解物质性质，课后多维训练助力学生查漏补缺，强化知识应用。

专题7|氮与社会可持续发展 第一单元　氮的固定 学习目标 重点难点 1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究,了解氮及其氧化物的主要性质。 2.认识氮及其氧化物在生产中的应用和对生态环境的影响。 3.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。 重点 1.氮分子的微观结构及性质。 2.一氧化氮和二氧化氮的性质。 难点 1.“雷雨发庄稼”的原理。 2.二氧化氮的化学性质。 新知探究(一)——氮分子的结构与性质 1.氮分子的结构 氮气分子的电子式为︰N︙︙N︰,结构式为N≡N。 2.物理性质 色、味、态 密度 溶解性 毒性 无色、无味、气体 比空气的略小 难溶 无毒 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。 (1)与氧气反应:N2+O22NO。 (2)与氢气反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。 (3)与金属镁反应:N2+3MgMg3N2。 [微点拨]　金属镁在空气中燃烧可以与氧气、氮气、二氧化碳反应得到氧化镁、氮化镁、碳。 [题点多维训练] 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)在自然界中只有氮的游离态。 (×) (2)N2的电子式为N︙︙N。 (×) (3)N2在化学反应时只能作氧化剂。 (×) (4)氮元素有负化合价、正化合价和零价,因而常温下,N2既能与氧气反应,又能与H2反应。 (×) 2．(2025·江苏卷)大气中的氮是取之不尽的天然资源。下列工业生产中以氮气作反应物的是(　　) A．工业合成氨　　 　 　 B．湿法炼铜 C．高炉炼铁 D．接触法制硫酸 解析：选A　工业合成氨为N2 和H2 反应生成NH3，氮气是直接反应物，A正确；湿法炼铜通过Fe置换CuSO4中的Cu，反应不涉及氮气，B错误；高炉炼铁中氮气作为空气成分进入高炉，但未参与还原铁矿石的主要反应，C错误；接触法制硫酸涉及硫或硫化物的氧化，氮气未参与反应，D错误。 3.下列关于氮气的说法错误的是 (　　) 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 解析:选C　N2很稳定,常用作保护气;在高温下,N2与O2反应产生NO,NO有毒且易被氧化为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;N2与金属、H2反应时作氧化剂。 4.N2是空气的重要组成部分,因此有科学家依据蒸汽机的原理,设计制造出液氮蒸汽机,即利用液态氮的蒸发来驱动机车,从而达到环境保护的目的,其原理主要依据是 (　　) A.液氮的沸点为-195.8 ℃,远低于常温 B.N2在空气中燃烧放热 C.N2的化学性质很稳定 D.N2在空气中的体积分数为78% 解析:选A　液氮的沸点很低,常温下极易汽化,体积膨胀时可驱动机车转动,此过程中不产生污染物,保护了环境,跟氮气的化学性质及在空气中的体积分数无关,故选A。 5.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): (1)装置A、B中可依次加入　　　　、　　　　。  (2)装置C的作用是　　　　　　　　　　　。 (3)装置D中发生反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)装置E中碱石灰的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (5)实验时应先加热C,还是先加热D? 答案:(1)NaOH溶液　浓硫酸　(2)除去空气中的氧气　(3)N2+3MgMg3N2　(4)吸收空气中的水蒸气和二氧化碳　(5)实验时应先加热C,通入一段时间空气后再加热D。 新知探究(二)——氮的固定 1.概念: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。 2.氮的固定的方式 (1)自然固氮 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%。 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+O2===2NO2、3NO2+H2O===2HNO3+NO (2)人工固氮 ①合成氨的反应原理(用化学方程式表示): N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1。  ②工业操作流程 将氮气和氢气的混合气体在较高温度下加压后送到合成塔中进行反应,达到平衡后,分离出氨,再将未反应的氮气、氢气送回合成塔循环使用。 ③合成氨的意义 为植物生长提供足够的氮肥,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。 [微点拨]　氮气生成氮的化合物的过程都属于氮的固定,从化合价角度来看,固氮过程中氮气可能被氧化也可能被还原。 