第5章 第2节 第1课时 氮气和氮的氧化物（教用Word）-【优学精讲】2025-2026学年高中化学必修第二册（人教版）

本讲义聚焦高中化学“氮气和氮的氧化物”核心知识点，从氮元素“位构性”切入，系统梳理氮气的物理化学性质、氮的固定类型，再过渡到NO和NO₂的性质及转化规律，通过归纳总结与分层习题构建完整学习支架。 该资料以实验探究（如NO与O₂、水反应的注射器实验）和问题驱动（如氮气化学活性预测）为特色，结合工业制硝酸、汽车尾气处理等真实情境，培养学生科学探究与实践能力和科学思维，课中辅助教师高效授课，课后助力学生巩固知识、查漏补缺。

第1课时　氮气和氮的氧化物 学习目标 1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解N2、NO和NO2的主要性质。 2.认识N2、NO和NO2在生产中的应用和对生态环境的影响。 知识点一　氮气与氮的固定 1.氮元素的“位、构、性” （1）“位、构、性” （2）成键特点 氮原子一般通过　共用电子对　与其他原子相互结合构成物质。 2.氮元素的存在形态 3.氮气的物理性质 无色无味的难溶于水的气体，密度与空气相近（1.25 g·L－1）。 4.氮气的化学性质 （1）分子结构 ①氮分子内两个氮原子间以　共价三键　结合，电子式为　∶N︙︙N∶　，结构式为　N≡N　。 ②问题探究 根据氮原子核外电子排布和氮气分子的结构，预测氮气的化学活性？ 提示：由于氮分子内两个氮原子间以共价三键（N≡N）结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常情况下难以与其他物质发生化学反应。 （2）化学性质 ①稳定性 氮气的化学性质很稳定，通常情况下难以与其他物质发生化学反应。 ②氮气的反应 在高温、放电等条件下，氮气可以与镁、氢气、氧气等物质发生化合反应。写出氮气与下列物质发生反应的化学方程式，并指出氮气体现的性质（填“氧化”或“还原”）。 a.金属镁：　N2＋3MgMg3N2　，氮气表现　氧化　性； b.氢气：N2＋3H22NH3，氮气表现　氧化　性； c.氧气：　N2＋O22NO　，氮气表现　还原　性。 【教材挖掘】 镁条在空气中燃烧，生成的固体物质有哪些？ 提示：有MgO、Mg3N2和C。反应为O2＋2Mg2MgO 、N2＋3MgMg3N2和 CO2＋2Mg2MgO ＋ C。 5.氮的固定 （1）含义 将大气中　游离态　的氮转化为　氮的化合物　的过程叫做氮的固定。 （2）类型 　自然　固氮 大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合物 通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨 　人工　固氮 人类则通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物，如工业合成氨 1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）应用氮气保护博物馆文物或粮食，利用了氮气的密度与空气相近。（　×　） （2）氮在自然界只有正价态的化合物，没有负价态。（　×　） （3）氮的固定中氮元素一定被氧化。（　×　） （4） 工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮。（　×　） （5）N2和O2在放电的条件下会直接生成NO2。（　×　） （6）氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键。（　×　） 2.下列说法中，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.通常情况下，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.动植物体内的蛋白质含有氮元素 解析：C　通常情况下，氮气的性质不活泼，在放电或高温条件下，能跟氧气反应。 3.氮在自然界中的循环如下图所示。 （1）过程①称为　人工固氮　，写出合成氨反应的化学方程式：N2＋3H22NH3，该反应中氮气显　氧化　（填“氧化”或“还原”）性。 （2）过程②中能通过　豆科植物的根瘤菌　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　N2＋O22NO　，该反应中氮气显　还原　（填“氧化”或“还原”）性。 知识点二　 一氧化氮和二氧化氮 1.