第3章 第3节 第1课时 自然界中的氮循环 氮气与氮氧化物（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高一化学必修第一册学习笔记（鲁科版 山东海南专版）

本讲义聚焦高中化学“氮的循环”第1课时核心内容，系统梳理自然界氮循环（自然循环与人类活动影响）、氮气性质（物理性质、氧化性与还原性）、氮的固定，以及氮氧化物（NO、NO₂的性质及相互转化）等知识点，构建从宏观循环到微观物质性质再到实际应用的递进式知识链。 该资料以实验探究为核心，通过N₂与O₂放电反应、NO与O₂反应等实验活动培养科学探究与实践能力，结合“雷雨发庄稼”等真实情境引导学生运用科学思维分析物质转化，练习题分题组强化知识应用。课中助力教师高效授课，课后帮助学生回顾实验现象与反应原理，查漏补缺，同时渗透环境保护意识，落实科学态度与责任素养。

第3节　氮的循环 第1课时　自然界中的氮循环　氮气与氮氧化物 [核心素养发展目标]　1.通过了解自然界中氮循环的基本过程，认识氮循环过程中的重要物质，并了解含氮物质的相互转化在生产、生活中的应用及对生态环境的影响，增强科学态度与社会责任。2.通过实验探究和真实情境，了解氮气、一氧化氮和二氧化氮的性质，培养科学探究和创新意识。 一、自然界中的氮循环　氮气 1.自然界中的氮循环 (1)氮元素的存在 在自然界中的存在形式有化合态和游离态。 (2)自然界中的氮循环 ①自然循环 ②人类活动的影响 a.氮气NH3―→含氮化合物(如铵盐、硝酸等)。 b.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。 2.氮气 (1)物理性质 无色、无味的气体，难溶于水。 (2)化学性质 在通常状况下，氮气的化学性质不活泼，很难与其他物质发生反应。 思考　从元素化合价、物质分类的角度预测N2的化学性质。 提示　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。 ①还原性 a.实验探究 实验装置 实验操作 现象 硬质玻璃管内充入N2和O2，然后给硬质玻璃管两端的电极上通电，在硬质玻璃管内能产生火花 气体颜色由无色变为红棕色 b.结论：在放电条件下，N2与O2反应生成NO，NO立即被氧化为NO2，化学方程式为N2+O22NO、2NO+O2===2NO2。 注意　N2和O2反应后的最初产物是NO，而不是NO2。 ②氧化性 N2和H2反应生成NH3，化学方程式：N2+3H22NH3。 Mg在N2中燃烧生成Mg3N2，化学方程式：N2+3MgMg3N2。 (3)氮气的主要用途 ①氮气常用作保护气，用于焊接金属、填充灯泡、保存食品等。 ②氮气是合成氨、制硝酸的主要原料。 ③液氮可用作冷冻剂，用于医学、科技等领域。 3.氮的固定 1.判断正误 (1)工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮(　　) (2)N2的密度比空气小，可以通过向下排空气法收集干燥的N2(　　) (3)N2性质非常稳定，因此可以作为很多物质的保护气(　　) (4)N2和O2在放电条件下会生成NO2(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)× 2.(2024·聊城高一检测)下列关于自然界中氮循环(如图)的说法错误的是(　　) A.①和②均属于氮的固定 B.氢、氧元素也参与了自然界中的氮循环 C.④中每生成1 mol N，消耗1 mol O2 D.③和⑤过程中氮元素均被氧化 答案　CD 3.下列说法正确的是(　　) A.氮气性质稳定，不能与金属发生反应 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.通常情况下氮气性质很稳定，可以在电焊时作保护气 答案　D 解析　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。 二、氮的氧化物 1.氮的氧化物种类 化合价 +1 +2 +3 +4 +5 对应氧化物 N2O NO N2O3 NO2(或N2O4) N2O5 注意　上述氮的氧化物中属于酸性氧化物的为N2O3与N2O5。 