高中化学同步讲义必修第二册：氮气与氮的固定（精讲）（解析版）

5.2.1氮气与氮的固定（精讲）

思维导图

物理性质一种无色、无味的气体，°（N2）〈p性气，难溶于水

与氢气反应生成NHJ：N?+3H方言2Mt

化与氧气在放电或高温条件下生成NO：

学

放电

性N2+O2—2NO（在闪电时会发生反应）

质

Nz+Or通运2NO（在汽车引擎中会发生反应）

氮气与活泼金属（Mg、Li）反应：3Mg+N:且量MgjN?6Li+N:速些2LUN

氮化镁与水的反应：MgjNJ+6H：O=3Mg（OH）：l+2NHjt

氮（金属氮化物易水解，生成氨气和相应的随

气加热NH4C1饱和溶液和NaN6晶体的混合物

与实验室制法NaNOH'H4clqNaCl+、H+2H：。

氮制取「液氟（沸点J95.8-C、fNit

弟化,有化

的25-------,.

5[

1液真（潴点•183C）

固工业制法林6

定概念将大气中游高态的氮转化为氮的化合物的过程，叫做氮的固定

氮

的自然固氮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

固:三

生物固氮豆科植物根瘤菌将N2转化成氨

定途径

人类通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物，

人工固氮最重要的人工固氮途径是工业合成氨

1

NO

物理性侦无色、无味的气体，密度比空气略大，红株色有剌激性气味的气体，易溶于水

难溶于水

化毒性有毒（与血红蛋白结合）有毒

学与水反应不反应3N6+H：O=2HNOj+、O

性与氧气反应2NO+O2=2NO2不反应

质实验制取原

3CU+8H、O3(稀)=3Cu(、(h)2+2、OfCu+4HN0XiS)=Cu(N03)!+2N(hf

理+411:0,只能用排水法收集+2H:O,只能用排空气法收集

环境的影响导光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层

氮

的

3NO：+H:O=2HNOj+NO(i)

氧

2NO+OZ==2NO2②

化

®x2+②清NO=>4NO?+O,+2H,O=4HNO,③

物

原理①x2+②x3清、O,=>4、O+3O,+2HQ=4H、O,④

气体体积比反应方程式剩余气体

NO：①NO

氮

的NOi+NO©NO

氧

③

化N(h+O:V(NO2):V(O2)=4:1无

物③

V(NO2):V(O2)<4:102

溶

于V(NOI):V(OI)>4:1先③后①NO

水

④

NO+O：V(NO):\(O2)=4:3无

V(NO):\(OI)<4:3©6

V(NO):\(O)>4:3④NO

类型2

2

常见考点

考点一氨气

考点二氮的固定

氮气及氮的固定

氮的氧化物考点三一氧化氮与二氧化氮

考点四氮氧化物溶于水的计算

考点一氮气

【例1-1】（2022四川南充）液氮能长时间保存活体组织和生物样品，主要利用氮气的性质是

A.密度小B.沸点低C.难溶于水D.无色无味

【答案】B

【解析】液氮能长时间保存活体组织和生物样品说明氮气的沸点低，故选B。

【例1-2】（2022山东济）N2是空气的重要组成部分，因此有科学家根据蒸汽机的原理，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。其主要依据是