一氧化氮 （1）物理性质 颜色 状态 水溶性 无色 气体 不溶于水 （2）化学性质 NO具有较强的还原性，在常温下与氧气反应生成NO2，化学方程式为　2NO＋O22NO2　。 2.二氧化氮 （1）物理性质 颜色、状态 气味 密度 水溶性 特性 红棕　色气体 刺激性气味 密度比空气的　大 易　溶于水 易　液化 （2）化学性质 ①NO2与水的反应 NO2溶于水生成硝酸和一氧化氮，工业上利用这一原理生产硝酸，化学方程式为　3NO2＋H2O2HNO3＋NO　。 ②实验探究 实验装置 实验操作 在如图注射器里充入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 打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹 振荡注射器 实验现象 无明显现象 无色气体变为红棕色 气体红棕色变浅至消失，有无色气体生成，注射器活塞向内滑动 结论与解释 ①NO不溶于水，也不与水反应，但能与空气中的氧气反应生成红棕色的NO2，化学方程式为　2NO＋O22NO2　。 ②NO2能与水反应生成无色的NO，化学方程式为　3NO2＋H2O2HNO3＋NO　 【教材挖掘】 （1）如果要将注射器中的NO充分转化为硝酸，可以采取什么措施？上述实验对工业上生产硝酸有什么启示？ 提示：可以继续吸入足量的空气。上述实验对工业上生产硝酸的启示是在用水吸收NO2制取硝酸的反应过程中，要不断地补充空气，使NO2尽可能多地转化为硝酸，充分利用原料，并能减少NO的排放以保护环境。 （2）闪电是大家非常熟悉的自然现象。农谚说“雷雨发庄稼”，你能解释该谚语包含的化学原理吗？请写出相关转化的化学反应方程式。 提示：雷雨天时在闪电的作用下，空气中氮气与氧气反应生成NO，然后发生NO→NO2→HNO3，HNO3随雨水进入土壤，HNO3跟土壤中的矿物作用生成硝酸盐，为植被提供了丰富的氮肥。相关反应方程式为N2＋O22NO，2NO＋O22NO2，3NO2＋H2O2HNO3＋NO。 1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）由于NO极易与O2反应，并且其密度与空气相差不多，因此收集NO只能用排水法。（　√　） （2）由于NO2极易与水反应且密度比空气大，因此收集NO2只能用向上排空气法。（　√　） （3）NO2与H2O反应生成HNO3，故NO2是酸性氧化物。（　×　） （4）NO或NO2与足量氧气、水反应可以全部转化为硝酸。（　√　） 2.下列对NO和NO2的描述正确的是（　　） A.NO2与水的反应中，NO2是氧化剂 B.NO是无色气体，可用向上排空气法收集 C.NO、NO2均可用排水法收集 D.从元素化合价角度看，NO既有氧化性又有还原性 解析：D　NO2与水发生反应：3NO2＋H2O2HNO3＋NO，氮元素由＋4价变为＋2价和＋5价，则NO2既是氧化剂又是还原剂，A错误；NO易与O2反应生成NO2，不能用排空气法收集，可采用排水法收集，B错误；NO2与H2O反应，不能用排水法收集，C错误；NO中氮元素显＋2价，处于中间价态，则NO既有氧化性又有还原性，D正确。 3.如图所示，室温下向盛有3.0 mL NO的试管中缓缓通入1.5 mL O2（所有气体的体积均在标准状况下测定）。 试回答下列问题： （1）写出观察到的现象（可不写满，也可补充）： ①通入O2，试管内气体由无色变为红棕色； ②试管内液面上升； ③试管内剩余无色气体。 （2）上述过程中发生反应的化学方程式有2NO＋O22NO2、3NO2＋H2O2HNO3＋NO。 （3）最终试管中剩余的气体是　NO　，体积为　1.0 mL　。 解析：（1）通入的O2与NO反应生成NO2：2NO＋O22NO2，有红棕色气体生成；生成的NO2溶于水：3NO2＋H2O2HNO3＋NO，气体体积减小，试管内液面上升；最终NO有剩余，试管内剩余无色气体。 （2）上述过程中发生反应的化学方程式有2NO＋O22NO2、3NO2＋H2O2HNO3＋NO。 （3）设1.5 mL O2全部参加反应，由总反应4NO＋3O2＋2H2O4HNO3可知，V反应（NO）＝V（O2）×＝1.5 mL×＝2.0 mL，而NO的总体积是3.0 mL，故剩余NO气体的体积是1.0 mL。 归纳总结 NO、NO2溶于水的相关计算 根据3NO2＋H2O2HNO3＋NO　① 2NO＋O22NO2　② ①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O4HNO3， ①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O4HNO3。 