2.NO和NO2 (1)物理性质 氧化物 颜色 状态 气味 水溶性 NO 无色 气态 - 难溶 NO2 红棕色 气态 有刺激性气味 易溶 (2)化学性质 ①实验探究 实验装置 实验操作 现象 向充满NO气体的试管中通入O2 气体颜色由无色逐渐变为红棕色 向充满NO2气体的试管中注入水 气体逐渐减少，颜色由红棕色变为无色，得到无色溶液 ②结论：在一定条件下，NO和NO2可以相互转化。 a.NO→NO2：2NO+O2===2NO2(NO表现还原性)。 b.NO2→NO：3NO2+H2O===2HNO3+NO(NO2既表现氧化性，又表现还原性)。 思考1　(1)如何除去NO中的NO2？ 提示　将气体通过盛有水的洗气瓶。 (2)请写出NO2与H2O反应的离子方程式，用双线桥标出电子转移的方向及数目，并指出反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比。 提示　氧化剂与还原剂均是NO2，其物质的量之比为1∶2。 思考2　工业上用水吸收NO2制取硝酸的反应过程中，常需要不断地补充一些空气，其目的是什么？ 提示　把生成的NO再氧化为NO2，NO2溶于水又生成HNO3和NO。经过多次的氧化和吸收，NO2可以比较完全地被水吸收，能够尽可能多地转化为硝酸。 (3)NO、NO2的其他性质及应用 思考3　俗话说“雷雨发庄稼”，试说出其中的原理，写出反应的化学方程式。 提示　雷电发生时，N2和O2化合生成NO，NO迅速被氧化为NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3跟土壤中的矿物作用生成硝酸盐，N可被植物吸收。化学方程式为N2+O22NO，2NO+O2===2NO2，3NO2+H2O===2HNO3+NO。 1.判断正误 (1)NO的密度比空气大，可以用向上排空气法收集NO(　　) (2)氮的氧化物都是大气污染物，而且在一定条件下可相互转化(　　) (3)NO2可用排水法收集，且可由NO和O2化合得到(　　) (4)NO2和NaOH可发生反应：2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O，故NO2为酸性氧化物(　　) (5)可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2和Br2(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)× (1)NO和O2反应，故NO不能用排空气法收集，可以用排水法收集；NO2和水反应，故NO2不能用排水法收集，可用向上排空气法收集。 (2)NO不能和碱反应，NO2可以和碱反应生成硝酸盐、亚硝酸盐和水，但NO2不是酸性氧化物。 (3)NO2、溴蒸气均可以使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，不能用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2气体和溴蒸气。 2.(2024·大理高一检测)含氮元素的气体在生产、科技中有广泛应用，下列对NO、NO2的描述不正确的是(　　) A.NO2是红棕色气体，不是酸性氧化物 B.NO、NO2都可以用排水法收集 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 答案　B 3.将物质的量为a mol的NO2充满体积为V mL的试管后倒扣在水中，如图所示。 (1)NO2与水反应的化学方程式为　　　　。  (2)缓慢通入氧气，使试管中NO2恰好完全被水吸收，则通入氧气的体积(标准状况下)为　　　　L。最终试管中所得硝酸的物质的量浓度为　　　　mol·L-1(假设溶质不扩散)。  (3)为了消除NO2的污染，可使它与氨气在一定条件下反应，生成水和一种无污染的物质，该物质是空气的主要成分之一，该反应的化学方程式为　　　　。  