A.液态氮的沸点为-195.8°C,远低于常温

B.N2在空气中燃烧放热

C.N2与H2反应放热

D.N?在空气中约占78%（体积分数）

【答案】A

【解析】氮气化学性质稳定，不容易参加化学反应；液氮的沸点很低，极易汽化，汽化时吸收热量，体积

膨胀而驱动机车转动，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。

【一隅三反】

1.（2022秋•海南彳詹州•高一校考阶段练习）下列叙述错误的是

A.氮元素位于元素周期表的第二周期，第VA族

B.氮元素主要以氮分子的形式存在自然界中

C.氮元素最外层有5个电子

3

D.氮分子中的两个氮原子通过离子键结合

【答案】D

【解析】A.氮原子核外电子数为7,核外K、L层依次排有2、5个电子，氮元素位于元素周期表的第二

周期、第VA族，A项正确；

B.在自然界里，氮元素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臼质中，

还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和镂盐中，B项正确；

C.氮原子核外电子数为7,核外K、L层依次排有2、5个电子，即最外层有5个电子，C项正确；

D.氮分子中两个氮原子间以共价三键（N三N）结合，D项错误；

答案选D。

2.（2022秋•黑龙江佳木斯•高一校考期末）下列关于氮气性质的说法中正确的是

A.点燃条件下，N2在氧气中燃烧生成NO

B.点燃时，N2与金属Mg反应生成Mg3N2，N2作还原剂

C.合成氨反应中，N2发生氧化反应

D.氮气的化学性质稳定，其原因是两个氮原子之间以共价三键结合

【答案】D

【解析】A.氮气在放电或高温条件下生成一氧化氮，A错误；

B.点燃时，用与金属Mg反应生成MgsNa，N2得电子化合价降低作氧化剂，B错误；

C.合成氨反应中，用得电子化合价降低发生还原反应，C错误；

D.氮气的化学性质稳定，其原因是两个氮原子之间以共价三键结合，键能大，不易断裂，物质化学性质

温度，D正确：

故选D。

3.（2022春•江苏•高二江苏省包场高级中学校考开学考试）M是空气的主要成分之一，叫作为原料广泛

用于合成氨工业、硝酸工业等。工业上用氨催化氧化生产硝酸，发生的反应为4NH、+5O2=4NO+6Hq,

2NO+O2=2NO2,3NO2+H2O=2HNO,+NO；生产硝酸的尾气中主要含有NO、NO?等大气污染物，可

将其与石灰乳反应转化成Ca（NC>3）2、Ca（NOJz等而除去。下列物质的性质与对应用途不正确的是

A.氮气性质稳定，可作保护气B.氧气具有助燃性，可作燃料

C.氨气易液化，可作制冷剂D.氢氧化钙能吸水，可作常干燥剂

【答案】B

4

【解析】A.氮气化学性质稳定，一般不参加化学反应，可以用作保护气，A正确；

B.氧气具有助燃性、没有可燃性，所以不能作燃料，B错误；

C.氨气易液化，液氨汽化吸收大量的热，所以液氨常用作制冷剂，C正确；

D.氢氧化钙可以吸收水蒸气，可以用作干燥剂，D正确：

故选Bo

考点二氮的固定

【例2-1］（2022秋•高一单元测试）下列反应属于氮的固定作用的是

A.N%与氯化氢反应B.硝酸工厂用N%氧化制取NO

C.雷雨时空气中的N2转化为NOD.由NH3制碳酸氢钱和硫酸钱

【答案】C

【解析】A.N%与氯化氢反应时，NK分子中含有化合态的氮，A不符合题意；

B.硝酸工厂用N出氧化制取NO时，N%分子中含有化合态的氮元素，B不符合题意；

C.雷雨时空气中的N2转化为NO时，N2中含有游离态的氮元素，C符合题意；

D.由NH3制碳酸氢镂和硫酸镂时，反应物NH3中含有化合态的氮元素，D不符合题意；

故选C。

【例2-2］（2022.上海.高一专题练习）下列反应属于氮的固定的是

A.2NO+O2=2NO2B.3NO2+H2O=2HNO3+NO

C.NH3+HC1=NH4CID.N2+3H2.*，bL2NH

忖向、MAh3

【答案】D

【解析】氮的固定是将空气中的游离态的氮转化为含氮化合物的过程，NO,Nth、NH3、N2中只有N2为

游离态的氮，综上所述N2+3H2.，媪2-2NH3反应属于氮的固定，故选D。

【一隅三反】

1.（2022上海•高一专题练习）下列属于氮的固定的是

A.植物从土壤中吸收氮肥

B.大豆的根瘤菌将含氮的化合物转变为植物蛋白质

C.将空气中的氮气转变为含氮化合物

D.NO和O2反应生成NO?

