专题04 氮的固定（期中复习讲义）高一化学下学期苏教版

专题04 氮的固定（期中复习讲义） 内 容 导 航 明·期中考情 把握命题趋势，明确备考路径 理·要点归纳 梳理核心脉络，扫除知识盲区 破·重难题型 题型分类突破，方法技巧精讲 题型01 自然界中的氮循环与氮的固定 题型02 氮气及其氧化物 题型03 氮氧化物与水反应的有关计算 题型04 工业合成氨 过·分层验收 阶梯实战演练，验收复习成效 核心考点 复习目标 考情规律 氮气(N2)的结构与性质 1. 描述氮气的物理性质 2. 解释氮气化学性质稳定的微观原因（键能角度） 3. 书写氮气与氢气、氧气、镁反应的化学方程式。 多以选择题考查氮气的用途（保护气）及性质稳定性，或结合实验情境考查$Mg$在空气中燃烧的产物分析。 氮的固定概念及分类 1. 界定氮的固定的概念， 2. 区分自然固氮与人工固氮的具体实例 3. 评价不同固氮方式的条件差异及对环境的影响。 常以STS（科学·技术·社会）背景出现，考查对固氮概念的本质理解，判断题或选择题高频点。 工业合成氨及条件选择 1. 分析合成氨反应的热力学与动力学特征 2. 解释工业生产中温度、压强、催化剂选择的合理性 3. 阐述提高原料利用率的具体措施。 综合题热点，结合勒夏特列原理考查条件优化，常涉及图像分析（如转化率随温度/压强变化曲线）。 氮氧化物(NO, NO2)的性质与转化 1. 识别NO与NO2的物理性质差异（颜色、溶解性） 2. 书写NO氧化及$NO_2$与水反应的化学方程式 3. 计算简单的气体体积变化或剩余气体成分。 实验题常客，考查尾气处理（碱液吸收）、气体收集方法及环保问题（光化学烟雾、酸雨成因）。 要点01 氮气(N2)的结构与性质 1．氮元素的位置、结构与存在 (1)氮元素位于元素周期表的第二周期、第ⅤA族。氮原子的最外电子层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。因此，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)氮元素在自然界中主要以氮分子的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。 2．氮气的物理性质 N2是一种无色、无味的气体，ρ(N2)＜ρ(空气)，难溶于水。 3．氮气的结构与化学性质 (1)N2的结构 N2的结构式为N≡N，氮氮键很难断裂，化学性质很稳定。 (2)化学性质 N2在高温、放电等条件下，N2获得足够的能量，使N≡N断裂。写出N2与Mg、H2、O2反应的化学方程式。 ①3Mg＋N2Mg3N2；②； ③N2＋O22NO。 特｜别｜提｜醒 1.从元素化合价分析：氮气既有氧化性又有还原性；从物质分类分析：氮气能与金属单质反应，也能与某些非金属单质反应。 2.Mg3N2是离子化合物，遇水强烈水解。 要点02 氮的固定概念及分类 氮的固定：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程。 (1)自然固氮： ①豆科植物根部的根瘤菌把空气中的氮气转变为硝酸盐等含氮的化合物。 ②在放电条件下，空气中少量的氮气与氧气化合生成氮的氧化物，这些氮的氧化物随降水进入土壤和水体。 N2 + O22NO 2NO + O2=2NO2 3NO2 + H2O=2HNO3 + 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。 (2)人工固氮：人类通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物，最重要的人工固氮途径就是工业合成氨。 特｜别｜提｜醒 1.N2不能通过一步反应生成NO2 2.氮的固定是由单质转化为化合物。 要点03 工业合成氨及条件选择 1．合成氨反应的特点 (1)反应 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。 (2)特点 ①放热反应(ΔH<0)； ②反应过程中气体分子总数减小； ③可逆反应。 2．提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较 (1)原理分析 根据合成氨反应的特点，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，应选择的反应条件如表表示： 对合成氨反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率 增大反应物浓度 升高温度 增大压强 使用催化剂 提高平衡混合物中氨的含量 增大反应物浓度 降低温度 增大压强 — (2)数据分析 表中的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况(初始时氮气和氢气的体积比是1∶3)。分析表中数据，结合合成氨反应的特点，讨论应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量。 不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量(体积分数) 温度/℃ 氨的含量/% 0.1 MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4 由表中数据可知，增大压强、降低温度均有利于提高平衡混合物中氨的含量。 (3)在实际生产中，既要考虑氨的产量，又要考虑生产效率和经济效益，综合速率与平衡两方面的措施，得出合成氨的适宜条件： ①浓度：一般采用N2和H2的体积比1∶3，同时增大浓度，这是因为合成氨生产的原料气要循环使用。 ②温度：合成氨是放热反应，降低温度虽有利于平衡向正反应方向移动，但温度过低，反应速率过慢，400～500 ℃左右为宜，此温度也是催化剂活性温度范围。 ③压强：合成氨是体积缩小的可逆反应，压强增大，有利于氨的合成，但对设备要求也就很高，所需动力也越大，应选择适当压强，即10 MPa～30 MPa。 ④催化剂：选用铁触媒，能加快反应速率，缩短达到平衡所需时间。 特｜别｜提｜醒 化学反应的调控 化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产中起着重要作用，在实际生产中应当运用对立统一规律，综合化学反应速率和化学平衡规律，既考虑反应进行的快慢，又考虑反应的限度，在这个过程中还要坚持以下三个原则： (1)既要注意外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性。 (2)既要注意温度、催化剂对化学反应速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的要求。 (3)既要注意理论上的需要，又要考虑实际生产(如设备条件、安全操作、经济成本等)的可能性。 要点04 氮氧化物(NO, NO2)的性质与转化 1．物理性质 颜色 状态 气味 毒性 水溶性 NO 无色 气态 无味 有毒 不溶 NO2 红棕色 气态 有刺激性气味 有毒 易溶 2．化学性质 (1)NO在空气中易转化为红棕色的NO2，反应方程式为2NO＋O2===2NO2。 (2)NO2与H2O反应生成HNO3和NO，反应方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 3．NO、NO2的性质及转化 ①2NO＋O2===2NO2 ②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ③2NO＋2CON2＋2CO2 ④2NO2＋4CON2＋4CO2 4．NO、NO2与NaOH溶液的反应 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O 特｜别｜提｜醒 （1）验证某无色气体为NO的方法是向无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。 （2）NO能用排水法收集，不能用排空气法收集；而NO2能用向上排空气法收集，不能用排水法收集。 