2024-2025学年新教材高中化学第3章物质的性质与转化第3节氮的循环第1课时氮气与氮的氧化物学生用书鲁科版必修第一册

第1课时氮气与氮的氧化物学业要求1．通过自然界中的氮循环，了解氮循环的基本过程，能例举自然固氮与人工固氮的过程，知道人工固氮对社会发展的重要意义，培育科学看法与社会责任的化学核心素养。2．相识氮循环过程中重要的含有氮元素的物质，能够对含有氮元素的物质进行分类，形成宏观辨识与微观探析的化学核心素养。3．相识氮气、一氧化氮、二氧化氮的物理性质、化学性质以及典型的试验现象，能书写主要反应的化学方程式，知道它们的主要应用；建立从物质类别、元素价态角度探讨物质性质和实现含有氮元素的物质之间转化的思路和方法，培育科学探究与创新意识。学问网络学业基础——自学·思记·尝试一、自然界中的氮循环1．自然循环2．人类活动的影响(1)通过化学方法把空气中的氮气转化成________，再转化成其他含氮化合物(如________、________等)。(2)燃烧反应产生的____________参加氮的循环。二、氮气的性质和氮的固定1．氮气的物理性质颜色状态气味密度水溶性________气体________比空气的________________溶于水2.氮气的化学性质N2化学性质稳定，通常很难与其他物质发生反应，在肯定条件下能与O2或H2等物质反应。(1)N2与O2的反应：____________________(表现还原性)。(2)N2与H2的反应：____________________(表现氧化性)。3．氮的固定(1)定义：将空气中________态的氮转化为含氮化合物的过程。(2)分类：氮的固定主要有____________和____________。三、氮的氧化物1．氮的氧化物的种类化合价＋1＋2＋3＋4＋5对应氧化物________________________________________2.NO和NO2(1)物理性质。物质NONO2颜色________________毒性有毒有毒溶解性________________气味________________气味(2)相互转化2NO＋O2=________3NO2＋H2O=________[即学即练]1．推断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)汽车尾气中有NOx，主要是汽油不充分燃烧引起的。()(2)制二氧化氮时，用水或NaOH溶液汲取尾气。()(3)工业上利用合成氨实现人工固氮涉及氧化还原反应。()(4)NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象。()(5)在试验室里，NO和NO2均可用排水法收集。()(6)NO能够与人体里血红蛋白结合，造成人体缺氧中毒。()(7)可用NO2与水反应制取硝酸，故NO2是酸性氧化物。()2．下列过程不属于固氮的是()A．雷电时生成氮的氧化物B．工业上用氢气与氮气合成氨C．植物的根从土壤中汲取铵根离子和硝酸盐D．豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为硝酸盐3．下列关于N2的说法错误的是()A．通常状况下N2性质很稳定，所以N2可在电焊时做爱护气B．反应N2＋O2eq\o(=,\s\up7(高温))2NO是汽车尾气造成污染的主要缘由之一C．N2的质量约占空气总质量的4D．在反应3Mg＋N2eq\o(=,\s\up7(点燃))Mg3N2中，N2做氧化剂4．NO2可以用氢氧化钠溶液汲取或在肯定条件下与氨气反应转化为无污染的物质，发生反应的化学方程式分别是2NO2＋2NaOH=M＋NaNO3＋H2O，8NH3＋6NO2=7X＋12H2O。则M、X代表的物质的化学式分别是()A．NaNO2、N2B．HNO2、N2C．NO、HNO3D．HNO3、N25．四支容积相同的试管中分别充溢NO、SO2、NO2、Cl2中的一种，把它们分别倒立于盛有水的水槽中，充分放置后的现象如下图所示。其中原试管充溢NO2的是()6．依据下图中氮元素及其化合物间的转化关系，推断下列说法不正确的是()A．X是N2O5B．可用排空气法收集NOC．工业上以NH3、空气、水为原料生产硝酸D．由NH3→N2，从原理上看，可通过NH3与NO2反应实现核心素养——合作·探究·共享氮的氧化物溶于水的计算[例]有一充有10mLNO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．1∶4B．2∶3C．1∶3D．4∶1状元随笔明确反应，结合反应推断出剩余气体成分是解答本题的关键。