第二节 第1课时 氮气和氮氧化物 【人教版高中化学 必修第二册 】

1、第二节氮及其化合物第1课时氮气和氮氧化物核心素养发展目标1.能从分子结构的角度认识氮气的化学稳定性，熟知氮气与镁、氧气、氢气的化学反应及其条件，了解氮的固定和自然界中氮的循环。2.能从物质类别和氮元素的化合价认识氮氧化物的性质与转化，熟知工业制硝酸的反应原理，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。一、氮气与氮的固定1.氮元素的结构及存在(1)氮元素位于元素周期表的第二周期、第A族。氮原子最外电子层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。(2)氮元素在自然界中的存在氮元素主要以N2分子的形式存在于空气中，部分氮元素以化合物的形

2、式存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。2.氮气(1)物理性质通常情况下，氮气是无色、无味的气体，密度比空气的稍小，难溶于水。(2)化学性质氮分子内两个氮原子间以共价三键(NN)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，通常情况下很难与其他物质发生化合反应，但在一定条件下氮气也可以和一些物质发生化合反应。写出氮气和下列物质反应的化学方程式。金属镁：N23MgMg3N2，氮气表现氧化性；氢气：N23H22NH3，氮气表现氧化性；氧气：N2O22NO，氮气表现还原性。3.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。(2)分类氮的

3、固定(1)氮元素有多种化合价，其最高正价为5价()(2)氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键(×)(3)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气()(4)氮的固定中氮元素一定被氧化(×)(5)豆科植物的根瘤菌固氮属于自然固氮中的高能固氮(×)(6)工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮(×)(7)N2和O2在放电条件下会生成NO2(×)(8)N2中N元素价态为0价，处于中间价态，因此既有氧化性，又有还原性()氮在自然界中的循环如下图所示。(1)过程称为_，写出合成氨反应的化学方程式：_，该反应中氮气显_性(填“氧化”或“还

4、原”，下同)(2)过程中能通过_的作用将空气中的氮气固定下来，写出中固氮反应的化学方程式：_，该反应中氮气显_性。(3)过程中的亚硝酸盐有毒，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NH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.H2O2b.NH4Clc.KNO3d.NaOH答案(1)人工固氮N23H22NH3氧化(2)豆科植物根瘤菌N2O22NO还原(3)acd解析(3)据题给信息，NaNO2可以被NH还原为N2，因此NH4Cl可以处理废水中的NO，而H2O2、KNO3都为氧化剂，不能将NaNO2还原为无毒的N2，NaOH和N

5、aNO2不反应，故acd符合题意。(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反应)，又有还原性(与O2反应)。二、一氧化氮和二氧化氮1.氮的氧化物氮的氧化物种类很多，如N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等N的化合价12345对应氧化物N2O(笑气)NON2O3NO2、N2O4N2O52.一氧化氮、二氧化氮的物理性质氧化物颜色状态气味

6、水溶性毒性NO无色气态不溶均有毒NO2红棕色气态刺激性气味易溶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50 mL的注射器里充入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现象无明显现象无色气体变为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NO不溶于水，能与空气中的氧气反应生成红棕色的NO2，化学方程式：2NOO2=2NO2。NO2能与水反应生成无色的NO，化学方程式：3NO2H2O=2HNO3NO。此反应中NO2既表现氧化性又表现还原性。(1)由于NO极易与O2反

7、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)NO和NO2都是有刺激性气味的有毒气体，它们都是大气污染物(×)(6)可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2与溴蒸气(×)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。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，HNO

8、3跟土壤作用生成硝酸盐，NO可被植物吸收。N2O22NO,2NOO2=2NO2,3NO2H2O=2HNO3NO。2.在NO、NO2性质实验中(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_。提示(1)继续通入过量的空气(2)在用水吸收NO2制取硝酸的反应过程中，要不断地补充一些空气，使NO2尽可能多地转化为硝酸3.将一支充有12 mL NO2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)。(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。答案(1)C(2)无色气体变为红棕色，

9、液面逐渐上升3解析(1)NO2溶于水发生反应：3NO2H2O=2HNO3NO,12 mL NO2参与反应，生成的NO为4 mL，生成NO的体积占试管体积的，故选C。(2)向试管中缓缓充入O2，发生反应2NOO2=2NO2，故气体颜色由无色变为红棕色，然后发生反应3NO2H2O=2HNO3NO，故液面逐渐上升，将和两式相组合得4NO3O22H2O=4HNO3，要使水全部充满试管，需充入3 mL氧气。(1)氮的氧化物中属于酸性氧化物的只有N2O3、N2O5；N2O、NO、NO2、N2O4都是不成盐氧化物，不是酸性氧化物。(2)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