具体计算： 1.NO2和O2混合气体与水反应 由4NO2＋O2＋2H2O4HNO3可知 当体积比V（NO2）∶V（O2） 2.NO 和O2混合气体与水反应 由4NO＋3O2＋2H2O4HNO3可知 当体积比V（NO）∶V（O2） 3.原子守恒法计算 以上2种方法都可以根据原子守恒分析计算。 4NO2＋O2和4NO＋3O2从组成上均相当于2分子N2O5的组成，都与N2O5＋H2O2HNO3相当。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。 4.剩余气体的判断 无论是单一气体（NO2），还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体溶于水，若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。 1.（苏教版习题）下列反应中，不属于氮的固定的是（　　） A.N2和H2在一定条件下合成NH3 B.豆科植物把空气中的氮气转化为化合态的氮 C.雷电时，空气中的N2与O2反应生成NO D.由NH3制碳酸氢铵 解析：D　由游离态的氮转化为化合态的氮的过程为氮的固定，D项NH3不是游离态，错误。 2.下列说法正确的是（　　） A.氮气化学性质不活泼，原因是N的非金属性较弱 B.氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应，氧气过量直接生成NO2 C.植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料，实现氮的固定 D.“雷雨发庄稼”所包含的化学变化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐 解析：D　氮气化学性质不活泼，原因是N≡N键能大，A错误；氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应生成NO，NO进一步被氧气氧化生成NO2，B错误；氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮的过程，C错误；“雷雨发庄稼”所包含的化学变化：放电时N2被O2氧化产生NO，NO被O2氧化为NO2，NO2与H2O反应产生HNO3，HNO3进一步转变为硝酸盐，硝酸盐中硝态氮肥可被植物吸收，D正确。 3.将盛有N2和NO2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积缩小为原来的一半，则原混合气体中N2和NO2的体积比是（　　） A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.3∶1 解析：C　将试管倒立于水中，只有NO2和H2O反应，生成的NO与不反应的N2为剩余气体。设原混合气体的体积为V，NO2的体积为x，根据差量法求解： 解得：x＝，V（N2）＝V－＝，故＝。 4.以下是氮循环的一部分： （1）NO2的颜色是　红棕色　。 （2）反应①的化学方程式是N2＋O22NO　。 （3）NO2易溶于水，并和水发生化学反应。该反应的化学方程式为3NO2＋H2O2HNO3＋NO，其中氧化剂是　NO2　。 （4）治理汽车尾气的一种方法是用催化剂使NO与CO发生反应： 2NO＋2CO2CO2＋N2，当生成2 mol N2时，被还原的NO为　4　mol。 解析：空气中的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，N2＋O22NO，NO常温下易与空气中的O2反应生成红棕色的 NO2气体，2NO＋O22NO2，NO2气体有毒，易与水反应生成HNO3（A）和NO，3NO2＋H2O2HNO3＋NO。（1）NO2是红棕色气体。 （2）反应①的化学方程式是N2＋O22NO。 （3）NO2与水反应生成NO和HNO3，化学方程式为3NO2＋H2O2HNO3＋NO；NO2中N的化合价由＋4价歧化为＋5价和＋2价，因此NO2既是氧化剂又是还原剂。（4）NO与CO反应生成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO2CO2＋N2，N的化合价由＋2价降低为0价，化合价降低被还原，生成2 mol N2，被还原的NO为4 mol。 题组一　氮气和氮的固定 1.下列反应中属于氮的固定的是（　　） A.N2＋3H22NH3 B.2NO＋O22NO2 C.4NH3＋5O24NO＋6H2O D.NH3＋H2O＋CO2NH4HCO3 解析：A　固氮过程是把N2转化为含氮化合物的过程，只有A项符合。 2.氮气能大量存在于空气中的根本原因是（　　） A.