3.自然界的氮循环 (1)意义:氮循环是自然界中一种重要的循环,对生态系统的调节起着重要的作用。 (2)过程 [题点多维训练] 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮属于氮的固定,是化学变化。 (√) (2)“雷雨发庄稼”是自然固氮的主要形式。 (×) (3)NO在空气中易被氧化为NO2,此过程属于氮的固定。 (×) 2.(2025·哈尔滨期中检测)下列反应不属于氮的固定的是 (　　) A.工业上利用氮气和氢气合成氨气 B.高温或光照时,浓硝酸受热分解 C.雷雨时,空气中的氮气和氧气反应生成一氧化氮 D.豆科植物粉红色的根瘤将空气中的氮气转化为含氮化合物 解析:选B　利用氮气和氢气合成氨气属于氮元素由游离态转化为化合态,属于氮的固定,故A错误;浓硝酸受热分解属于一种含氮化合物变为另外一种氮的化合物,不属于氮的固定,故B正确;氮气和氧气反应生成一氧化氮属于自然固氮,故C错误;豆科植物粉红色的根瘤将空气中的氮气转化为含氮化合物属于自然固氮,故D错误。 3.生物固氮是指 (　　) A.生物从土壤中吸收含氮养料 B.豆科植物根瘤菌将含氮化合物转变为植物蛋白质 C.将氨转变成硝酸及其他氮的化合物 D.生物将空气中的氮气转变成含氮化合物 解析:选D　生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮气转化为含氮化合物的过程。土壤中含有的N、N,被植物吸收合成植物所需的物质,是氮的化合物转化为氮的化合物,A不符合题意;根瘤菌将含氮化合物转化为蛋白质,是氮的化合物转化为氮的化合物,B不符合题意;将氨转变成硝酸及其他氮的化合物,是氮的化合物转化为氮的化合物,C不符合题意;生物将氮气转化为含氮化合物,符合生物固氮的定义,D符合题意。 4.合成氨在工农业生产中占有重要地位。下列说法正确的是 (　　) A.催化剂可加快氨的合成 B.氨气可用浓硫酸干燥 C.H2来源于空气的液化分离 D.合成氨的反应为吸热反应 解析:选A　催化剂可加快氨的合成反应速率,A正确;氨气与硫酸反应,所以氨气不可用浓硫酸干燥,B错误;空气的主要成分为氮气与氧气,液化分离无法得到氢气,C错误;合成氨反应为化合反应,反应是放热反应,D错误。 5.自然界中局部氮循环如图,请回答下列问题。 (1)上图含氮物质的各步转化中,属于氮的固定的是　　　　(填数字序号)。  (2)NH3是氮循环中的重要物质,工业合成氨反应的化学方程式为 　。 (3)硝化过程中氮元素被　　(填“氧化”或“还原”)。  解析:工业上,氮气和氢气在高温、高压、催化剂条件下反应生成氨气,氨气在亚硝化细菌催化下氧化生成亚硝酸盐,继续被氧化为硝酸盐,硝酸盐在反硝化细菌作用下生成氮气,氮气在植物根瘤菌作用下转变成有机氮,有机氮氨化后转变成氨气。(1)①~⑥各步转化中,属于氮的固定的是①②。(2)氮气和氢气在高温、高压、催化剂条件下反应生成氨气,反应的化学方程式为N2+3H22NH3。(3)硝化过程中氨气中-3价的氮元素化合价变化为N、N中的+3价、+5价,氮元素的化合价升高,失电子被氧化,发生氧化反应。 答案:(1)①②　(2)N2+3H22NH3 (3)氧化 新知探究(三)——一氧化氮和二氧化氮 导学设计 1.在一支50 mL的注射器里充入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。 根据实验可以得出NO的哪些性质? 提示:无色气体,不溶于水。 2.打开弹簧夹,快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹,观察现象。振荡注射器,再观察现象。 实验现象:气体变为红棕色,再振荡后气体又变为无色,同时注射器的活塞向内移动。 (1)根据上述实验,能得出NO、NO2的什么性质? 提示:NO易被O2氧化为NO2,NO2为红棕色,易溶于水,发生反应的化学方程式为2NO+O2===2NO2,3NO2+H2O===2HNO3+NO。 (2)实验室如何收集NO、NO2? 提示:NO:排水法;NO2:向上排空气法。 [系统融通知能] 1.NO、NO2性质的比较 物质 NO NO2 色、态、味 无色、无味的气体 红棕色、有刺激性气味的气体 水溶性 微溶于水 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 (自身氧化还原) 氧化性 有氧化性,但通常情况下表现出还原性 强氧化性,在溶液中生成硝酸,能氧化、I-、Fe2+等离子 对环境的影响 有毒,大气污染物之一 有毒,大气污染物之一 [微思考] 如何除去NO气体中的NO2? 提示:把气体通入水中。 2.氮的氧化物溶于水的计算 (1)反应原理 ①3NO2+H2O===2HNO3+NO ②2NO+O2===2NO2 由化学方程式①×2+②得 ③4NO2+O2+2H2O===4HNO3 由化学方程式①×2+②×3得 ④4NO+3O2+2H2O===4HNO3 (2)计算类型 ①NO2气体:NO2气体溶于水时仅涉及反应(1)①,剩余气体为NO。 ②NO2和O2的混合气体:NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应(1)③。 