【答案】C

【解析】A.氮的固定是指由游离态的氮元素转化为氮的化合物，植物从土壤中吸收的氮元素，是含氮化

5

合物，小属于氮的固定，A错误；

B.含氮的化合物转变为植物蛋白质是含氮化合物之间的相互转化，不属于单的固定，B错误；

C.空气中的氮气转变为含氮化合物，是从单质到化合物，属于单的固定，C正确；

D.NO和反应生成NO?是含氮化合物之间的转化，不是氮的固定，D错误；

故选C。

2.（2022•上海闵行•统考一模）下列转化属于工业固氮的是

A.N2->NH,B.NH4HCO3NH,

C.NHjfNH4clD.叫fNO

【答案】A

【解析】工业固氮是人为将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。

A.N2^NH3,游离态的氮转化为化合态氮，符合氮的固定定义，属于工业固氮，故A选；

B.NH4HCO3^NH,,是同种价态的氮的化合物之间转化，不属于固氮，故B不选；

C.NH.fNH4c1,为不同化合态氮之间转化，不属于固氮，故C不选；

D.NO,氮元素由游离态变为化合态，属了咱然固氮，故D不选；

故选Ao

3.（2022秋•黑龙江•高二统考学业考试）下图为自然界氮循环的示意图，其中哪一过程属于人工固氮

大气中的柔

①

豆

化

科

电

肥

植

作

物

用厂

工

帙盐或硝酸盐

A.①B.②C.③D.④

【答案】B

【解析】过程①氮气和氧气在闪电作用下反应生成NO,是自然固氮，过程②氮气和氢气在催化剂、高温

下反应生成氨气，属于人工固氮，过程③为含氮部分转化为尿素，不是氮的固定，过程④是细菌分解生成

氨气，则属于人工固氮的是过程②，故选：Bo

6

4.（2022春•辽宁）自然界中的氮循环部分转化关系如图所示。

下列说法错误的是

A.氮气分子结构稳定，常温很难和其他物质发生反应

B.I过程属于氮的固定

C.工业上也是利用图中I、II、HI三个转化来生产硝酸的

D.图中H、HI为硝化过程，均可通过加入氧化剂实现

【答案】C

【解析】A.氮气分子中含有氮氮三键结构稳定，常温很难和其他物质发生反应，故A正确；

B.氮的固定是指游离态的氮转化为化合态的氮，I过程从N2到NH：,属于氮的固定，故B正确；

C.工业上是通过氨的催化氧化生成NO、NO被氧化为NO2、NO2和水反应三个转化来生产硝酸的，故C

错误；

D.图中H中氮从-3价升高到+3价、III中氮从+3价升高到+5价，都为硝化过程，均可通过加入氧化剂实

现，故D正确；

故答案为：C»

考点三一氧化氮与二氧化氮

【例3-1］（2022秋.黑龙江绥化.高一校考期中）病毒学研究证实，一氧化氮对病毒有直接控制作用。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.一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集

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.常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合

【答案】C

【解析】A.一氧化氮是一种无色气体，A错误；

B.一氧化氮难溶于水，可以用排水法收集，B错误;