氮气化学性质稳定，即使在高温下也不与其他物质发生反应 B.氮气比空气轻且不溶于水 C.氮气分子中两个氮原子结合得很牢固，分子结构稳定 D.氮气既无氧化性，也无还原性，不与其他物质反应 解析：C　N2能大量存在于空气中的根本原因是氮气分子中两个氮原子结合得很牢固，分子结构稳定。 3.如图所示的转化关系中，不能一步实现的是（　　） A.① B.② C.③ D.④ 解析：D　①为N2＋3H2ひ2NH3；②为N2＋O22NO；③为2NO＋O22NO2；④至少两步才能实现，分别为N2＋O22NO，2NO＋O22NO2。 4.下列关于氮气的说法中错误的是（　　） A.通常情况下氮气性质很稳定，所以氮气可作食物保护气 B.N2＋O22NO，该反应是汽车尾气污染的主要原因之一 C.氮气在空气中约占空气体积的 D.在反应3Mg＋N2Mg3N2中，氮气作氧化剂 解析：C　氮气分子中含有氮氮三键，通常情况下N2性质很稳定，可作食物保护气，A正确；氮气与氧气在高温下反应生成一氧化氮，一氧化氮有毒，为空气污染物，B正确；N2在空气中约占空气体积的，C错误；在反应3Mg＋N2Mg3N2中，氮元素化合价降低，N2作氧化剂，D正确。 题组二　一氧化氮和二氧化氮 5.（鲁科版习题）关于收集一氧化氮和二氧化氮两种气体的方法，下列叙述中正确的是（　　） A.都可用排水法 B.一氧化氮用排水法，二氧化氮用向上排空气法 C.都可用向上排空气法 D.一氧化氮用向上排空气法，二氧化氮用排水法 解析：B　NO与空气中的氧气反应，NO2与水发生反应。 6.要除去混入NO中的少量NO2，应将气体通过下列试剂中的（　　） A.Na2CO3溶液 B.NaHCO3溶液 C.H2O D.浓硫酸 解析：C　NO2可与水发生反应：3NO2＋H2O2HNO3＋NO，故用水即可以除去NO2，同时还能产生NO，H2O是最理想的除杂试剂，C项符合题意；而A、B项中Na2CO3和NaHCO3可与HNO3反应，产生新的杂质气体CO2；D项中浓硫酸不能与NO2反应，不能除去NO2。 7.下列对NO、NO2的描述，错误的是（　　） A.NO2是红棕色气体，易溶于水，能与水反应 B.NO可以用排水法收集，但不能由N2和O2直接化合而得到 C.NO、NO2在一定条件下可相互转化，且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 解析：B　NO2是红棕色气体，易溶于水并与水反应：3NO2＋H2O2HNO3＋NO， A正确；NO难溶于水，可以用排水法收集，在放电时可由N2和O2直接化合而得到NO，B错误；NO与O2发生反应产生NO2，NO2溶于水反应产生硝酸和NO，因此二者在一定条件下可相互转化，且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物，C正确；NO、NO2都有毒，且汽车发动时，在电火花作用下N2和O2化合产生NO，NO是汽车尾气的有害成分之一，D正确。 8.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的体积比是（　　） A.1∶2 B.2∶5 C.3∶7 D.无法确定 解析：C　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。 9.汽车尾气处理装置中，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NO为氧化剂，N2为氧化产物 B.汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2 C.NO和O2必须在催化剂表面才能反应 D.催化转化总化学方程式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2 解析：D　N2为还原产物；汽车尾气中的N2不是污染物；NO和O2的反应不需要催化剂；根据题中的图示，可将反应的过程分成如下两步写：2NO＋O22NO2，2NO2＋4CON2＋4CO2，将两步反应方程式合并可得总化学方程式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2。 10.自然界的氮循环如下图所示，下列说法错误的是（　　） A.①中N2与O2反应生成NO B.②中合成氨属于人工固氮 C.③中氮元素被氧化 D.