x= 0<x< x= x> 反应情况 O2过量并剩余 恰好完全反应 NO2过量又发生反应(1)①,剩余NO ③NO和O2的混合气体:NO和O2的混合气体溶于水时涉及反应(1)④。 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 　　[典例]　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。则原混合气体中NO与NO2体积比为多少? [解析]　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+2H2O ===4HNO3和4NO2+O2+2H2O===4HNO3可得a+=0.4,所以a=0.3,V(NO)∶V(NO2)=3∶7。 [答案]　3∶7 |思维建模|氮的氧化物溶于水常用的计算方法 　 (1)得失电子守恒法 对于“NO+NO2+O2+H2O”型,当反应后,无气体剩余,则N均被氧化为+5价(存在于HNO3中),O被还原为-2价(存在于HNO3中),得失电子情况:NO2-e-→HNO3,NO-3e-→HNO3,O2+4e-→HNO3。根据得失电子守恒知,n(NO2)+3n(NO)=4n(O2)。因实际应用中,气体的量通常用体积表示,由阿伏加德罗定律的推论知,同温同压下气体的体积之比等于气体的物质的量之比,故又有V(NO2)+3V(NO)=4V(O2)。 (2)原子守恒法 4NO2+O2和4NO+3O2从组成上均相当于2N2O5的组成,4NO2+O2+2H2O===4HNO3、4NO+3O2+2H2O===4HNO3都与N2O5+H2O===2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气体通入水中时利用混合气体中N、O的原子个数比进行分析判断:N(N)∶N(O) [题点多维训练] 1.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 解析:选D　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。 2.如图所示,将相同条件下的m mL NO和n mL O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内,充分反应后,试管内残留 mL的气体,该气体与空气接触后立即变为红棕色。则m与n的比值为 (　　) A.3∶2 B.2∶3 C.8∶3 D.3∶8 解析:选C　在相同条件下,将m mL NO和n mL O2同时通入倒立于水中且盛满水的试管中,充分反应,NO和O2全部溶于水时的反应为4NO+3O2+2H2O===4HNO3,由于剩余气体与空气接触后立即变为红棕色,所以试管内残留的气体为NO,那么与O2反应的NO气体的体积为m mL- mL= mL,NO和O2按照物质的量之比4∶3混合溶于水时恰好全部反应,所以∶n=4∶3,则m∶n=8∶3。 3.现有等体积混合而成的4组气体:①NO、NO2,②HCl、N2,③NO2、O2,④Cl2、SO2。将其分别通入体积相同的试管中并立即倒立在足量水中,试管内水面上升的高度关系为 (　　) A.④>②>③>① B.④>③>②>① C.②>③>①>④ D.③>②>①>④ 解析:选B　①二氧化氮和水能反应生成硝酸和一氧化氮:3NO2+H2O===2HNO3+NO,一氧化氮和水不反应,根据化学方程式知,气体减少的体积是二氧化氮的,二氧化氮占混合气体的,所以试管内气体减少的体积为混合气体总体积的,故水面上升的高度为混合气体总体积的;②氯化氢极易溶于水,氮气和水不反应,所以混合气体减少的体积为混合气体总体积的,故水面上升的高度为混合气体总体积的;③二氧化氮和氧气、水能反应生成硝酸:4NO2+O2+2H2O===4HNO3,根据化学方程式知,氧气剩余,参加反应的氧气的体积为氧气总体积的,二氧化氮全部参加反应,所以混合气体减少的体积为混合气体总体积的,故水面上升的高度为混合气体总体积的;④氯气和二氧化硫、水能发生氧化还原反应生成氯化氢和硫酸:Cl2+SO2+2H2O===2HCl+H2SO4,且这两种物质极易溶于水,根据化学方程式知,这两种物质完全反应,没有气体剩余,所以水充满整支试管;因此试管内水面上升的高度关系为④>③>②>①,答案选B。 4.NO、NO2、O2按照一定比例通入水中,能被完全吸收,无剩余气体,若NO、NO2、O2的气体体积分别为a、b、c,则a∶b∶c可能为 (　　) A.1∶5∶2 B.2∶5∶1 C.5∶1∶2 D.5∶2∶1 解析:选A　发生的反应为4NO2+O2+2H2O===4HNO3,4NO+3O2+2H2O===4HNO3,根据得失电子守恒可知3n(NO)+n(NO2)=4n(O2)。NO、NO2、O2的气体体积比为1∶5∶2,物质的量之比为1∶5∶2,则1×3+5=2×4,A符合;NO、NO2、O2的气体体积比为2∶5∶1,物质的量之比为2∶5∶1,则2×3+5≠1×4,B不符合;NO、NO2、O2的气体体积比为5∶1∶2,物质的量之比为5∶1∶2,则5×3+1≠2×4,C不符合;NO、NO2、O2的气体体积比为5∶2∶1,物质的量之比为5∶2∶1,则5×3+2≠1×4,D不符合。 学科网（北京）股份有限公司 $