答案　(1)3NO2+H2O===2HNO3+NO　(2)5.6a　　(3)6NO2+8NH37N2+12H2O 解析　(2)由4NO2+O2+2H2O===4HNO3可知，要使试管中a mol NO2恰好完全被水吸收，需要通入氧气的物质的量为a mol，其在标准状况下的体积为5.6a L，根据化学方程式可知最终试管中HNO3的物质的量浓度为=mol·L-1。 课时对点练 [分值：100分] [1~8题，每小题4分] 题组一　自然界中的氮循环与氮的固定 1.下列不属于氮的固定的是(　　) A.工业合成氨 B.雷雨天气中，N2与O2在闪电作用下转化为NO C.硝酸见光分解 D.豆科植物根瘤菌吸收氮 答案　C 解析　工业合成氨是氮气和氢气在一定条件下反应生成氨气，氮由游离态转化为化合态，属于氮的固定，A项不符合题意；雷雨天气中，N2与O2在闪电作用下转化为NO，氮由游离态转化为化合态，属于氮的固定，B项不符合题意；硝酸见光分解属于不同化合态的氮之间的转化，C项符合题意；根瘤菌把氮气转化为含氮化合物，属于氮的固定，D项不符合题意。 2.自然界中的氮循环如图所示。下列说法不正确的是(　　) A.工业合成氨属于人工固氮 B.雷电作用下N2与O2发生化学反应 C.在氮循环过程中不涉及氧化还原反应 D.含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化 答案　C 解析　在雷电作用下N2与O2发生化学反应生成NO，故B正确；在氮循环过程中人工固氮、氨或铵盐转化为亚硝酸盐、亚硝酸盐转化为硝酸盐、在雷电作用下氮气的转化等都是氧化还原反应，故C不正确；硝酸盐可转化为蛋白质，动、植物遗体可转化为氨或铵盐，所以含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化，故D正确。 题组二　氮气及氮氧化物 3.下列有关氮气的说法正确的是(　　) A.“雷雨发庄稼”所包含的化学变化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐 B.医学上常用液氮做冷冻剂，在冷冻麻醉条件下做手术，是利用氮气化学性质的不活泼性 C.H2与N2在一定条件下反应生成NH3，反应中N2体现还原性 D.电闪雷鸣的雨天，雨水中会含有一定量的硝酸，其中可能发生的反应有N2+2O22NO2 答案　A 解析　B项，液氮汽化时需要吸收大量的热，使周围环境温度降低，可做冷冻剂，与其化学性质不活泼无关；C项，反应的化学方程式为N2+3H22NH3，反应中氮元素化合价降低，氮气作氧化剂；D项，N2和O2在放电条件下生成NO，不能直接生成NO2。 4.(2025·泰安高一期末)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有CO2、H2O、N2、NO等，这些气体均为无色，但在卫星发射现场却可看到火箭尾部喷出大量红色气体，产生红色气体的原因是(　　) A.高温下N2遇空气生成NO B.NO遇空气生成NO2 C.CO2与NO反应生成CO与NO2 D.NO和H2O反应生成H2和NO2 答案　B 5.病毒学研究证实，一氧化氮对病毒有直接抑制作用。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、难溶于水的气体，可以用排水法收集；常温常压下，NO容易与氧气直接化合生成NO2。 6.下列说法中错误的是(　　) A.除去NO2中NO气体的方法是通入足量的O2 B.NO2与溴蒸气的鉴别可以用水、AgNO3溶液或CCl4，但不能用湿润的淀粉碘化钾试纸 C.NO2与H2O的反应中氧化剂与还原剂的质量比为1∶2 D.除去NO中的NO2气体的方法是将气体依次通入盛有水和浓H2SO4的洗气瓶 答案　A 解析　氧气过量产生新杂质，A错误；NO2和溴蒸气都具有强氧化性，都能使湿润的淀粉⁃KI试纸变蓝，现象相同，不能鉴别，B正确；发生反应：3NO2+H2O===2HNO3+NO，所以氧化剂和还原剂的质量之比是1∶2，C正确；除去NO中的NO2气体的方法是将气体依次通入盛有水和浓H2SO4的洗气瓶，二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，通过浓硫酸吸收气体中水蒸气得到一氧化氮，D正确。 