题型一 自然界中的氮循环与氮的固定 【典例1】（23-24高一下·江苏无锡·期中）氮气属于地球大气的主要成分，它是地球生命循环——氮循环的重要组成部分，下列关于氮气的说法错误的是 A．氮气不燃烧，也无法支持燃烧，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，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气 D．氮气可用于食品保鲜 【答案】A 【解析】A．氮气可支持镁的燃烧，A错误； B．氮气的沸点为-196℃，故液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境，B正确； C．利用氮气的稳定性，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气，C正确； D．氮气化学性质不活泼，可用于食品保鲜，D正确； 故选A。 【变式1】（25-26高一下·江苏南京·月考）下列反应中，属于氮的固定的是 A．NH3和CO2合成CO(NH2)2 B．NO遇空气中的O2生成NO2 C．空气中的N2与O2放电时生成NO D．NH3催化氧化生成NO 【答案】C 【解析】A．反应物中的氮元素已经是化合态，该反应是化合态氮之间的转化，不属于氮的固定，A错误； B．反应物NO中的氮元素为化合态，该反应是化合态氮之间的转化，不属于氮的固定，B错误； C．反应物是游离态的氮，反应后生成化合态的NO，符合氮的固定的定义，C正确； D．反应物中的氮元素为化合态，该反应是化合态氮之间的转化，不属于氮的固定，D错误； 故选C。 【变式2】（25-26高一下·江苏无锡·月考）如图为氮元素的“价-类二维图”，箭头表示物质之间可转化，有关推断不合理的是 A．雷雨天可实现B→C→D→E→F转化，其中B→C实现了自然固氮 B．CD排放到大气中会造成酸雨 C．B化学性质稳定，可用作保护气 D．D可与水反应，该反应中氧化剂与还原剂之比为 【答案】D 【分析】由图可知，A为氨气、B为氮气、C为一氧化氮、D为二氧化氮或四氧化二氮、E为硝酸、F为硝酸盐、G为一水合氨、H为铵盐。 【解析】A．雷雨天氮气和氧气放电生成NO（B→C，属于自然固氮），NO被氧气氧化为NO2（C→D），NO2和水反应生成硝酸（D→E），硝酸与土壤中矿物质反应生成硝酸盐（E→F），该转化可实现，A正确； B．C为NO、D为NO2，二者排放到大气中会最终转化为硝酸，造成硝酸型酸雨，B正确； C．B为，分子中存在氮氮三键，键能大，化学性质稳定，可用作保护气，C正确； D．D为，与水反应的方程式为，反应中，1个分子作氧化剂，2个分子作还原剂，氧化剂与还原剂之比为，不是，D错误； 故选D。 归｜纳｜总｜结 自然界中的氮循环 （1）自然循环 （2）人类活动的影响 ①氮气NH3―→含氮化合物(如铵盐、硝酸等)。 ②化石燃料、农作物的秸秆燃烧等所产生的氮氧化物参与氮的循环。 题型二 氮气及其氧化物 【典例1】关于氮氧化物的说法正确的是 A．氮氧化物一定对人体有害 B．可以用排水集气法收集NO2气体 C．雷电多的地方容易形成酸雨 D．收集NO要用排水集气法 【答案】D 【解析】A．极稀的一氧化氮可调节血管紧张度，降低血压，调节血液循环，氮氧化物不一定都是害处，故A错误； B．二氧化氮与水反应生成硝酸和NO，不能选排水法收集，故B错误； C．空气中的氮气和氧气在雷电作用下生成NO，而造成酸雨的主要气体是二氧化硫，故C错误； D．NO能与氧气反应，而NO难溶于水，因此可用排水集气法收集NO，故D正确； 故选：D。 【变式1】氮气是大气中含量最多的气体，下列有关氮气的说法正确的是 ①氮元素的非金属性较强，所以氮气是一种活泼的非金属单质 ②常温下，既能与反应，又能与反应 ③通过灼热的镁粉除去中的 ④“雷雨发庄稼”是指雷雨时可增加土壤中氮肥的含量，此变化属于氮的固定 ⑤3 mol 与1 mol混合反应生成，转移电子的数目小于6×6.02×1023 A．①②③④⑤ B．②③④⑤ C．②④⑤ D．④⑤ 【答案】D 【解析】①氮气因结构稳定，常温不活泼，①错误； ②常温下不与或反应，②错误； ③灼热的镁粉会同时与和反应，③错误； ④“雷雨发庄稼”属于自然固氮，④正确； ⑤因反应可逆，转移电子数小于理论值，⑤正确； 故答案选D。 【变式2】有报道称“氮气能有效减少轮胎的噪音，延长轮胎使用寿命”，关于氮气的性质的说法，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．在水中溶解度小(通常情况下) D．跟氢气在一定条件下发生反应，氮气是氧化剂 【答案】B 【解析】A．氮气分子中存在牢固的氮氮三键，通常情况下化学性质稳定，不易发生反应，A正确； B．氮气与氧气反应需要高温或放电条件，生成一氧化氮，但氮气本身不会在氧气中“燃烧”，B错误； C．氮气在水中的溶解度极低，属于难溶气体，C正确； D．氮气与氢气合成氨时，氮元素化合价从0降至-3，氮气被还原，故作为氧化剂，D正确； 故选B。 解｜题｜技｜巧 氮氧化物污染的处理方法 （1）碱液吸收法：NO2、NO的混合气体能被足量的烧碱溶液完全吸收的条件是n（NO2）≥n（NO），一般适用于工业尾气中NOx的处理。2NO2＋2NaOH NaNO3＋NaNO2＋H2O， NO2＋NO＋2NaOH2NaNO2＋H2O。 （2）催化转化：在催化剂条件下，NOx可与氨反应转化为无毒气体（N2）和H2O或与CO反应转化为无毒气体（N2和CO2）。一般适用于汽车尾气的处理。 题型三 氮氧化物与水反应的有关计算 【典例1】将盛有和的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2 mL无色气体，则原混合气体中的体积是 A．1.2 mL B．2.4 mL C．3.6 mL D．5 mL 【答案】A 【解析】A．若剩余的2mL无色气体为NO，根据，生成2mL NO需要消耗6mL ，剩余气体，该6mL混合气体按恰好反应，其中体积为，A正确； B．若体积为2.4mL，则体积为9.6mL，二者按物质的量之比4∶1恰好完全反应，无气体剩余，不符合题意，B错误； C．若体积为3.6mL，则体积为8.4mL，8.4mL 完全反应消耗体积为，剩余体积为，不符合题意，C错误； D．若体积为5mL，则体积为7mL，7mL 完全反应消耗体积为，剩余体积为，不符合题意，D错误； 答案选A。 【变式1】在同温同压下，将等体积混合而成的四组气体：①；②；③；④，分别通入体积相同的试管，并立即倒立于如图所示的水槽中，待试管内液面稳定后，剩余气体体积依次为、、、，则剩余气体体积最多的是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】在同温同压下，将①②③④等体积混合而成的气体分别通入体积相同的试管，并立即倒立于水槽中。 ①和能反应：，一氧化氮和水不反应，根据方程式知，气体减少的体积是二氧化氮的，二氧化氮占混合气体的，则试管内气体减少的体积为试管体积的，故水面上升的高度为试管的，剩余气体体积为试管高度的； ②二氧化氮和氧气、水能反应生成硝酸，根据方程式知，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，则混合气体减少的体积为试管体积的，故水面上升的高度为试管的，剩余气体体积为试管高度的； ③氯化氢全部溶于水，氮气不溶，则试管内气体减少的体积为试管体积的，故水面上升的高度为试管的，剩余气体体积为试管高度的； ④SO3与水反应生成H2SO4，试管内气体减少的体积为试管体积的，故水面上升的高度为试管的，剩余气体体积为试管高度的； 综上①中剩余气体体积最多，最大，A符合题意。 【变式2】如图所示，在注射器里吸入20 mL NO（标准状况下），然后吸入5 mL水。若再吸入30 mL空气（标准状况，按O2占空气总体积计算），夹住弹簧夹，让内外大气压相同，观察现象。下列叙述不正确的是 A．可观察到注射器的活塞缓缓向左移动 B．可观察到注射器内气体由无色变成红棕色，最后变成无色 C．最终剩余气体体积约为30 mL D．所得硝酸的浓度约为0.07 mol·L-1（假设所得硝酸的体积与吸入水的体积相同） 【答案】C 【解析】A．