[提升]盛有O2和NO2的混合气体的量筒倒立在盛有水的水槽中，过一段时间后，量筒内气体的体积减小为原来的一半。则原混合气体中O2和NO2的体积比是()A．2∶1B．1∶2C．3∶2D．3∶1状元随笔解答本题关键要先推断反应的可能状况，即剩余气体可能是NO或O2，然后依据题中数量关系进行计算。关键实力氮氧化物与氧气、水反应的计算方法氮氧化物与O2混合通入水中时，剩余气体只能是NO或O2，不行能是NO2，因过量的NO2会与水反应生成NO，且形成溶液中的溶质为HNO3。有关混合气体(NO2、NO、O2等)与水反应的计算属重点计算题型，现分类说明解题方法。1．关系式法3NO2＋H2O=2HNO3＋NO①4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3②4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3③2NO＋O2=2NO2④不同状况及剩余气体的体积：序号气体反应剩余气体剩余气体的量ⅠNO2①NO13V(NO2ⅡNO2＋NO①NOV原(NO)＋13V(NO2ⅢNO2＋O2VNO2VO②无0VNO2VO②O2V原(O2)－14V(NO2VNO2VO①②NO13[V(NO2)－4V(O2ⅣNO＋O2VNOVO2③无0VNOVO2③O2V原(O2)－34VVNOVO2③NOV原(NO)－43V(O22.原子守恒法“4NO2＋O2”和“4NO＋3O2”从组成上均相当于“2N2O5”，即总反应的化学方程式都与“N2O5＋H2O=2HNO3”等效。利用混合气体中N、O原子的个数比进行分析推断：N(N)∶N(O)<3．得失电子守恒法对于“NO＋NO2＋O2＋H2O”型，当反应后，无气体剩余，则N均被氧化为＋5价(存在于HNO3中)，O被还原为－2价(存在于HNO3中)，得失电子状况如下：NO2－e－→HNO3，NO－3e－→HNO3，O2＋4e－→HNO3。依据得失电子守恒知，n(NO2)＋3n(NO)＝4n(O2)。因实际应用中，气体量通常用体积表示，由阿伏加德罗定律的推论知，同温同压下气体的体积之比等于气体的物质的量之比，故又有V(NO2)＋3V(NO)＝4V(O2)。上述公式具有广泛的适用性，若体系中没有NO，则V(NO)＝0，由此有V(NO2)＝4V(O2)；当体积中没有NO2时，则有3V(NO)＝4V(O2)。若将有关物质的已知量代入上述公式后能使等式成立，则气体恰好反应完全；若不能使等式成立，则数值较大的一侧对应的物质过量。应留意的是，无论是何种体系，最终剩余的气体不行能是NO2。学考评价——夯实·测控·演练1．下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是()A．氮元素均被氧化B．氮在自然界中存在形式有游离态和化合态C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化D．碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环2．某集气瓶中的气体呈红棕色，加入足量水，盖上玻璃片，振荡，得到橙色溶液，气体颜色消逝，再移走玻璃片后，瓶中气体又变为红棕色，该气体可能是下列混合气体中的(已知Br2蒸气呈红棕色，含Br2的溶液呈橙色)()A．N2、NO2、Br2B．NO2、O2、NOC．NO2、NO、N2D．N2、O2、Br23．化学与环境亲密相关，下列有关说法正确的是()A．CO2属于大气污染物B．酸雨是pH小于7的雨水C．CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成D．大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧4．(双选)下列有关氮气的叙述中，错误的是()A．工业上，氮气常用作焊接金属的爱护气B．在雷雨天，空气中的N2和O2可反应生成NO2C．氮气既可做氧化剂又可做还原剂D．1molN2可与3molH2完全反应生成2molNH35．运载火箭的推动剂引燃后产生的气体主要是CO2、H2O、N2、NO，这些气体均为无色，但在卫星放射现场看到火箭喷出大量红色烟雾。产生红色烟雾的缘由是()A．高温下N2遇空气生成NO2B．NO遇空气生成NO2C．CO2遇NO反应生成CO和NO2D．NO和H2O反应生成H2和NO26．肯定条件下，将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原总体积的()A．14B．C．18D．第1课时氮气与氮的氧化物学业基础一、1．硝酸盐NH4+、NO3-2．(1)氨铵盐硝酸(2)氮氧化物二、1．