题组三　氮氧化物与水反应的有关计算 7.将盛满二氧化氮气体的大试管倒扣在盛水的水槽中，充分吸收后，试管内溶液的物质的量浓度约是(气体体积折算为标况下体积)(　　) A.0.045 mol·L-1 B.0.036 mol·L-1 C.0.033 mol·L-1 D.0.018 mol·L-1 答案　A 解析　设试管的体积为V L， 由3NO2+H2O===2HNO3+NO可知， n(HNO3)=× mol，V(HNO3)=V L， c(HNO3)== mol·L-1 ≈0.045 mol·L-1。 8.(2025·岳阳高一阶段检测)将盛有NO2和N2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体体积缩小为原体积的一半，原混合气体中N2与NO2的体积比为(　　) A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.3∶1 答案　C [9~12题，每小题6分，有一个或两个选项符合题目要求] 9.(2025·清华附中高一期末)下列说法不正确的是(　　) A.含氮无机物与含氮有机物可相互转化 B.氮循环中，氮气只发生氧化反应 C.二氧化氮分散在大气中会污染环境 D.汽车尾气中的氮氧化物由氮气与氧气反应得到 答案　B 10.(2024·周口高一检测)某混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、HCl中的两种或多种气体。现将此混合气体通入BaCl2溶液中，生成白色沉淀，把剩余的无色气体排入空气中，很快变为红棕色。下列说法不正确的是(　　) A.原混合气体中一定含有SO2、NO和Cl2 B.不能确定原混合气体中是否含有HCl C.红棕色气体为NO2 D.若向滤出白色沉淀后的滤液中加入AgNO3溶液可确定原混合气体中是否含有HCl气体 答案　D 解析　把剩余无色气体排入空气中，很快变为红棕色，说明原混合气体含有NO，则一定没有O2；将此混合气体通入BaCl2溶液中，生成白色沉淀，则说明原气体中一定含有SO2和Cl2，无法确定是否含有HCl。由于原混合气体中一定含有Cl2，且加入BaCl2时引入Cl-，所以若向滤出白色沉淀后的滤液中加入AgNO3溶液，仍无法确定原混合气体中是否含有HCl气体。 11.一定条件下，含氮元素的物质可发生如图所示的循环转化。下列说法正确的是(　　) A.循环转化中属于“固氮”过程的是“反应c”和“反应b” B.转化过程中不是氧化还原反应的过程只有“反应l” C.若“反应h”是在NO2与H2O的作用下实现的，则该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶1 D.工业上可以用氢氧化钠溶液吸收NO2 答案　CD 解析　氮的固定指由游离态的氮转化为化合物，图中属于氮的固定的是“反应c”和“反应k”，A错误；则过程中不是氧化还原反应的为a和l，B错误；反应h发生的反应为3NO2+H2O===2HNO3+NO，氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶1，C正确；NO2能与NaOH溶液发生反应：2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O，所以工业上可以用氢氧化钠溶液吸收NO2，D正确。 12.氮气可通过一定反应转化为氨气，再通过氨氧化法可制得硝酸，反应过程如图： 下列说法不正确的是(　　) A.工业上的转化①是重要的人工固氮途径 B.转化②中，每生成1 mol NO，转移电子数目为10NA C.工业上，制硝酸产生的尾气会造成酸雨等污染，应处理后才能排放 D.转化④中，相同条件下V(NO2)∶V(O2)=4∶1时，理论上NO2全部转化为HNO3 答案　B 解析　转化②中，每生成1 mol NO，有1 mol NH3参与反应，故转移电子数目为5NA，B错误；转化④中发生反应：4NO2+O2+2H2O===4HNO3，相同条件下V(NO2)∶V(O2)=4∶1时，理论上NO2全部转化为HNO3，D正确。 