7

C.氮气和氧气在放电条件下生成一氧化氮，c正确；

D.常温常压下，一氧化氮与空气中的氧气直接反应生成二氧化氮，D错误；

故选C。

【例3-2］（2022辽宁♦）铜与浓硝酸反应能生成NO2。下列关于NCh叙述正确的是

A.NO?是无色气体B.NCh是红棕色气体

C.NO?可用排水法收集D.NO2可用向下排空气法收集

【答案】B

【解析】NO为无色气体，而NO?为红棕色气体，NCh与水反应，不能用排水法收集，NO2的密度比空气

大，可用向上排空气法收集，综上所述故选B。

【例3-3】（2022秋・广西南宁•高一校考阶段练习）为了有效实现NO和NO?的相互转化，设计如下实验：

按图组装好实验装置，并检验装置气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。

（1）打开止水夹a,推动针筒活塞，使02进入烧瓶。关闭止水夹，首先观察到烧瓶中的现象：,产

生此现象的化学方程式为o

（2）轻轻摇动烧瓶，观察到烧瓶中的现象为

①烧瓶中的气体从______色变成_______色；

②烧杯中导管的水位______（填上升、下降或不变）。产生此现象的化学方程式为。

【答案】（1）烧瓶内，无色气体变为红棕色2NO+O2=2NCh

（2）红棕无色上升3NO2+H2O=2HNO3+NO

【解析】（1）无色的NO能与02反应产生红棕色的NO2,发生反应的化学方程式为2NO+O2=2NO2，故观

察到烧瓶中气体由无色变为红棕色；

（2）①轻轻摇动平底烧瓶，使得NCh与水发生反应3NO2+H2O2HNO3+NO,所以烧杯中红棕色气体又变

为无色，烧瓶中液面上升；

②烧瓶中发生反应3NO2+H2O=2HNO3+NO,气体压强减小，故烧杯中导管水位上升。

【一隅三反】

1.（2022吉林白山）1998年，三位科学家因发现NO在心血管系统中起信号分子的作用而获得诺贝尔医

8

学奖，使得NO成为保健药物的”明屋“分子。下列关于NO的说法正确的是

A.NO是酸性氧化物B.NO具有还原性，在空气中极易被氧化

C.NO的大量排放导致雾霾D.人工合成是产生NO的唯一途径

【答案】B

【解析】A.NO不能与碱反应生成盐和水，属于不成盐氧化物，故A错误；

B.NO具有还原性，在空气中极易被氧化为二氧化氮，故B正确；

C.固体颗粒的大量排放导致雾霾，NO是气体，故C错误：

D.自然界中的雷电也会使氮气和氧气反应生成NO,故D错误。

故选B。

2.（2022秋•新疆塔城・高一乌苏市第一中学校考阶段练习）汽车尾气的处理反应为：

2N0,2co催化剂用。0）2。下列有关说法正确的是

A.NO为红棕色气体

B.NO易溶于水

C.反应中NO是还原剂

D.NO在大气中可转化为HNO3

【答案】D

【解析】A.二氧化氮为红棕色气体，一氧化氮为无色气体，故A错误；

B.一氧化氮不溶于水，故B错误；

C.N元素化合价降低，则NO做氧化剂，故C错误；

D.一氧化氮和氧气反应转化成二氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸，故D正确；

故选：Do

3.（2022・四川•凉山）下列关于NO和NO2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.NO?被水吸收的反应中，发生还原反应和氧化反应的物质的量之比为2：1

【答案】C

【解析】A.NO为无色气体，二氧化氮为红棕色气体，故A错误：

B.常温常压下，NO能与空气中的氧气反应生成二氧化氮，故B错误；

9

C.氮气和氧气在放电条件下直接化合物成NO,故C正确；

D.NCh与H?O发生反应3NO2+H2O2HNO3+NO,氧化反应为化合价升高的反应，还原反应为化合价降低

的反应，根据反应方程式以及氮原子守恒，氧化反应：2NO?〜2HNCh,还原反应：NO2-NO,即发生还

原反应和氧化反应的物质的量之比为1：2,故D错误；

答案为C»

考点四氮的氧化物溶于水的计算

【例4-1］（2022春•河南安阳•高二林州一中校考开学考试）在容积为672mL的烧瓶里充满NO、NO2的混

合气体，将其倒立在水槽里，去塞后再通入280mL氧气，恰好完全反应，且水充满烧瓶（气体体积都折合

成标准状况下）。下列有关叙述中，正确的是

A.总反应为NO+NOz+Oz+HgHNO：

B.总反应为4NO+8NO2+50,+6Hq=l2HNO,

C.生成HNO3的物质的量浓度接近0.3mol•L"

D.生成HNO3的物质的量浓度约为0.45molL'