无色无味略小难2．(1)N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放电))2NO(2)N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH33．(1)游离(2)自然固氮人工固氮三、1．N2ONON2O3NO2、N2O4N2O52．(1)无色红棕色难溶于水易溶于水无味刺激性(2)2NO22HNO3＋NO[即学即练]1．(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×(6)√(7)×2．解析：A项，雷电时生成氮的氧化物，为自然固氮；B项，工业上用氢气与氮气合成氨，为人工固氮；C项，植物的根从土壤中汲取铵根离子和硝酸盐，不是将游离态氮转化为化合态氮，故不属于氮的固定；D项，豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为硝酸盐，为生物固氮。答案：C3．解析：通常状况下N2性质很稳定，所以N2可在电焊时做爱护气，故A正确；N2＋O2eq\o(=,\s\up7(高温))2NO是汽车尾气造成污染的主要缘由之一，故B正确；N2在空气中约占总体积的45，故C错误；在反应3Mg＋N2eq\o(=,\s\up7(点燃))Mg3N2中，N元素化合价降低，N2做氧化剂，故D正确。答案：C4．解析：依据原子守恒，推断M为NaNO2，X为N2。答案：A5．解析：依据3NO2＋H2O=2HNO3＋NO和NO难溶于水可知，将充溢NO2的试管倒立于盛有水的水槽中，水上升到试管容积的三分之二，符合条件的是B。答案：B6．解析：由图中氮及其化合物间的转化关系可知，X中N为＋5价，对应的氮的氧化物是N2O5，A正确；一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮，不能用排空气法收集NO，B错误；工业生产硝酸的步骤：氨气催化氧化生成一氧化氮和水，一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮与水反应得到硝酸，故原料为NH3、空气、水，C正确；NH3可与NO2反应生成氮气：8NH3＋6NO2=7N2＋12H2O，D正确。答案：B核心素养[例]解析：设NO的体积为amL，则NO2的体积为(10－a)mL，倒置于盛有水的水槽中，发生反应3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，依据反应方程式，生成NO的体积为10－a3mL，充分反应后，6mL气体均为NO，因此有a＋10－a3＝6，解得a＝4，因此NO和NO2的体积比为4mL∶(10－4)mL＝4∶6＝2∶答案：B[提升]解析：假设量筒的容积是VL，盛有O2和NO2的混合气体的量筒倒立在盛有水的水槽中，发生反应：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，若剩余的气体是O2，则NO2完全反应，NO2的体积V(NO2)＝45×12VL＝2V5L，O2的体积V(O2)＝VL－2V5L＝3V5L，原混合气体中O2和NO2的体积比是3V5L∶2V5L＝3∶2；若剩余气体是NO，即NO2与O2反应时，NO2有剩余，后发生3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，则剩余NO2的体积是3答案：C学考评价1．解析：在雷电作用下N2与O2反应生成NO，氮元素被氧化，工业合成氨属于人工固氮，合成氨过程中氮元素被还原，A项错误；氮在自然界中存在形式有游离态和化合态，B项正确；由图可看出含氮无机物和含氮有机物可以相互转化，C项正确；制造蛋白质的过程中就有碳、氢、氧元素的参加，D项正确。答案：A2．解析：集气瓶中气体呈红棕色，可能含Br2蒸气或NO2气体。加水原气体红棕色消逝，溶液呈橙色，说明混合气体中肯定含Br2蒸气；移走玻璃片后瓶中气体又变红棕色，说明原气体溶于水后产生了NO，NO由NO2溶于水得到，发生反应：3NO2＋H2O=2NHO3＋NO，故原混合气体中肯定含有Br2蒸气和NO2气体。答案：A3．解析：二氧化碳不是大气污染物，但是却可以引起环境问题，例如大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧；正常雨水的pH为5.6，pH小于5.6的雨水是酸雨，NO2、SO2都会导致酸雨的形成。答案：D4．解析：N2与H2的反应属于可逆反应，1molN2和3molH2不行能完全反应生成2molNH3，故