13.(18分)为提高农作物产量，现代农业生产中需要大量含氮化合物做肥料。 (1)下列固氮方法中，属于人工固氮的是　　　(填字母)。 A.合成氨 B.闪电固氮 C.根瘤菌固氮 D.仿生固氮 E.用氨气合成尿素 (2)植物的根瘤菌能把空气中的氮气转化为氨，被植物吸收，这种过程被称为氮的固定。此过程可简单地用化学方程式表示为　　N2+　　C+　　H2O　　NH3+　　CO2 ①配平以上化学方程式，并用单线桥表示电子转移的方向和数目。 ②上述反应中的还原剂是　　　　　　(填化学式，下同)，还原产物是　　　　。若转移3 mol电子则会生成　　　 mol NH3。  ③闪电固氮反应的化学方程式是　　　　　　　，氮气表现　　　　　(填“氧化”或“还原”)性。  ④合成氨的化学方程式是　　　　，氮气表现　　　(填“氧化”或“还原”)性。  答案　(1)AD (2)①　②C　NH3　1　③N2+O22NO　还原　 ④N2+3H22NH3　氧化 解析　(2)①在该反应中，N从0价降低到-3价，得到电子，C从0价升高到+4价，失去电子，根据得失电子守恒，配平化学方程式为2N2+3C+6H2O4NH3+3CO2。②上述反应中，C的化合价从0价升高到+4价，C为还原剂，N的化合价从0价降低到-3价被还原，还原产物是NH3，每转移3 mol电子，生成1 mol氨气。 ③闪电固氮的化学方程式为N2+O22NO，在反应中N的化合价从0价升高到+2价，N2做还原剂，表现还原性。 ④合成氨的化学方程式为N2+3H22NH3，在反应中，N的化合价从0价降低到-3价，N2做氧化剂，表现氧化性。 14.(12分)以下是氮循环的一部分： (1)通常状况下，NO2的颜色是　　　　。  (2)反应①的化学方程式是　　　　　　　。  (3)NO2易溶于水，并和水发生化学反应。该反应中，氧化剂是　　　　。  (4)化合物A的化学式是　　　　。  (5)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　　　　mol。  答案　(1)红棕色　(2)N2+O22NO　(3)NO2　(4)HNO3　(5)4 解析　(3)NO2易溶于水，发生的化学反应是3NO2+H2O===2HNO3+NO。该反应中NO2中氮元素的化合价既有降低又有升高，NO2既是氧化剂又是还原剂。(5)从反应化学方程式看出NO和N2的物质的量之比为2∶1，则生成2 mol N2时被还原的NO为4 mol。 15.(14分)某处工厂排出的烟道气中含氮氧化物(主要为NO、NO2)、粉尘和少量水蒸气。课外兴趣活动小组对该工厂排出的烟道气进行处理，并检测其氮氧化物含量，实验装置如图所示： (1)装置A中放置无碱玻璃棉，其目的是除去　　　　　，为保证检测的准确性，装置C中盛放的化学试剂可以是　　　　　(填字母，下同)。  a.碱石灰　b.浓硫酸　c.五水合硫酸铜(CuSO4·5H2O) (2)装置D中主要发生：2NaOH+2NO2===NaNO2+NaNO3+H2O、2NaOH+NO+NO2===2NaNO2+H2O。 ①若反应后尾气无残留，则参加反应的NO2、NO物质的量比值为　　　　　。  a.≥1　b.≤1　c.任意值 ②可使用适量酸性H2O2溶液，将溶液中的N全部氧化为N，发生反应的离子方程式是　　　　　。 (3)气囊用来储存处理后气体，其中可能含少量NO气体，可用酸性NaClO溶液来处理，HClO氧化NO生成N和Cl-，发生反应的离子方程式是　　　　　　　。  答案　(1)粉尘　b　(2)①a　②H2O2+N===+H2O　(3)3HClO+2NO+H2O===2N+3Cl-+5H+ 解析　由图可知，装置A中放置的无碱玻璃棉用于除去烟道气中的粉尘，装置B用于加热防止水蒸气冷凝，装置C中盛有的浓硫酸用于吸收水蒸气，防止水蒸气进入氢氧化钠溶液使氮氧化物总量偏大，装置D中盛有的氢氧化钠溶液用于吸收、测定一氧化氮和二氧化氮，气囊用于储存处理后气体，防止污染空气。(2)①由方程式可知，一氧化氮不能单独与氢氧化钠溶液反应，二氧化氮能与氢氧化钠溶液反应，反应后尾气无残留说明二氧化氮和一氧化氮的物质的量比值≥1，故选a。 学科网（北京）股份有限公司 $