在注射器中发生的反应为和，可以看出均为气体分子数减小反应，故活塞缓缓向左移动，A项正确； B．一氧化氮与氧气发生反应生成二氧化氮，二氧化氮与水发生反应生成硝酸和一氧化氮，标准状况下，气体体积之比等于其物质的量之比，根据可以列出，消耗的氧气为，参与反应的一氧化氮为12mL，生成了12mL二氧化氮，此反应中气体体积减小6mL， 根据(5mL水过量)可以列出，12mL的二氧化氮参与反应生成了4mL的一氧化氮，最终剩余的气体为NO，故可观察到注射器内气体由无色变成红棕色，最后变成无色，B项正确； C．标准状况下，气体体积之比等于其物质的量之比，根据可以列出，消耗的氧气为，参与反应的一氧化氮为12mL，生成了12mL二氧化氮，此反应中气体体积减小6mL， 根据(5mL水过量)可以列出，12mL的二氧化氮参与反应生成了4mL的一氧化氮，故此反应中气体体积减小了8mL，最终剩余体积约为20mL+30mL-6mL-8mL=36mL，C项错误； D．根据C选项中分析可得，参与反应的二氧化氮体积为12mL，根据方程式，可以列出，硝酸的浓度，D项正确； 故选C。 解｜题｜技｜巧 1．氮氧化物与水相关反应原理 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ① 2NO＋O2===2NO2 ② 由方程式①×2＋②得： 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 ③ 由方程式①×2＋②×3得： 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 ④ 2．氮的氧化物溶于水的三种类型 (1)NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应①：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③： x＝ 0<x< x＝ x> 反应情况 O2过量，剩余气体为O2 恰好完全反应，无气体剩余 NO2过量又发生反应①，只剩余NO (3)NO和O2的混合气体：NO、O2的混合气体溶于水时涉及反应④： x＝ 0<x< x＝ x> 反应情况 O2过量，剩余O2 恰好完全反应，无气体剩余 NO过量，剩余NO 题型四 工业合成氨 【典例1】下图为工业合成氨的流程图，下列有关说法不正确的是 A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以增大反应速率 C．步骤③④⑤均有利于提高原料的平衡转化率 D．液态除可生产化肥外，还可作制冷剂 【答案】C 【分析】为了防止催化剂中毒，氮气、氢气干燥净化后加压，在催化剂加热到500°C反应后将氨气液化及时分离出液态氨，将氮气、氢气循环再利用，提高原料的利用率。 【解析】A．工业合成氨中，原料气中的杂质（如CO、硫的化合物等）会导致催化剂中毒，步骤①“净化”可除去杂质，防止催化剂失去活性，A正确； B．合成氨反应为（正反应气体体积减小），加压会增大反应物浓度使反应速率加快，同时平衡向正反应方向移动，提高原料转化率，B正确； C．步骤③为催化反应（500℃，催化剂），催化剂不影响平衡转化率；500℃高温因合成氨正反应放热，会使平衡逆向移动，降低平衡转化率；步骤④液化分离使平衡正向移动，步骤⑤循环未反应气体提高利用率，但步骤③不利于提高平衡转化率，C错误； D．液态可用于生产氮肥（如NH4HCO3等），且液氨汽化吸热，可作制冷剂，D正确； 故选C。 【变式1】不同催化剂下合成氨反应的历程如图，吸附在催化剂表面的物种用“*”表示。下列说法正确的是 A．N2浓度过大，不利于产物分子解吸，反应速率可能变慢 B．合成氨反应应选用催化剂A C．及时分离出氨气能加快合成氨反应的速率 D．常温常压下，合成氨反应速率慢的根本原因是破坏H-H需要吸收的能量太大 【答案】A 【解析】A．N2浓度过大，不利于产物分子解吸，可能导致反应速率变慢，A正确； B．由图可知，采用催化剂B时，反应的活化能较低，则催化剂B的催化效率更好，B错误； C．及时分离出氨气，降低生成物浓度，反应速率减小，C错误； D．常温常压下，合成氨反应速率慢的根本原因是破坏需要吸收的能量太大，D错误； 故选A。 【变式2】下列关于工业合成氨反应的说法正确的是 A．使用铁做催化剂，可提高合成氨反应的速率和平衡转化率 B．左右比室温更有利于合成氨的反应，提高的平衡转化率 C．合成氨采用，因为该压强下铁触媒的活性最高 D．合成氨工业采用高压，不仅能提高转化率，还能缩短到达平衡的时间 【答案】D 【解析】A．催化剂只能加快反应速率，不影响平衡转化率，A错误； B．500℃高温会降低平衡转化率（因反应放热），但实际选择该温度是为了催化剂活性和反应速率，B错误； C．高压主要促进平衡正向移动，而非因催化剂活性，C错误； D．高压既提高转化率（平衡移动）又加快反应速率（浓度增加），缩短平衡时间，D正确； 故选D。 期中基础通关练（测试时间：10分钟） 1．（24-25高一下·江苏淮安·期中）氮气常用作白炽灯泡中钨丝的保护气，这是因为 A．氮气是空气中最多的气体，原料丰富 B．氮气难溶于水 C．氮气是无色无味的气体 D．氮气很不活泼，非常稳定 【答案】D 【分析】保护气的作用需具备化学稳定性，尤其在高温下不与内部材料反应。氮气因分子结构稳定（N≡N键能大），常温及高温下均难与其他物质反应，能有效隔绝氧气，防止钨丝氧化。 【解析】A．氮气是空气中最多的气体，原料丰富，与作保护气的要求无关，A错误； B．氮气难溶于水，与作保护气的要求无关，B错误； C．氮气是无色无味的气体，与作保护气的要求无关，C错误； D．氮气很不活泼，非常稳定，常温及高温下均难与其他物质反应，能有效隔绝氧气，防止钨丝氧化，满足氮气作保护气的要求，D正确； 故选D。 2．（24-25高一下·江苏连云港·期中）将空气中游离态的氮转化成含氮化合物叫作氮的固定。下列反应中属于氮的固定的是 A．雷电时空气中的与反应生成 B．由与制 C．由氨基酸合成人体所需的蛋白质 D．硝酸盐在细菌作用下生成氮气 【答案】A 【解析】A．雷电时氮气和氧气反应生成NO，是在自然条件下的氮的固定，A符合； B．由与制为化合物的转化，不属于氮的固定，B不符合； C．由氨基酸合成人体所需的蛋白质为化合物的转化，不属于氮的固定，C不符合； D．硝酸盐在细菌作用下生成氮气为化合物转化为单质，不属于氮的固定，D不符合； 故选A。 3．在半导体光催化作用下，N2被光催化材料捕获，并实现“N2→NH3”的转化，其转化如图所示。下列说法错误的是 A．此方法属于人工固氮技术 B．反应中有极性键、非极性键的断裂和形成 C．氮气在反应中被氧化，体现了还原性 D．该反应的化学方程式是2N2+6H2O4NH3+3O2 【答案】C 【解析】A．人工固氮是将游离态氮转化为化合态氮的过程，该反应中N2转化为NH3，属于人工固氮技术，A正确； B．反应中N2断裂N≡N非极性键，H2O断裂H-O极性键；生成NH3形成N-H极性键，生成O2形成O=O非极性键，存在极性键、非极性键的断裂和形成，B正确； C．N2中N为0价，NH3中N为-3价，N元素化合价降低，氮气被还原，体现了氧化性，C错误； D．根据转化关系，N2和H2O在光照、催化剂条件下生成NH3和O2，配平后方程式为2N2+6H2O4NH3+3O2，D正确； 答案选C。 4．关于氮氧化物的说法正确的是 A．氮氧化物一定对人体有害 B．可以用排水集气法收集NO2气体 C．雷电多的地方容易形成酸雨 D．收集NO要用排水集气法 【答案】D 【解析】A．极稀的一氧化氮可调节血管紧张度，降低血压，调节血液循环，氮氧化物不一定都是害处，故A错误； B．二氧化氮与水反应生成硝酸和NO，不能选排水法收集，故B错误； C．空气中的氮气和氧气在雷电作用下生成NO，而造成酸雨的主要气体是二氧化硫，故C错误； D．NO能与氧气反应，而NO难溶于水，因此可用排水集气法收集NO，故D正确； 故选：D。 5．（25-26高一下·江苏无锡·月考）如图为氮元素的“价-类二维图”，箭头表示物质之间可转化，有关推断不合理的是 A．雷雨天可实现B→C→D→E→F转化，其中B→C实现了自然固氮 B．CD排放到大气中会造成酸雨 C．B化学性质稳定，可用作保护气 D．