第五章　第二节　第1课时　氮气和氮氧化物【高效备课精研+知识精讲提升】 高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第1课时氮气和氮氧化物第五章氮气与氮的固定

一1.氮元素(1)结构氮原子一般通过___________与其他原子相互结合构成物质。共用电子对二ⅤA25(2)氮元素在自然界中的存在氮分子蛋白质硝酸盐铵盐2.氮气(1)物理性质通常情况下，氮气是_____、_____的气体，密度比空气的_____，_____于水。(2)化学性质氮分子内两个氮原子间以_______________结合，断开该化学键需要_____的能量，所以氮气的化学性质很_____，通常情况下_____与其他物质发生化学反应，但在______、______等条件下，氮气也可以与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应。写出氮气与下列物质反应的化学方程式。无色无味稍小难溶共价三键(N≡N)较多稳定很难高温放电①金属镁：____________________，氮气表现_____性；②氢气：_______________________，氮气表现_____性；③氧气：_____________________，氮气表现_____性。(3)用途①氮气常用作保护气，如焊接金属、填充灯泡、保存食品等。②氮气是合成氨、制硝酸的重要原料。③液氮可用作制冷剂，应用于医学、科技等领域。氧化氧化还原3.氮的固定(1)含义：将大气中_______的氮转化为___________的过程。(2)分类游离态氮的化合物人工自然固氮氮的固定高能固氮(N2＋O22NO)生物固氮(豆科植物的根瘤菌固氮)

固氮合成氨(N2＋3H22NH3)仿生固氮(某些金属有机物可起到根瘤菌的作用)(1)氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键(

)(2)氮的固定中氮元素一定被氧化(

)(3)工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮(

)(4)N2和足量的O2在放电条件下会生成NO2(

)(5)镁条在空气中燃烧时，可以与O2、N2、CO2等反应生成MgO、Mg3N2、C(

)×正误判断√×××应用体验氮在自然界中的循环如右图所示。(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。人工固氮氧化(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。豆科植物的根瘤菌还原(3)过程④中的亚硝酸盐有毒，工业上若直接排放将造成对环境的污染。已知NaNO2遇到还原性较强的

会被还原为N2，在废液中加入下列物质不能使NaNO2无害化排放的是____(填字母)。a.H2O2

b.NH4Cl

c.KNO3

d.NaOHacd归纳总结(1)氮的固定必须为将游离态的N2转化为化合态含氮物质的过程，为氧化还原反应。(2)氮气性质的“一惰性、两反应”。氮气化学性质很稳定，通常状况下，很难与其他物质反应，但是在一定条件下，也能与氢气、氧气等反应。(3)氮元素是多价态元素，氮气中氮元素呈0价，处于中间价态，故氮气既有氧化性(与H2等反应)，又有还原性(与O2等反应)。返回一氧化氮和二氧化氮

二1.氮的氧化物氮的氧化物种类很多，如下表：N的化合价＋1＋2＋3＋4＋5对应氧化物N2O(笑气)____N2O3_____、N2O4_____其中属于酸性氧化物的是_____和_____，对应的酸分别是HNO2(亚硝酸)和HNO3。NONO2N2O5N2O3N2O52.一氧化氮、二氧化氮的物理性质氧化物颜色状态气味水溶性毒性NO___色气态无味___溶均有毒NO2_____色气态_______气味___溶无不红棕刺激性易3.一氧化氮、二氧化氮的化学性质(1)实验探究装置

操作在一支50mL的注射器里充入20mLNO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器①打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹②振荡注射器现象__________①无色气体变为_______②_____________________________________________无明显现象红棕色红棕色气体逐渐变为无色，注射器活塞向左移动(2)实验结论及解释

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：_________________。②NO2能与水反应生成无色的NO，化学方程式：_________________________。工业上利用这一原理生产硝酸。(3)思考与讨论①如果要将注射器中的NO充分转化，应采取的措施是____________________。②上述实验对工业上生产硝酸的启示是________________________________________________________________________________。2NO＋O2===2NO23NO2＋H2O===2HNO3＋NO继续通入过量的空气