氧元素参与了氮循环 解析：C　空气中氮气与氧气在打雷闪电时放电作用下发生反应：N2＋O22NO，NO与O2反应：2NO＋O22NO2，A正确；工业合成氨是将N2与H2在一定条件下反应生成NH3，属于人工固氮，B正确；③中细菌还原硝酸根离子中＋5价的氮，生成无污染的0价的氮气，所以③中氮元素被还原，而不是被氧化，C错误； 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，有氧元素参与，NO2易与H2O反应生成HNO3和NO，3NO2＋H2O2HNO3＋NO，氧元素参加了氮循环，D正确。 11.自然界中时刻存在着氮的转化。实现氮按照一定方向转化一直是科学领域研究的重要课题，如图为N2分子在催化剂的作用下发生的一系列转化示意图： 下列叙述正确的是（　　） A.催化剂b上发生反应的方程式为4NH3＋5O24NO＋6H2O B.在催化剂a作用下，N2发生了氧化反应 C.N2很稳定，不支持任何物质的燃烧 D.催化剂a、b表面均有非极性共价键的生成 解析：A　根据催化剂表面反应的分子模型，可以写出化学方程式：4NH3＋5O24NO＋6H2O，A正确；在催化剂a作用下，N2→NH3，氮原子化合价从0价降低至－3价，发生了还原反应，B错误；催化剂a、b表面生成物是NH3 、NO和H2O，没有非极性共价键的生成，D错误。 12.如图所示，试管中盛装的气体呈红棕色，当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水面继续上升，经过多次重复后，试管被水充满，对原试管中盛装的气体说法正确的是（　　） A.可能是N2与NO2的混合气体 B.可能是NO气体 C.可能是NO与NO2的混合气体 D.只可能是NO2一种气体 解析：C　试管中盛装的气体呈红棕色，那么一定有二氧化氮存在。根据题述现象可知，原试管中盛装的气体的成分可能为①NO2、②NO2和O2（少量）、③NO2和NO等。 13.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装置D D.装置E中碱石灰的作用是吸收尾气 解析：C　要制备氮化镁，需要除去空气中的O2、CO2和水蒸气，则装置A、B中可依次加入NaOH溶液、浓硫酸，A错误；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，B错误；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，C正确；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，D错误。 14.工业制HNO3的过程中排放的NO2和NO常用NaOH溶液吸收，反应的化学方程式为NO＋NO2＋2NaOH2NaNO2＋H2O、2NO2＋2NaOHNaNO2＋NaNO3＋H2O，NO不能被NaOH溶液吸收。若同温同压下NO2与NO的体积之比如下，其中不能被NaOH溶液完全吸收的是（　　） A.1∶1 B.1∶3 C.2∶1 D.3∶1 解析：B　根据NO＋NO2＋2NaOH2NaNO2＋H2O可知，当NO2与NO的体积之比为1∶1时，恰好被完全吸收，A不符合题意；当NO2与NO的体积之比为1∶3时，NO过量，过量的NO不能被NaOH溶液吸收，B符合题意；当NO2与NO的体积之比为2∶1或3∶1时，反应后NO2过量，由2NO2＋2NaOHNaNO2＋NaNO3＋H2O可知，过量的NO2可以直接被NaOH溶液完全吸收，C、D不符合题意。 15.某活动小组利用如图装置验证NO的还原性及探究工业生产硝酸的原理（装置气密性已检查完毕）。 Ⅰ.向广口瓶中通入NO并测定NO的体积 （1）通入NO前，从滴定管中向广口瓶中加入水； （2）从导管a通入一定量的NO，并记录滴定管液面变化的示数为V L（V＜0.05，气体体积已换算为标准状况）。 Ⅱ.验证NO的还原性、探究工业生产硝酸的原理 （1）停止通入NO后关闭K1、K3，打开K2，从导管b缓缓通入O2，可观察到的现象是气体先变为红棕色，然后逐渐变浅，直至无色，写出对应现象的化学反应方程式2NO＋O22NO2、3NO2＋H2O2HNO3＋NO； （2）继续通入O2，打开K3并及时调整滴定管； （3）液面与广口瓶中液面相平， 直至广口瓶中刚好充满液体。 ①当通入氧气的体积为V L时，则广口瓶中剩余的气体体积为　 L　； ②当广口瓶中刚好充满液体时，所得溶液的物质的量浓度为　　mol·L－1。 解析：（3）①NO遇到O2生成红棕色的NO2，NO2与水反应生成HNO3和NO，上述两个反应的化学方程式合并可得：4NO＋3O2＋2H2O4HNO3，反应掉NO的体积为 V（NO）＝V（O2）＝V L×＝V L，剩余气体体积为 L；②生成HNO3的物质的量为n（HNO3）＝n（NO）＝ mol，c（HNO3）＝＝ mol·L－1。 11 / 11 学科网（北京）股份有限公司 $