【答案】B

【解析】无论是NO还是NO?都能在水中与氧气按•定比例反应生成HNO3,同温同压下气体物质的量之

比等于体积之比，n（NO+NO2）:n（O2）=672:280=12:50所以由电子守恒可知恰好反应时总反应为

n72T

4NO+8NO+5O+6HO=12HNO.280mL氧气的物质的量为=0.0125moL可以生成

222o22.4L/mol

0.01257W>/x—=0.03molHNO,,容器容积为672mL,所以硝酸溶液浓度为"即必=0.045mol.L，故选

50.672L

Bo

【例4-2】（2022秋・湖北襄阳•高一校考阶段练习）有一充有lOmLNO和NO2混合气体的试管，倒置于盛有

水的水槽中，充分反应后，仍有6mL无色气体，则原混合气体中NO和NO2体积比为

A.3：2B.2：3C.1：4D.4：1

【答案】B

【解析】二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮和水不反应，所以，剩余的气体为一氧化氮，

设混合气体中二氧化氮的体积为V,则

10

3NO2+H2O=2HNO3+NO气体体积减少

312

VWmL-6mL

所以V=6mL,即二氧化氮的体积为6mL,则混合气体中一氧化氮的体积为4mL,所以原混合气体中NO

和NO?体积比为4mL：6mL=2：3。

故选B»

【例4-3】（2022秋・新疆塔城・高一乌苏市第一中学校考阶段练习）将盛有8mLCh、NO混合气体的试管倒

立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积剩余1mL,则原气体中NO的体积是

A.5mL或3mLB.4mL或3mLC.5mL或2mLD.4mL或5mL

【答案】D

【解析】设原混合气体中NO和Ch的体积分别是ami和bml,

（1）如果NO过量，NO和氧气反应之后，得到NO和NCh的混合气体，则根据方程式2NO+O2

=2NCh,NO2的体积为2bm1,消耗掉的NO的体积为2b,再根据方程式3NCh+H2O=NO+2HNCh,可知

22

生成的NO的体积为5bm1,根据所剩余ImlNO,可知8-3b+,b=l,又因为a+b=8,解之得a=5ml,

b=3mlo

（2）如果O2过量，则NO与氧气反应之后，得到N02和02的混合气体，则根据方程式2NO+O2

=2NO2,NO2的体积为ami,消耗掉的氧气体积为gaml,再根据方程式4NCh++2H?O=4HNO3,消耗

掉的氧气的体积为［ami,根据所剩余可知b-!a-ga=l,乂因为a+b=8,解之得a=4ml,b=4ml。

综上所述，原混合气体中NO的体积为5ml或4ml,故选D。

【一隅三反】

1.（2022春•云南玉溪•高一校考期末）将10mLNO和N02的混合气体通入装满水的倒立在水槽中的量

筒，充分反应后，最后剩余4mL气体，（已知一氧化氮与水不反应，二氧化氮与水反应：

3NO2+H2O2HNO3+NO）则原混合气体中NO的体积为

A.1mLB.3mLC.5mLD.7mL

【答案】A

【解析】NO、NO2混合气体通入装满水的倒立在水槽中的量筒中，N02气体发生反应：

3NO2+H2O=2HNO3+NO,根据方程式可知：每反应消耗3体积NCh,反应产生1体积NO,反应后气体体

积减少2体积。现在气体体积减少了10mL-4mL=6mL,则混合气体中NCh的体枳“NCh）=

11

3

jx6mL=9mL,则混合气体中含有NO的体积V(NO)=10mL-9mL=lmL,故合理选项是A。

2.(2022秋・广西南宁•高一校考阶段练习)某集气瓶中的气体呈红棕色，加入足量水，盖上玻璃片振荡，

得橙色溶液，气体颜色消失。再拿走玻璃片后，瓶中气体又变为红棕色，则该气体可能是下列混合气体中

的

A.比、NO?、NOB.NO2、NO、N2C.NO2、NO、O2D.NCh、82、Br2

【答案】D

【解析】某集气瓶中的气体呈红棕色，其中可能含有NO2和Bn中的至少一种；加入足量水，盖上玻璃片

振荡，得橙色溶液，说明气体中一定含有Br?蒸气；同时气体颜色消失，再拿走玻璃片后，瓶中气体又变

为红棕色，说明该无色气体中含有NO,NO遇空气中的O2反应