D可与水反应，该反应中氧化剂与还原剂之比为 【答案】D 【分析】由图可知，A为氨气、B为氮气、C为一氧化氮、D为二氧化氮或四氧化二氮、E为硝酸、F为硝酸盐、G为一水合氨、H为铵盐。 【解析】A．雷雨天氮气和氧气放电生成NO（B→C，属于自然固氮），NO被氧气氧化为NO2（C→D），NO2和水反应生成硝酸（D→E），硝酸与土壤中矿物质反应生成硝酸盐（E→F），该转化可实现，A正确； B．C为NO、D为NO2，二者排放到大气中会最终转化为硝酸，造成硝酸型酸雨，B正确； C．B为，分子中存在氮氮三键，键能大，化学性质稳定，可用作保护气，C正确； D．D为，与水反应的方程式为，反应中，1个分子作氧化剂，2个分子作还原剂，氧化剂与还原剂之比为，不是，D错误； 故选D。 6．发射卫星的运载火箭，其推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷出。引燃后产生的高温气体主要是CO2、H2O、N2、NO，这些气体均为无色，但在卫星发射场看到火箭喷出大量“红烟”，产生“红烟”的原因是 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 【答案】B 【解析】火箭推进剂引燃后产生的高温气体主要是CO2、H2O、N2、NO，这些气体均为无色，但在卫星发射场看到火箭喷出大量“红烟”，这是由于NO不稳定，容易被空气中O2氧化产生NO2，产物NO2是红棕色气体，反应方程式为2NO+O2=2NO2，故合理选项是B。 7．氮元素在自然界中的循环如图，下列说法正确的是 A．①属于人工固氮 B．②过程中和反应生成NO C．③属于自然固氮 D．自然界中N仅以游离态的形式存在 【答案】B 【解析】A．①中N2被大豆中根瘤菌转化为氮的化合物，是自然固氮，A错误； B．②过程中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，B正确； C．③中N2与H2在高温、高压、催化剂条件下反应产生NH3，是将游离态的氮转化为氮的化合物，因此合成氨属于人工固氮，C错误； D．自然界中存在含氮的硝酸盐等物质，故自然界中N不仅以游离态的形式存在，还存在化合态的氮，D错误； 故选B。 8．已知：3NO2+H2O=2HNO3+NO。盛满NO2气体的试管，倒置在水槽中，反应后，液面上升的高度是试管的 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】根据反应可知，反应生成的硝酸直接溶于水中，造成试管内压力减小，3体积的二氧化氮变为1体积的一氧化氮，水槽内的水会压入试管，随着反应的进行，最终试管内存留三分之一试管容量的气体，液体上升的高度是试管的三分之二； 答案选C。 9．目前，汽车尾气系统中均安装了催化转化器，反应原理如图所示。下列说法错误的是 A．NO是一种无色气体，不溶于水 B．NO转化为不属于氮的固定 C．CO在该过程中发生还原反应 D．该催化转化器的使用可以减少汽车尾气污染 【答案】C 【解析】A．NO确实是一种无色且不溶于水的气体，A正确； B．氮的固定是将游离态的氮(即氮气)转化为含氮化合物，图中汽车尾气中的CO和NO在催化剂作用下反应生成CO2和N2，不属于氮的固定，B正确； C．CO在该过程中转化为CO2，碳元素的化合价由+2价升至+4价，CO被氧化，发生氧化反应，C错误； D．催化转化器将有害的CO和NO转化为无害的CO2和N2，有利于减少汽车尾气污染，D正确； 故选C。 10．汽车尾气中的NO是造成大气污染的物质之一，但NO又是工业生产硝酸的中间产物，另外NO在人体的血管系统内又有传送信息的功能，有三位教授因此项研究成果而获得诺贝尔奖。 (1)汽车尾气中NO的来源是___________(填字母)。 A．汽油、柴油中含氮，是其燃烧产物 B．是空气中的N2与汽油、柴油的反应产物 C．是空气中的N2与O2在汽车汽缸内的高温环境下的反应产物 D．是汽车高温尾气导致了空气中N2与O2的化合反应 (2)写出NO造成酸雨的两个化学方程式：___________、___________。 (3)控制或者减少城市汽车尾气污染的方法可以有___________(填字母)。 A．开发氢能 B．使用电动车 C．使用含铅汽油 D．严禁车辆行驶 (4)为了降低汽车尾气对大气的污染，目前最有效的方法是给汽车安装尾气净化装置。它能将尾气中的CO和NO在催化剂作用下，发生反应转化为无害气体，其反应的化学方程式为___________。 【答案】(1)C (2) 2NO＋O2=2NO2 3NO2＋H2O=2HNO3＋NO (3)AB (4)2NO＋2CON2＋2CO2 【解析】（1）A．汽油、柴油中氮含量少，不是主要来源，A不选； B．N2 与汽油/柴油反应不直接生成 NO，B不选； C．在汽车发动机的高温高压环境下，空气中的氮气和氧气发生反应生成一氧化氮，C选； D．反应发生在汽缸内高温环境，不是尾气排放后，D不选； 故选C； （2）NO 本身不直接导致酸雨，但在空气中易被氧化成二氧化氮。NO2与水反应生成硝酸，硝酸是酸雨的主要成分之一。第一个方程式表示 NO 氧化为 NO2；第二个方程式表示 NO2 转化为硝酸：2NO+O2=2NO2；3NO2+H2O=2HNO3+NO； （3）A．氢燃料燃烧产物是水，无污染物排放，可减少尾气污染，A选； B．电动车不产生尾气，直接从源头消除污染，B选； C．含铅汽油会增加铅污染和有害颗粒物排放，已被淘汰，C不选； D．不切实际，无法作为有效控制方法，D不选； 故选AB； （4）由CO与NO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体可知，该反应是以NO为氧化剂，将CO氧化为CO2，而本身被还原为N2，反应的化学方程式为2NO＋2CO2CO2＋N2。 期中重难突破练（测试时间：15分钟） 1．（23-24高一下·江苏常州·期中）氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法正确的是 A．根瘤菌能把空气中的转化为作为自身的养料 B．“雷雨发庄稼”涉及的物质转化：硝酸盐 C．土壤中的硝酸盐被细菌分解转化为的过程属于生物固氮 D．用稀处理试管上附着的银： 【答案】A 【解析】A．生物固氮是固氮菌把空气中的N2转化为NH3或铵态氮肥作为自身的养料，故A正确； B．“雷雨发庄稼”涉及的物质转化中，N2与O2在放电的条件下生成NO，但是NO和H2O不能反应，故B错误； C．生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮气还原成氨的过程，故C错误； D．用稀处理试管上附着的银的离子方程式为：，故D错误； 故选A。 2．（2025高二上·江苏·学业考试）部分含氮物质在自然界的循环过程如图所示，下列说法不正确的是 A．N2分子中存在，性质稳定 B．N2转化为的过程属于氮的固定 C．硝化反应属于氧化还原反应 D．无法直接转化为N2 【答案】D 【解析】A．N2分子中存在，键能很大，性质稳定，故A正确； B．氮的固定是指单质氮转变为含氮化合物的过程，故N2转化为的过程属于氮的固定，故B正确； C．硝化反应中，转化为，氮元素化合价从-3价升高到+3价，再转化为，氮元素化合价从+3价升高到+5价，两个过程均有化合价变化，故硝化反应属于氧化还原反应，故C正确； D．由图可知，与直接反应，转化为N2，故D错误； 故选D。 3．（25-26高一下·江苏苏州·月考）在给定条件下，下列物质间所示的转化可以实现的是 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】A．N2与O2在放电条件下反应生成NO，无法直接得到NO2，A错误； B．NO不溶于水也不与H2O发生反应，不能直接生成HNO3，B错误； C．NO与CO在高温、催化剂条件下发生汽车尾气净化反应： ，可转化为N2，C正确； D．NO中N为价，NH3中N为价，二者在高温、催化剂条件下发生归中反应生成0价的N2，不会生成价的NO2，D错误； 故选C。 4．（24-25高一下·江苏扬州·期末）“氮的固定”对保障人类生存具有重大意义。一种新型合成氨的原理如图所示：下列说法正确的是 A．