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(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易溶于水生成HNO3，故NO2是酸性氧化物(

)(4)N2与O2反应时，不论O2是否足量，其一步反应都只能得到NO，不能生成NO2()(5)可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2与溴蒸气()×正误判断√√√×深度思考提示雷电发生时，N2和O2化合生成NO，NO迅速被氧化为NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3跟土壤作用生成硝酸盐，

可被植物吸收。N2＋O22NO,2NO＋O2===2NO2,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。1.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。深度思考2.工业生产硝酸时，由于NO2与H2O反应会生成HNO3和NO，NO又可与O2反应生成NO2，因此通入适量的氧气可使NO或NO2恰好完全溶于水。(1)试根据反应①3NO2＋H2O===2HNO3＋NO②2NO＋O2===2NO2推出NO2与O2的混合气体、NO与O2的混合气体被水完全吸收转化为HNO3的化学方程式：______________________________________________________________________________________。①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3深度思考(2)将一支充有12mLNO2气体的试管倒置于水槽中，充分反应。①下列图示正确的是___(填字母)。C深度思考②若水不能充满试管，需再向试管中缓缓充入O2，现象为________________________________，最终充入___mL氧气，才能使水全部充满。向试管中缓缓充入O2，发生反应②2NO＋O2===2NO2，故气体颜色由无色变为红棕色，然后发生反应①3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，故液面逐渐上升，将①和②两式相组合得4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，要使水全部充满试管，需充入3mL氧气。红棕色，液面逐渐上升3无色气体变为归纳总结(1)NO易与O2反应、不溶于水、不与水反应，因此收集NO用排水法，不可用排空气法。NO2易与水反应，但很难被O2氧化，因此收集NO2用向上排空气法，不可用排水法。(2)NO2和N2O4是两种不同的氧化物，通常情况下，NO2能进行自身二聚：2NO2(红棕色)

N2O4(无色)，故NO2中总混有N2O4。

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1.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可用如图表示。下列关于海洋氮循环的说法正确的是A.海洋中的氮循环起始于氮的氧化B.海洋中的氮循环属于固氮作用的是③C.海洋中的反硝化作用一定有氧气的参与12345√海洋中的氮循环属于固氮作用的是②，B项错误；反硝化作用中N化合价降低，被还原，而O2是常见的氧化剂，不需要有O2参与，C项错误；123452.最新病毒学研究证实，一氧化氮对SARS病毒有直接的抑制作用。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的气体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NO是无色气体，不溶于水，易与O2化合生成NO2，在放电的条件下N2与O2化合生成NO。12345√3.下列有关NO2的说法中正确的是A.NO2能与水反应生成硝酸，在反应中NO2只是还原剂B.除去O2中混有的NO2，可将混合气体通过水，将NO2溶解C.NO2与溴蒸气的鉴别可用NaOH溶液，溶于NaOH溶液得无色溶液的是

NO2，得橙色溶液的为溴蒸气D.在NO2与水的反应中氧化剂与还原剂的质量之比为1∶2√12345除去O2中混有的NO2，将混合气体通过水，NO2溶解的同时又生成新的杂质NO，且NO又能与O2反应，故B项错误；NO2、溴蒸气分别与NaOH溶液反应均得无色溶液，所以NaOH溶液无法鉴别NO2与溴蒸气，故C项错误。123454.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N2O气体C.可能是NO与NO2的混合气体D.只可能是NO2一种气体12345√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。12345123455.氮氧化物会严重污染大气，所以实验室必须对含有氮氧化物的废气进行处理。用NaOH溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下：①NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O②2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O(1)在反应①中，参加反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为____。1∶112345(2)下列措施能提高尾气中NO和NO2去除率的是_____(填字母)。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NaOH溶液(3)吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到NaNO2晶体，该晶体中的主要杂质是________(填化学式，下同)；吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是____。BCNaNO3NO(4)NO的氧化吸收。用NaClO溶液吸收硝酸尾气，可提高尾气中NO的去除率。在酸性NaClO溶液中，HClO氧化NO生成Cl－和

，反应的离子方程式为_____________________________________。12345返回课时对点练

题组一氮气和氮的固定1.下列关于氮气的说法中，正确的是A.通常情况下，氮气性质比较稳定B.可在氧气中燃烧，生成一氧化氮C.1molN2与3molH2完全反应生成2molNH3D.氮元素是活泼的非金属元素，氮气在化学反应中只能作氧化剂12345678910111213141516√氮气分子中含有氮氮三键，性质比较稳定，A项正确；N2不能在O2中燃烧，N2与O2在放电或高温条件下反应生成NO，B项错误；N2与H2的反应是可逆反应，1molN2与3molH2不可能完全反应生成2molNH3，C项错误；氮气中氮元素的化合价为0价，在化学反应中既可以升高也可以降低，既可作氧化剂，也可作还原剂，D项错误。123456789101112131415162.(2022·桂林高一期末)下列反应中，属于氮的固定的是A.由氨制成碳酸氢铵或硫酸铵B.NO2与H2O反应生成HNO3C.NO和O2反应生成NO2D.N2和H2在一定条件下合成氨12345678910111213141516√3.氮是动植物生长不可缺少的元素，含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如图所示的氮元素的循环过程，下列说法不正确的是12345678910111213141516√过程③“固氮作用”中氮元素化合价降低，氮气被还原，B正确；1234567891011121314151612345678910111213141516题组二一氧化氮、二氧化氮的性质4.众所周知，一氧化氮是一种大气污染物，是吸烟、汽车尾气及垃圾燃烧等释放出的有害气体，但是这种最常见、最简单的气体小分子在生物体内却是一种重要的信使分子，具有保护心血管、降低血压以及提升记忆力的作用。下列关于NO的说法正确的是A.NO是无色气体，易溶于水，是酸性氧化物B.NO在人体内可作“信使分子”，能扩张血管，提高免疫力等，因此大气中

的NO对人体无害C.NO在空气中可以转为NO2，二者都是大气污染物D.NO在化学反应中，只能作还原剂，不能作氧化剂12345678910111213141516√NO是无色、不溶于水的气体，NO不与碱反应，不是酸性氧化物，故A项错误；NO有毒，为大气污染物，对人体有害，故B项错误；NO和O2发生反应：2NO＋O2===2NO2，NO、NO2都是大气污染物，C项正确；NO分子中氮元素化合价为＋2价，为中间价态，在一定条件的反应中既可作氧化剂，又可作还原剂，D项错误。123456789101112131415165.下列有关NO2的说法正确的是A.NO2可由N2与O2反应直接制备B.NO2有毒，但因其易溶于水且与水反应，因此不属于大气污染物C.NO2既有氧化性也有还原性D.NO2为红棕色气体，因此将NO2通入水中，溶液显红棕色12345678910111213141516√N2与O2在放电或高温条件下反应生成NO，不能直接生成NO2，A项错误；NO2属于大气污染物，B项错误；NO2与H2O反应生成HNO3和NO，说明NO2既有氧化性也有还原性，C项正确；NO2通入水中，生成NO和HNO3，溶液呈无色，D项错误。123456789101112131415166.在汽车尾气净化装置中，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。下列说法不正确的是A.该转化过程中有3种元素的化合价发生变化B.NO和O2必须在催化剂表面才能反应C.该装置将有毒的NO和CO转化为无毒的CO2

和N212345678910111213141516√NO不稳定，与氧气反应生成NO2，该反应不需要催化剂，B错误；由化学方程式可知该装置将有毒的NO和CO转化为无毒的CO2和N2，C正确。123456789101112131415167.某无色的混合气体甲中可能含有NO2、NO、CO2、O2、NH3、N2中的几种，将100mL甲气体经过如图所示的实验装置进行处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则甲气体的组成为(不考虑Na2O2与NO2、NO的反应)A.NO2、CO2、N2

B.NH3、NO、CO2C.NH3、N2、CO2

D.NO、O2、NH312345678910111213141516√该气体无色，说明其中不含NO2；气体通过足量Na2O2后显红棕色，说明其中含有CO2和NO，且不含O2；最后通入水中无气体剩余，说明其中不存在N2，故B项正确。12345678910111213141516题组三氮的氧化物与水反应的简单计算8.将装有50mLNO2、NO混合气体的量筒倒立在水槽中，反应后气体体积缩小为30mL，则原混合气体中NO2和NO的体积比是A.5∶3 B.3∶5C.3∶2 D.2∶312345678910111213141516√解答此题可根据化学方程式，运用差量法进行计算，由所得结果来确定正确的选项。设混合气体中NO2的体积为x，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

ΔV3mL

1mL

3mL－1mL＝2mLx

50mL－30mL＝20mL

，x＝30mL，则原混合气体中NO的体积为50mL－30mL＝20mL，所以V(NO2)∶V(NO)＝30mL∶20mL＝3∶2。123456789101112131415169.在同温同压下，将等体积混合而成的四组气体：①NO2＋O2、②NO2＋NO、③HCl＋N2、④SO2＋O2，分别通入体积相同的试管，并立即倒立于水槽中，如图所示。待试管内液面稳定后，剩余气体的体积依次为V1、V2、V3、V4，则剩余气体的体积最小的是A.V1

B.V2

C.V3

D.V4√12345678910111213141516假设每种气体的体积都是a，试管的容积为2a，气体减少的体积等于试管内液体的体积。①根据反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知，NO2完全反应，剩余气体是O2，剩余O2的体积为a－

；12345678910111213141516③氮气和水不反应，氯化氢极易溶于水，所以剩余气体的体积为a；④SO2溶于水时，可与水反应生成H2SO3，H2SO3不稳定，易分解，该反应是可逆反应，O2和水不反应，故剩余气体的体积大于a。综上所述，剩余气体的体积最小的是①。1234567891011121314151610.(2022·大连高一期中)某混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种。现将此无色的混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，把剩余气体排入空气中，很快变为红棕色，下列关于原混合气体成分的判断正确的是A.肯定有SO2和NO2B.肯定只有NOC.可能有Cl2和O2D.肯定没有Cl2、O2和NO2√12345678910111213141516由于混合气体呈无色，所以其中一定没有Cl2、NO2；混合气体通过品红溶液，品红溶液褪色，说明混合气体中含有SO2，剩余气体排放空气中呈红棕色，说明混合气体中含有NO，则混合气体中没有O2。1234567891011121314151611.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DD.装置E中碱石灰的作用是吸收尾气√12345678910111213141516A错，要制备氮化镁，需要除去空气中的氧气、CO2和水蒸气，则装置A、B中可依次加入NaOH溶液、浓硫酸；B错，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；C对，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；D错，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。1234567891011121314151612.科学的假设与猜想是科学探究的先导和价值所在。在下列假设或猜想引导下的探究肯定没有意义的是A.探究SO2和Na2O2反应可能有Na2SO4生成B.探究NO和N2O可能化合生成NO2C.探究NO2可能被NaOH溶液完全吸收生成NaNO2和NaNO3D.探究向滴有酚酞溶液的NaOH溶液中通入Cl2，酚酞红色褪去的原因是

溶液的酸碱性改变还是HClO的漂白作用12345678910111213141516√NO和N2O反应不可能生成NO2，因为氮元素的化合价均升高，没有元素化合价的降低。13.(2022·长沙高一期中)如图所示，在注射器里吸入20mLNO(标准状况下)，然后吸入5mL水。若再吸入30mL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.可观察到注射器内气体由无色变成红棕色，最后变成无色B.可观察到注射器的活塞缓缓向右移动C.最终剩余气体体积约为36mLD.所得硝酸的浓度约为0.07mol·L－1(假设所

得硝酸的体积与吸入水的体积相同)√12345678910111213141516一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，反应的化学方程式分别为2NO＋O2===2NO2和3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，总反应的化学方程式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。注射器中一氧化氮的体积为20mL，氧气的体积为30mL×＝6mL，标准状况下，气体体积之比等于其物质的量之比，根据4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可知氧气完全参与反应，消耗的氧气为6mL，参与反应的一氧化氮为8mL，最终剩余12mLNO。注射器内气体先由无色变成红棕色，然后慢慢变浅，最终气体为无色，A项正确；12345678910111213141516反应后气体体积为12mL＋(30mL－6mL)＝36mL，体积减小，故反应过程中注射器的活塞缓缓向左移动，B项错误、C项正确；1234567891011121314151614.氮氧化物进入大气后，不仅会形成硝酸型酸雨，还可能形成光化学烟雾。因此必须对含有氮氧化物的废气进行处理。(1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，发生反应的化学方程式为NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O，在该反应中，氧化剂是_____，还原剂是____。NO2中氮元素的化合价降低，NO2作氧化剂，NO中氮元素的化合价升高，NO作还原剂。12345678910111213141516NO2NO(2)在一定条件下氨可用来将氮氧化物转化为无污染的物质。写出氨和二氧化氮在一定条件下反应的化学方程式：_________________________________，反应中氧化剂是_____，还原剂是_____。氨和二氧化氮反应后生成的无污染的物质是氮气和水。1234567891011121314151612H2ONO2

NH315.(2022·成都高一阶段检测)前几年我国多地发生了严重的雾霾天气，这种天气的形成与汽车尾气排放有关。汽车尾气中常含有CO、NOx等气体，为减轻污染，一般汽车都加装了“催化净化器”，可将汽车尾气中的有12345678910111213141516毒气体转化为无污染的气体。某化学兴趣小组在实验室模拟汽车尾气处理，设计了如图所示装置(部分夹持装置已略去)。(1)装置Ⅲ的主要作用为_____________________。一氧化碳和一氧化氮在催化剂和加热的条件下转化为氮气和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，所以装置Ⅲ的主要作用是检验CO是否转化为CO2。12345678910111213141516检验CO是否转化为CO2(2)停止加热，打开活塞K，放入适量氧气时，装置Ⅱ中可观察到的现象是_______________。由于有部分一氧化氮没有转化为氮气，向装置中通入氧气时，装置Ⅱ中一氧化氮与氧气反应生成红棕色的二氧化氮，因此装置Ⅱ中的现象为出现红棕色气体。12345678910111213141516出现红棕色气体(3)该套装置的不完善之处是_______________。由于尾气中仍残留未反应的一氧化氮和一氧化碳，所以该装置的不完善之处是无尾气处理装置。12345678910111213141516无尾气处理装置(4)汽车尾气中含有CO和NOx，消除它们对大气污染的方法是安装催化转化器，使它们发生反应生成两种无毒的气体，其中一种是单质，该反应的化学方程式为____________________________。1234567891011121314151612345678910111213141516(5)工业上常用纯碱液来吸收NOx，有关反应的化学方程式为2NO2＋Na2CO3===NaNO2＋NaNO3＋CO2、NO2＋NO＋Na2CO3===2NaNO2＋CO2。现有标准状况下aLNO2和bLNO的混合气体恰好被200mLNa2CO3溶液完全吸收，则a、b应满足的关系为________________。Na2CO3溶液的物质的量浓度为_____mol·L－1。12345678910111213141516a∶b≥1∶1或a≥b依据反应2NO2＋Na2CO3===NaNO2＋NaNO3＋CO2、NO2＋NO＋Na2CO3===2NaNO2＋CO2可知，二氧化氮和一氧化氮的物质的量之比应大于或等于1∶1，气体才会反应完全。与二氧化氮和一氧化氮反应的碳1234567891011121314151616.(1)某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应，进行如下实验(如图所示)。①图甲两集气瓶中