10、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。(3)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。(4)雷雨发庄稼的原因：N2NONO2HNO3硝酸盐。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NO的废水，会影响海洋中NH的含量答案D解析海洋中的氮循环起始于N2NH

11、，即起始于氮的还原，A项错误；海洋中的氮循环属于固氮作用的是，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；根据转化关系图可知，若向海洋排放含NO的废水，会使NO增多，反硝化作用增强，海洋中N2增多，从而影响海洋中NH的含量，D项正确。2.氮气能大量存在于空气中的根本原因是()A.氮气性质稳定，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，不与其他物质反应答案C解析N2性质稳定，但在高温下可与O2等物质发生反应，在反应中表现出氧化性或还原性；氮气比空气轻

12、且不溶于水，并不是N2能大量存在于空气中的根本原因；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很牢固，分子结构稳定。3.下列反应中属于氮的固定的是()A.N23H22NH3B.2NOO2=2NO2C.4NH35O24NO6H2OD.NH3H2OCO2=NH4HCO3答案A解析固氮过程是把N2转化为含氮化合物的过程，只有A项符合。4.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

13、能是N2O气体C.可能是NO与NO2的混合气体D.只可能是NO2一种气体答案C解析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NO2、NO2和O2(少量)、NO2和NO等。5.NO与NO2中氮元素的价态均处于中间价态，则NO与NO2均既有氧化性又有还原性。(1)NO极易与氧气反应表现_性，化学方程式为_；在一定条件下与氨气发生归中反应生成N2，其化学方程式为_。(2)NO2可发生自身歧化反应，NO2与H2O反应的化学方程式为_，氧化剂和还原剂的物质的量之比为_，NO2与NaOH溶液反应可生成两种盐，其中一种是NaNO3，其化学方程式为_。答

14、案(1)还原2NOO2=2NO24NH36NO5N26H2O(2)3NO2H2O=2HNO3NO122NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O题组一氮气和氮的固定1.下列关于N2的说法错误的是()A.通常情况下N2的化学性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气B.N2O22NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要原因之一C.N2在空气中约占空气总质量的D.在反应：3MgN2Mg3N2中，N2作氧化剂答案C解析N2在空气中约占空气总体积的，C项错误。2.(2020·咸阳高一期末)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

15、正确的是()A.过程“雷电作用”中发生的反应是N2O22NOB.过程“固氮作用”中，氮气被还原C.中涉及的反应可能有2NOO2=2NOD.中涉及的反应可能有2NO12H=N26H2O答案D解析过程“雷电作用”中氮气与氧气化合生成NO，即发生的反应是N2O22NO，A正确；过程“固氮作用”中氮元素化合价降低，氮气被还原，B正确；中NO被氧化为NO，涉及的反应可能有2NOO2=2NO，C正确；中氮元素化合价降低，NO被还原，涉及的反应不可能为2NO12H=N26H2O，因为此反应中只有元素化合价降低，没有元素化合价升高，且电荷不守恒，故D错误。3.下列关于氮及其化合物，说法不正确的是()A.氮的固

16、定是将N2转化成含氮化合物B.氮元素在自然界中既有游离态又有化合态C.氮气化学性质不如磷活泼，故氮元素非金属性弱于磷D.N2既可作氧化剂又可作还原剂答案C解析氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程，如豆类植物共生的根瘤菌，它们能吸收大气中的氮气分子，将其转变成氨及铵根离子，A项正确；自然界中N有游离态，如N2，也有化合态，如铵盐、硝酸盐等，B项正确；氮气不活泼，是因为氮气分子中存在氮氮三键，与氮元素非金属性强弱无关，C项错误；N2中N处于中间价态，化合价既可以升高又可以降低，N2既可以作氧化剂又可以作还原剂，D项正确。题组二一氧化氮、二氧化氮的性质4.最新的病毒学研究证实，一氧化氮

17、对SARS、新型冠状病毒都有直接抑制作用。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是一种无色不溶于水的气体，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。5.(2020·湖南岳阳高一检测)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

18、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在人体内可做“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，不能作氧化剂答案C解析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2NOO2=2NO2，NO、NO2都是大气污染物，C项正确；NO分子中氮元素价态为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。6.(2020·贵州独山期末)在NO2与水的反

19、应中()A.氮元素的化合价不发生变化B.NO2只是氧化剂C.NO2只是还原剂D.NO2既是氧化剂又是还原剂答案D解析NO2和水反应的化学方程式为3NO2H2O=2HNO3NO，在反应中2 mol NO2被氧化生成2 mol硝酸，1 mol NO2被还原生成1 mol NO，即NO2既是氧化剂又是还原剂。7.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100 mL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

20、、CO2 D.NO、O2、NH3答案B解析该气体无色，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，故不含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。8.运载火箭的推进剂引燃后产生的气体主要是CO2、H2O、N2、NO，这些气体均为无色，但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红色烟雾。产生红色烟雾的原因是()A.高温下N2遇空气生成NO2B.NO遇空气生成NO2C.CO2和NO反应生成CO和NO2D.NO和H2O反应生成H2和NO2答案B解析根据火箭喷出大量红色烟雾可推知其中含有NO2，引燃后产生的气体中NO遇空气生成NO2。题组三氮的氧化物与水反

21、应的简单计算9.将装有50 mL NO2、NO混合气体的量筒倒立在水槽中，反应后气体体积缩小为30 mL，则原混合气体中NO2和NO的体积比是()A.53 B.35C.32 D.23答案C解析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，3NO2H2O=2HNO3NOV3 mL 1 mL 3 mL1 mL2 mLx 50 mL30 mL20 mL，x30 mL，则原混合气体中NO的体积为50 mL30 mL20 mL，所以V(NO2)V(NO)30 mL20 mL32。10.(2020·山东临沂一中高一段考)对3NO2H2O=

22、2HNO3NO反应的下列说法正确的是()A.氧化剂与还原剂的质量比为12B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为12C.NO2是氧化剂，H2O是还原剂D.在反应中若有6 mol NO2参与反应时，有3 mol电子发生转移答案A解析该反应中NO2既是氧化剂又是还原剂，硝酸为氧化产物，NO为还原产物。硝酸与NO的物质的量之比为21，还原剂(NO2)与氧化剂(NO2)的物质的量之比为21。若有6 mol NO2参与反应，则转移电子4 mol。11.下列反应必须加入氧化剂且一步反应就能完成的是()N2NO2NO2NONO2HNO3N2NON2NH3A. B. C. D.答案C解析N2NO2不能一步完成；

23、NO2与H2O反应即可，但H2O不是氧化剂；N2NO中N2被氧化，需要加入氧化剂；N2与H2反应生成NH3，加入的H2是还原剂。12.(2020·河南平顶山一中期中)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C，通入一段时间空气后再加热DD.E中碱石灰的作用是吸收尾气答案C解析A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

24、响；C对，实验时，应先加热C，通入一段时间空气除去氧气，然后再加热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。13.(2020·山东淄博月考)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的漂白作用答案B解析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

25、元素化合价的降低。14.为了避免NO、NO2、N2O4对大气的污染，常采用NaOH溶液进行吸收处理(反应化学方程式：2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2O；NO2NO2NaOH=2NaNO2H2O)。现有由a mol NO、b mol NO2、c mol N2O4组成的混合气体恰好被V L NaOH溶液吸收(无气体剩余)，则此NaOH溶液的物质的量浓度为()A. mol·L1 B. mol·L1C. mol·L1 D. mol·L1答案B解析恰好反应时，由钠离子守恒可得n(NaOH)n(NaNO3)n(NaNO2)，根据氮原子守恒可知n(NaNO

26、3)n(NaNO2)n(NO)n(NO2)2n(N2O4)，n(NaOH)n(NO)n(NO2)2n(N2O4)a molb mol2c mol(ab2c) mol，故氢氧化钠溶液的浓度为 mol·L1。15.(2020·北京东城区校级检测)现有NO2、O2的混合气体12 mL，通入足量水中，充分反应后剩余气体2 mL(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积是()A.1.3 mL B.2.4 mLC.3 mL D.4 mL或1.2 mL答案D解析(总反应式法)根据有关的反应：4NO2O22H2O=4HNO3、3NO2H2O=2HNO3NO设原混合气体中O2的体积为V(O2)

27、，剩余气体可能是O2，也可能是NO。若剩余O2，则V剩V(O2)12 mLV(O2)2 mL，解得V(O2)4 mL。若剩余NO，则V剩12 mLV(O2)4V(O2)2 mL，解得V(O2)1.2 mL。16.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NO2NO2NaOH=2NaNO2H2O，在该反应中，氧化剂是_，还原剂是_。(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_。答案(1)NO2NO(2)6NO28NH37N212H2ONO2NH3解析(1)NO2中氮元素