理论上过程①中每吸收2.24L氮气转移0.6mol电子 B．图中过程①②均属于氮的固定 C．图中过程①②③发生的反应均属于氧化还原反应 D．图中所示过程的总反应方程式为： 【答案】D 【解析】A．过程①的反应方程式为6Li+N2=2Li3N，由于缺少标准状况这个条件，气体摩尔体积Vm不能用22.4L/mol这个数值来计算N2的物质的量，A错误； B．氮的固定是将游离态的氮气转化为化合态，过程①属于氮的固定，过程②的反应方程式为Li3N+3H2O=NH3↑+3LiOH，不属于氮的固定，B错误； C．过程③的反应方程式为，由上述选项的方程式可知，①③是氧化还原反应，过程②不属于氧化还原反应，C错误； D．过程①的反应方程式为6Li+N2=2Li3N，过程②的反应方程式为Li3N+3H2O=NH3↑+3LiOH，过程③的反应方程式为，所以图中所示过程的总反应方程式为，D正确； 故选D。 5．（24-25高一下·江苏苏州·月考）煤燃烧时，烟气中含量随温度和氧气含量的变化如图所示。下列说法正确的是 A．煤燃烧不影响自然界氮循环 B．燃煤过程没有发生氮的固定 C．含氧量越高越不易生成 D．燃煤温度越高污染越重 【答案】D 【解析】A．煤燃烧时发生生成NO的反应，污染环境，影响了氮循环，故A错误； B．燃煤过程中发生了N2到NO的反应，为氮的固定，故B错误； C．由图可知，含氧量越高，烟气中NO浓度越高，越容易生成NO，故C错误； D．由图可知，温度越高，烟气中NO浓度越高，污染越重，故D正确； 故选D。 6．（25-26高一上·江苏·月考）在标准状况下，烧瓶内充满气体，将此烧瓶倒扣在盛水的水槽内（已知），充分反应后（NO不与水反应，也不溶于水），此时烧瓶内溶液的物质的量浓度为 A．0.067 mol/L B．0.045 mol/L C．0.030 mol/L D．0.025 mol/L 【答案】B 【解析】设烧瓶体积为 L。标准状况下，物质的量 mol。根据反应，反应后生成物质的量，NO物质的量。NO不溶于水，占据体积 L。溶液体积 L。溶液的物质的量浓度。故答案选B。 7．（24-25高一下·江苏苏州·期中）燃油汽车行驶中会产生、等多种污染物。如图所示为汽车发动机和催化转化器中发生的部分化学反应。下列说法不正确的是 A．反应I是在高温条件下发生的 B．反应II属于人工固氮 C．物质甲可以和镁反应生成型化合物 D．物质乙和氨气可以合成尿素 【答案】B 【分析】甲和O2反应生成NO，甲含有N元素；NO和CO反应生成N2和CO2，则甲是N2、乙是CO2。 【解析】A．N2和O2在高温条件下反应生成NO，故A正确； B．反应II是NO和CO反应生成N2和CO2，氮的固定是游离态变为化合态，所以不属于人工固氮，故B错误； C．N2可以和镁反应生成Mg3N2，故C正确； D．CO2和NH3反应生成尿素和水，故D正确； 选B。 8．关工业合成氨的说法错误的是 A．及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动 B．使用铁触媒能降低反应的活化能，使反应物能较快地发生反应 C．工业合成氨温度为，此时原料的平衡转化率最大 D．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒 【答案】C 【解析】A．及时从反应体系中分离出氨气，降低生成物浓度，有利于平衡向正反应方向移动，A正确； B．使用铁触媒能降低反应的活化能，增大单位体积内活化分子数，使反应物能较快地发生反应，B正确； C．合成氨反应是放热反应，工业合成氨温度为时原料的平衡转化率不是最大，C错误； D．原料气需要经过净化处理，目的是防止催化剂中毒，D正确； 答案选C。 9．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 【分析】 根据NO2和O2混合气体倒立于水槽中可能发生的化学反应，若12 mL气体都是NO2，根据化学反应：3NO2+2H2O=2HNO3+NO，剩余气体为4mL，反应后剩余2 mL气体，可知有氧气过量和二氧化氮过量的两种情况；当氧气过量时，化学方程式为：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，根据反应系数，可知氧气的体积；当二氧化氮过量时，则剩余气体是一氧化氮，反应方程式为4NO2+O2+2H2O=4HNO3和3NO2+H2O=2HNO3+NO，据此分析。 【解析】 若氧气过量，则剩余2mL无色气体为氧气，设参加反应的氧气的体积为x，则有： 4x+x=12mL-2mL=10mL，解得：x=2mL 原混合气体中氧气的体积为：2mL+2mL=4mL； 若NO2过量，则剩余2mL无色气体为NO，设氧气的体积为y， ，解得：y=1.2mL，即原混合物中含有1.2mL氧气。 答案选D。 10．（24-25高一下·江苏苏州·月考）废水中的氨氮(、)采用微生物脱氮法、化学沉淀法均可除去，具体原理如下： ①微生物脱氮法：。 ②化学沉淀法：向废水中加入含、的溶液，生成沉淀从而去除氨氮。 下列有关说法正确的是 A．该废水不可直接排放，会造成重金属污染 B．微生物脱氮时可在高温下进行，以增大脱氮的速率 C．步骤a发生反应： D．化学沉淀法脱氮时，溶液的碱性越强，氨氮的去除率越高 【答案】C 【解析】A．该废水中含有、，可使水中藻类植物大量繁殖，造成水体污染，不可直接排放，但无重金属元素，不会造成重金属污染，A错误； B．微生物在高温下会因变性死亡，不能加快脱氮速率，B错误； C．步骤a中在硝化细菌的催化下被氧化为，发生反应的离子方程式为，C正确； D．化学沉淀法脱氮时，若溶液的碱性过强，镁离子转化为Mg(OH)2沉淀，会降低氨氮的去除率，D错误； 故选C。 11．氮元素在海洋中的循环，是整个海洋生态系统的基础和关键，海洋中无机氮的循环过程如图所示。 (1)海洋中的氮循环起始于氮的固定，其中属于固氮作用的一步是___________(填图中的数字序号)。 (2)下列关于海洋氮循环的说法正确的是___________。 A．海洋中存在游离态的氮 B．海洋中的氮循环起始于氮的氧化 C．海洋中的反硝化作用一定有氧气的参与 D．向海洋排放含的废水会影响海洋中的含量 (3)有氧时，在硝化细菌作用下，可实现过程④的转化，将过程④离子方程式补充完整___________。 _________________________________+___________。 【答案】(1)② (2)AD (3) 【解析】（1）氮的固定作用是把游离态的氮发生反应变为化合态的氮元素，即单质变为化合物，图中的固氮过程是②。 （2）A．海洋中溶有部分氮气分子，即有游离态的氮，A正确； B．图中海洋中的氮循环始于N2转化为铵根，N的化合价降低，为还原反应，B错误； C．反硝化过程中N被还原，而氧气一般作为氧化剂参与反应，所以反硝化过程中无氧气，C错误； D．转化关系中硝酸根离子增多，反硝化作用增强，铵根含量升高，会影响铵根离子的含量，D正确； 故答案选AD。 （3）转化为化合价升高+6价，生成2个失去12个电子。根据电子守恒原子守恒，以及图中还有N2O生成，可以得到化学反应方程式：。 12．（25-26高一下·江苏苏州·月考）、和等氮氧化物是空气污染物，含有氮氧化物的尾气需处理后才能排放。 (1)氮氧化物大量排放对环境造成的影响有___________(写出一点)。 (2)的处理。是硝酸生产中氨催化氧化的副产物，用特种催化剂能使分解。与在加热和催化剂作用下生成的化学方程式：___________。 (3)和的处理。已除去的硝酸尾气可用溶液吸收，主要反应： ； ①下列措施能提高尾气中和去除率的有___________(填标号)。 A．加快通入尾气的速率        B．采用气、液逆流的方式吸收尾气 C．吸收尾气过程中定期补加适量溶液 ②吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到晶体，该晶体中的主要杂质是___________(填化学式)； (4)的氧化吸收。用溶液吸收硝酸尾气，可提高尾气中的去除率。其他条件相同，转化为的转化率随溶液初始(用稀盐酸调节)的变化如图所示： ①在酸性溶液中，氧化生成和，其离子方程式为___________。 ②NaClO溶液的初始pH越小，NO转化率越高。其原因是___________。 (5)用尿素吸收氮氧化物是一种可行的方法。尿素在高温条件下与反应转化成无毒气体，该反应的化学方程式为___________。 (6)消除汽车尾气中的时，可用尿素还原，既安全又高效，且产物都是空气中含有的成分。SCR法是工业上消除氮氧化物的常用方法，反应原理为，等物质的量的尿素与氨气可消除的物质的量之比为___________。 【答案】(1)形成酸雨（或光化学烟雾、破坏臭氧层，任写一种即可） (2) (3) BC (4) pH越小，溶液中浓度越大，氧化性更强，转化率越高 (5) (6) 【解析】（1）氮氧化物排放到空气中，可与水反应生成硝酸引发酸雨，也会引发光化学烟雾、破坏臭氧层，任写一种即可。 （2）与在加热、催化剂条件下生成和，根据氧化还原得失电子守恒配平得到方程式。 （3）①A．加快通入尾气速率，气体来不及充分吸收就逸出，会降低去除率，A错误； B．气液逆流增大了气体和溶液的接触面积，吸收更充分，能提高去除率，B正确； C．定期补充，保持反应物浓度，有利于吸收反应进行，提高去除率，C正确； 故选BC。 ②吸收过程中会和反应生成、，因此晶体中混有的主要杂质是。 （4）①根据氧化还原得失电子守恒配平：中Cl从+1价降为-1价，中N从+2价升为+5价，化合价升降的最小公倍数为6，配平后得到离子方程式。 ②溶液中会结合生成，pH越小，浓度越大，浓度越高，氧化性强于，氧化的能力更强，因此转化率越高。 （5）尿素和高温反应生成无毒的、和水，根据归中反应得失电子守恒配平得到方程式。 （6）尿素还原NO的反应为：，可知1 mol尿素可消除；根据题给SCR法反应，可消除，因此等物质的量尿素与氨气消除的物质的量之比为。 1 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题04 氮的固定（期中复习讲义） 内 容 导 航 明·期中考情 把握命题趋势，明确备考路径 理·要点归纳 梳理核心脉络，扫除知识盲区 破·重难题型 题型分类突破，方法技巧精讲 题型01 自然界中的氮循环与氮的固定 题型02 氮气及其氧化物 题型03 氮氧化物与水反应的有关计算 题型04 工业合成氨 过·分层验收 阶梯实战演练，验收复习成效 核心考点 复习目标 考情规律 氮气(N2)的结构与性质 1. 描述氮气的物理性质 2. 解释氮气化学性质稳定的微观原因（键能角度） 3. 书写氮气与氢气、氧气、镁反应的化学方程式。 多以选择题考查氮气的用途（保护气）及性质稳定性，或结合实验情境考查$Mg$在空气中燃烧的产物分析。 氮的固定概念及分类 1. 界定氮的固定的概念， 2. 区分自然固氮与人工固氮的具体实例 3. 评价不同固氮方式的条件差异及对环境的影响。 常以STS（科学·技术·社会）背景出现，考查对固氮概念的本质理解，判断题或选择题高频点。 工业合成氨及条件选择 1. 分析合成氨反应的热力学与动力学特征 2. 解释工业生产中温度、压强、催化剂选择的合理性 3. 阐述提高原料利用率的具体措施。 综合题热点，结合勒夏特列原理考查条件优化，常涉及图像分析（如转化率随温度/压强变化曲线）。 氮氧化物(NO, NO2)的性质与转化 1. 识别NO与NO2的物理性质差异（颜色、溶解性） 2. 书写NO氧化及$NO_2$与水反应的化学方程式 3. 计算简单的气体体积变化或剩余气体成分。 实验题常客，考查尾气处理（碱液吸收）、气体收集方法及环保问题（光化学烟雾、酸雨成因）。 要点01 氮气(N2)的结构与性质 1．氮元素的位置、结构与存在 (1)氮元素位于元素周期表的 周期、第 族。氮原子的最外电子层有 电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。因此，氮原子一般通过 与其他原子相互结合构成物质。 (2)氮元素在自然界中主要以氮分子的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的 中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的 和 中。 2．氮气的物理性质 N2是一种无色、无味的气体，ρ(N2)＜ρ(空气)，难溶于水。 3．氮气的结构与化学性质 (1)N2的结构 N2的结构式为 ，氮氮键很难断裂，化学性质很稳定。 (2)化学性质 N2在 、 等条件下，N2获得足够的能量，使N≡N断裂。写出N2与Mg、H2、O2反应的化学方程式。 ① ；② ； ③ 。 特｜别｜提｜醒 1.从元素化合价分析：氮气既有氧化性又有还原性；从物质分类分析：氮气能与金属单质反应，也能与某些非金属单质反应。 2.Mg3N2是离子化合物，遇水强烈水解。 要点02 氮的固定概念及分类 氮的固定：将大气中 的氮转化为 的过程。 (1)自然固氮： ①豆科植物根部的根瘤菌把空气中的氮气转变为硝酸盐等含氮的化合物。 ②在放电条件下，空气中少量的氮气与氧气化合生成氮的氧化物，这些氮的氧化物随降水进入土壤和水体。 N2 + O22NO 2NO + O2=2NO2 3NO2 + H2O=2HNO3 + 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。 (2)人工固氮：人类通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物，最重要的人工固氮途径就是 。 特｜别｜提｜醒 1.N2不能通过一步反应生成NO2 2.氮的固定是由单质转化为化合物。 要点03 工业合成氨及条件选择 1．合成氨反应的特点 (1)反应 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。 (2)特点 ① 反应(ΔH<0)； ②反应过程中气体分子总数 ； ③ 反应。 2．提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较 (1)原理分析 根据合成氨反应的特点，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，应选择的反应条件如表表示： 对合成氨反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率 反应物浓度 温度 压强 使用催化剂 提高平衡混合物中氨的含量 反应物浓度 温度 压强 — (2)数据分析 表中的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况(初始时氮气和氢气的体积比是1∶3)。分析表中数据，结合合成氨反应的特点，讨论应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量。 不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量(体积分数) 温度/℃ 氨的含量/% 0.1 MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4 由表中数据可知， 压强、 温度均有利于提高平衡混合物中氨的含量。 (3)在实际生产中，既要考虑氨的产量，又要考虑生产效率和经济效益，综合速率与平衡两方面的措施，得出合成氨的适宜条件： ①浓度：一般采用N2和H2的体积比 ，同时增大浓度，这是因为合成氨生产的原料气要循环使用。 ②温度：合成氨是放热反应，降低温度虽有利于平衡向正反应方向移动，但温度过低，反应速率过慢， ℃左右为宜，此温度也是催化剂活性温度范围。 ③压强：合成氨是体积缩小的可逆反应，压强增大，有利于氨的合成，但对设备要求也就很高，所需动力也越大，应选择适当压强，即 。 ④催化剂：选用 ，能加快反应速率，缩短达到平衡所需时间。 特｜别｜提｜醒 化学反应的调控 化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产中起着重要作用，在实际生产中应当运用对立统一规律，综合化学反应速率和化学平衡规律，既考虑反应进行的快慢，又考虑反应的限度，在这个过程中还要坚持以下三个原则： (1)既要注意外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性。 (2)既要注意温度、催化剂对化学反应速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的要求。 (3)既要注意理论上的需要，又要考虑实际生产(如设备条件、安全操作、经济成本等)的可能性。 要点04 氮氧化物(NO, NO2)的性质与转化 1．物理性质 颜色 状态 气味 毒性 水溶性 NO 无色 气态 无味 有毒 不溶 NO2 红棕色 气态 有刺激性气味 有毒 易溶 2．化学性质 (1)NO在空气中易转化为红棕色的NO2，反应方程式为 。 (2)NO2与H2O反应生成HNO3和NO，反应方程式为 。 3．NO、NO2的性质及转化 ①2NO＋O2===2NO2 ②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ③2NO＋2CON2＋2CO2 ④2NO2＋4CON2＋4CO2 4．NO、NO2与NaOH溶液的反应 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O 特｜别｜提｜醒 （1）验证某无色气体为NO的方法是向无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。 （2）NO能用排水法收集，不能用排空气法收集；而NO2能用向上排空气法收集，不能用排水法收集。 题型一 自然界中的氮循环与氮的固定 【典例1】（23-24高一下·江苏无锡·期中）氮气属于地球大气的主要成分，它是地球生命循环——氮循环的重要组成部分，下列关于氮气的说法错误的是 A．氮气不燃烧，也无法支持燃烧，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，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气 D．氮气可用于食品保鲜 【变式1】（25-26高一下·江苏南京·月考）下列反应中，属于氮的固定的是 A．NH3和CO2合成CO(NH2)2 B．NO遇空气中的O2生成NO2 C．空气中的N2与O2放电时生成NO D．NH3催化氧化生成NO 【变式2】（25-26高一下·江苏无锡·月考）如图为氮元素的“价-类二维图”，箭头表示物质之间可转化，有关推断不合理的是 A．雷雨天可实现B→C→D→E→F转化，其中B→C实现了自然固氮 B．CD排放到大气中会造成酸雨 C．B化学性质稳定，可用作保护气 D．D可与水反应，该反应中氧化剂与还原剂之比为 归｜纳｜总｜结 自然界中的氮循环 （1）自然循环 （2）人类活动的影响 ①氮气NH3―→含氮化合物(如铵盐、硝酸等)。 ②化石燃料、农作物的秸秆燃烧等所产生的氮氧化物参与氮的循环。 题型二 氮气及其氧化物 【典例1】关于氮氧化物的说法正确的是 A．氮氧化物一定对人体有害 B．可以用排水集气法收集NO2气体 C．雷电多的地方容易形成酸雨 D．收集NO要用排水集气法 【变式1】氮气是大气中含量最多的气体，下列有关氮气的说法正确的是 ①氮元素的非金属性较强，所以氮气是一种活泼的非金属单质 ②常温下，既能与反应，又能与反应 ③通过灼热的镁粉除去中的 ④“雷雨发庄稼”是指雷雨时可增加土壤中氮肥的含量，此变化属于氮的固定 ⑤3 mol 与1 mol混合反应生成，转移电子的数目小于6×6.02×1023 A．①②③④⑤ B．②③④⑤ C．②④⑤ D．④⑤ 【变式2】有报道称“氮气能有效减少轮胎的噪音，延长轮胎使用寿命”，关于氮气的性质的说法，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．在水中溶解度小(通常情况下) D．跟氢气在一定条件下发生反应，氮气是氧化剂 解｜题｜技｜巧 氮氧化物污染的处理方法 （1）碱液吸收法：NO2、NO的混合气体能被足量的烧碱溶液完全吸收的条件是n（NO2）≥n（NO），一般适用于工业尾气中NOx的处理。2NO2＋2NaOH NaNO3＋NaNO2＋H2O， NO2＋NO＋2NaOH2NaNO2＋H2O。 （2）催化转化：在催化剂条件下，NOx可与氨反应转化为无毒气体（N2）和H2O或与CO反应转化为无毒气体（N2和CO2）。一般适用于汽车尾气的处理。 题型三 氮氧化物与水反应的有关计算 【典例1】将盛有和的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2 mL无色气体，则原混合气体中的体积是 A．1.2 mL B．2.4 mL C．3.6 mL D．5 mL 【变式1】在同温同压下，将等体积混合而成的四组气体：①；②；③；④，分别通入体积相同的试管，并立即倒立于如图所示的水槽中，待试管内液面稳定后，剩余气体体积依次为、、、，则剩余气体体积最多的是 A． B． C． D． 【变式2】如图所示，在注射器里吸入20 mL NO（标准状况下），然后吸入5 mL水。若再吸入30 mL空气（标准状况，按O2占空气总体积计算），夹住弹簧夹，让内外大气压相同，观察现象。下列叙述不正确的是 A．可观察到注射器的活塞缓缓向左移动 B．可观察到注射器内气体由无色变成红棕色，最后变成无色 C．最终剩余气体体积约为30 mL D．所得硝酸的浓度约为0.07 mol·L-1（假设所得硝酸的体积与吸入水的体积相同） 解｜题｜技｜巧 1．氮氧化物与水相关反应原理 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ① 2NO＋O2===2NO2 ② 由方程式①×2＋②得： 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 ③ 由方程式①×2＋②×3得： 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 ④ 2．氮的氧化物溶于水的三种类型 (1)NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应①：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③： x＝ 0<x< x＝ x> 反应情况 O2过量，剩余气体为O2 恰好完全反应，无气体剩余 NO2过量又发生反应①，只剩余NO (3)NO和O2的混合气体：NO、O2的混合气体溶于水时涉及反应④： x＝ 0<x< x＝ x> 反应情况 O2过量，剩余O2 恰好完全反应，无气体剩余 NO过量，剩余NO 题型四 工业合成氨 【典例1】下图为工业合成氨的流程图，下列有关说法不正确的是 A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以增大反应速率 C．步骤③④⑤均有利于提高原料的平衡转化率 D．液态除可生产化肥外，还可作制冷剂 【变式1】不同催化剂下合成氨反应的历程如图，吸附在催化剂表面的物种用“*”表示。下列说法正确的是 A．N2浓度过大，不利于产物分子解吸，反应速率可能变慢 B．合成氨反应应选用催化剂A C．及时分离出氨气能加快合成氨反应的速率 D．常温常压下，合成氨反应速率慢的根本原因是破坏H-H需要吸收的能量太大 【变式2】下列关于工业合成氨反应的说法正确的是 A．使用铁做催化剂，可提高合成氨反应的速率和平衡转化率 B．左右比室温更有利于合成氨的反应，提高的平衡转化率 C．合成氨采用，因为该压强下铁触媒的活性最高 D．合成氨工业采用高压，不仅能提高转化率，还能缩短到达平衡的时间 期中基础通关练（测试时间：10分钟） 1．（24-25高一下·江苏淮安·期中）氮气常用作白炽灯泡中钨丝的保护气，这是因为 A．氮气是空气中最多的气体，原料丰富 B．氮气难溶于水 C．氮气是无色无味的气体 D．氮气很不活泼，非常稳定 2．（24-25高一下·江苏连云港·期中）将空气中游离态的氮转化成含氮化合物叫作氮的固定。下列反应中属于氮的固定的是 A．雷电时空气中的与反应生成 B．由与制 C．由氨基酸合成人体所需的蛋白质 D．硝酸盐在细菌作用下生成氮气 3．在半导体光催化作用下，N2被光催化材料捕获，并实现“N2→NH3”的转化，其转化如图所示。下列说法错误的是 A．此方法属于人工固氮技术 B．反应中有极性键、非极性键的断裂和形成 C．氮气在反应中被氧化，体现了还原性 D．该反应的化学方程式是2N2+6H2O4NH3+3O2 4．关于氮氧化物的说法正确的是 A．氮氧化物一定对人体有害 B．可以用排水集气法收集NO2气体 C．雷电多的地方容易形成酸雨 D．收集NO要用排水集气法 5．（25-26高一下·江苏无锡·月考）如图为氮元素的“价-类二维图”，箭头表示物质之间可转化，有关推断不合理的是 A．雷雨天可实现B→C→D→E→F转化，其中B→C实现了自然固氮 B．CD排放到大气中会造成酸雨 C．B化学性质稳定，可用作保护气 D．D可与水反应，该反应中氧化剂与还原剂之比为 6．发射卫星的运载火箭，其推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷出。引燃后产生的高温气体主要是CO2、H2O、N2、NO，这些气体均为无色，但在卫星发射场看到火箭喷出大量“红烟”，产生“红烟”的原因是 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 7．氮元素在自然界中的循环如图，下列说法正确的是 A．①属于人工固氮 B．②过程中和反应生成NO C．③属于自然固氮 D．自然界中N仅以游离态的形式存在 8．已知：3NO2+H2O=2HNO3+NO。盛满NO2气体的试管，倒置在水槽中，反应后，液面上升的高度是试管的 A． B． C． D． 9．目前，汽车尾气系统中均安装了催化转化器，反应原理如图所示。下列说法错误的是 A．NO是一种无色气体，不溶于水 B．NO转化为不属于氮的固定 C．CO在该过程中发生还原反应 D．该催化转化器的使用可以减少汽车尾气污染 10．汽车尾气中的NO是造成大气污染的物质之一，但NO又是工业生产硝酸的中间产物，另外NO在人体的血管系统内又有传送信息的功能，有三位教授因此项研究成果而获得诺贝尔奖。 (1)汽车尾气中NO的来源是___________(填字母)。 A．汽油、柴油中含氮，是其燃烧产物 B．是空气中的N2与汽油、柴油的反应产物 C．是空气中的N2与O2在汽车汽缸内的高温环境下的反应产物 D．是汽车高温尾气导致了空气中N2与O2的化合反应 (2)写出NO造成酸雨的两个化学方程式：___________、___________。 (3)控制或者减少城市汽车尾气污染的方法可以有___________(填字母)。 A．开发氢能 B．使用电动车 C．使用含铅汽油 D．严禁车辆行驶 (4)为了降低汽车尾气对大气的污染，目前最有效的方法是给汽车安装尾气净化装置。它能将尾气中的CO和NO在催化剂作用下，发生反应转化为无害气体，其反应的化学方程式为___________。 期中重难突破练（测试时间：15分钟） 1．（23-24高一下·江苏常州·期中）氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法正确的是 A．根瘤菌能把空气中的转化为作为自身的养料 B．“雷雨发庄稼”涉及的物质转化：硝酸盐 C．土壤中的硝酸盐被细菌分解转化为的过程属于生物固氮 D．用稀处理试管上附着的银： 2．（2025高二上·江苏·学业考试）部分含氮物质在自然界的循环过程如图所示，下列说法不正确的是 A．N2分子中存在，性质稳定 B．N2转化为的过程属于氮的固定 C．硝化反应属于氧化还原反应 D．无法直接转化为N2 3．（25-26高一下·江苏苏州·月考）在给定条件下，下列物质间所示的转化可以实现的是 A． B． C． D． 4．（24-25高一下·江苏扬州·期末）“氮的固定”对保障人类生存具有重大意义。一种新型合成氨的原理如图所示：下列说法正确的是 A．理论上过程①中每吸收2.24L氮气转移0.6mol电子 B．图中过程①②均属于氮的固定 C．图中过程①②③发生的反应均属于氧化还原反应 D．图中所示过程的总反应方程式为： 5．（24-25高一下·江苏苏州·月考）煤燃烧时，烟气中含量随温度和氧气含量的变化如图所示。下列说法正确的是 A．煤燃烧不影响自然界氮循环 B．燃煤过程没有发生氮的固定 C．含氧量越高越不易生成 D．燃煤温度越高污染越重 6．（25-26高一上·江苏·月考）在标准状况下，烧瓶内充满气体，将此烧瓶倒扣在盛水的水槽内（已知），充分反应后（NO不与水反应，也不溶于水），此时烧瓶内溶液的物质的量浓度为 A．0.067 mol/L B．0.045 mol/L C．0.030 mol/L D．0.025 mol/L 7．（24-25高一下·江苏苏州·期中）燃油汽车行驶中会产生、等多种污染物。如图所示为汽车发动机和催化转化器中发生的部分化学反应。下列说法不正确的是 A．反应I是在高温条件下发生的 B．反应II属于人工固氮 C．物质甲可以和镁反应生成型化合物 D．物质乙和氨气可以合成尿素 8．关工业合成氨的说法错误的是 A．及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动 B．使用铁触媒能降低反应的活化能，使反应物能较快地发生反应 C．工业合成氨温度为，此时原料的平衡转化率最大 D．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒 9．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 10．（24-25高一下·江苏苏州·月考）废水中的氨氮(、)采用微生物脱氮法、化学沉淀法均可除去，具体原理如下： ①微生物脱氮法：。 ②化学沉淀法：向废水中加入含、的溶液，生成沉淀从而去除氨氮。 下列有关说法正确的是 A．该废水不可直接排放，会造成重金属污染 B．微生物脱氮时可在高温下进行，以增大脱氮的速率 C．步骤a发生反应： D．化学沉淀法脱氮时，溶液的碱性越强，氨氮的去除率越高 11．氮元素在海洋中的循环，是整个海洋生态系统的基础和关键，海洋中无机氮的循环过程如图所示。 (1)海洋中的氮循环起始于氮的固定，其中属于固氮作用的一步是___________(填图中的数字序号)。 (2)下列关于海洋氮循环的说法正确的是___________。 A．海洋中存在游离态的氮 B．海洋中的氮循环起始于氮的氧化 C．海洋中的反硝化作用一定有氧气的参与 D．向海洋排放含的废水会影响海洋中的含量 (3)有氧时，在硝化细菌作用下，可实现过程④的转化，将过程④离子方程式补充完整___________。 _________________________________+___________。 12．（25-26高一下·江苏苏州·月考）、和等氮氧化物是空气污染物，含有氮氧化物的尾气需处理后才能排放。 (1)氮氧化物大量排放对环境造成的影响有___________(写出一点)。 (2)的处理。是硝酸生产中氨催化氧化的副产物，用特种催化剂能使分解。与在加热和催化剂作用下生成的化学方程式：___________。 (3)和的处理。已除去的硝酸尾气可用溶液吸收，主要反应： ； ①下列措施能提高尾气中和去除率的有___________(填标号)。 A．加快通入尾气的速率        B．采用气、液逆流的方式吸收尾气 C．吸收尾气过程中定期补加适量溶液 ②吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到晶体，该晶体中的主要杂质是___________(填化学式)； (4)的氧化吸收。用溶液吸收硝酸尾气，可提高尾气中的去除率。其他条件相同，转化为的转化率随溶液初始(用稀盐酸调节)的变化如图所示： ①在酸性溶液中，氧化生成和，其离子方程式为___________。 ②NaClO溶液的初始pH越小，NO转化率越高。其原因是___________。 (5)用尿素吸收氮氧化物是一种可行的方法。尿素在高温条件下与反应转化成无毒气体，该反应的化学方程式为___________。 (6)消除汽车尾气中的时，可用尿素还原，既安全又高效，且产物都是空气中含有的成分。SCR法是工业上消除氮氧化物的常用方法，反应原理为，等物质的量的尿素与氨气可消除的物质的量之比为___________。 1 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $