专题7 第一单元　氮的固定 课件（共90张PPT）

(共90张PPT)
第一单元
DIYIDANYUAN
氮分子的结构与性质 / 氮的固定 / 一氧化氮和二氧化氮 / 随堂演练　知识落实 / 课时对点练
氮的固定
专题7
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。
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，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。
内容索引
一、氮分子的结构与性质
二、氮的固定
三、一氧化氮和二氧化氮
随堂演练　知识落实
课时对点练
氮分子的结构与性质
一
1.氮元素的存在
在自然界中，氮元素既有 ，也有 ，但绝大部分氮元素以游离态的氮气分子形式存在于空气中。
游离态
化合态
2.氮气
(1)氮分子的结构
氮气分子的电子式和结构式分别为 、 。
(2)氮气的物理性质
N≡N
颜色 气味 溶解性 密度
_____ ______ 溶于水 比空气的_____
无色
无味
难
稍小
(3)氮气的化学性质
通常状况下较稳定，与其他物质很难发生化学反应。
①氮气能与氧气在放电条件下直接化合，反应的化学方程式为______
。
②氮气能与氢气反应，化学方程式为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。该反应是工业合成氨的反应原理。
③氮气能与金属镁反应，化学方程式为3Mg＋N2 Mg3N2。
N2＋
正误判断
(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)N2和O2在放电条件下会生成NO2(　　)
(5)N2中N元素的化合价为0价，处于中间价态，因此既有氧化性，又有还原性
(　　)
√
×
√
×
√
应用体验
1.下列关于氮气的叙述错误的是
A.N2是一种无色、无味的气体
B.N2可用作生产氮肥和硝酸的原料
C.N2可用浓硫酸或碱石灰干燥
D.N2可用排空气法收集
√
N2是一种无色、无味的气体，A正确；
N2可与H2反应生成氨气，NH3可用作生产氮肥和硝酸的原料，B正确；
N2与浓硫酸和碱石灰都不反应，可用它们干燥，C正确；
N2的密度比空气略小，不能用排空气法收集，D错误。
2.下列有关氮气的说法错误的是______(填字母)。
a.氮气在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸
b.液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境
c.利用氮气的稳定性，工业上用其替代稀有气体作焊接金属的保护气
d.在高温高压、催化剂条件下与氢气反应时，氮气作还原剂
e.金属镁在空气(忽略空气中二氧化碳)中燃烧，产物只有氧化镁
de
氮气的化学性质很稳定，在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸，a项正确；
液氮汽化吸热，可用于制造低温环境，b项正确；
氮气的化学性质很稳定，可用作焊接金属的保护气，c项正确；
氮气与氢气生成氨气的反应中，N的化合价从0降低到－3，作氧化剂，d项错误；
返回
氮的固定
二
1.概念
将空气中 的氮转化成 叫作氮的固定。
2.方法
(1)自然固氮
①生物固氮
自然界中的一些微生物种群(如豆科植物的根瘤菌)将空气中的氮气通过
过程转化为含氮化合物，约占自然固氮的 。
游离态
含氮化合物
生物化学
90%
②高能固氮
通过 、 等途径产生含氮化合物，约占自然固氮的 ，如放电条件下，空气中的氮气与氧气反应生成 ，其化学方
程式为 ，经过一系列转化生成 ，渗入土壤与矿物质作用生成 ，其中的硝酸根离子被植物吸收转化为养料。
闪电
火山爆发
10%
一氧化氮
硝酸
硝酸盐
(2)人工固氮——合成氨
在高温、高压和催化剂条件下，以氮气和氢气为原料合成氨，其热化学
方程式为 。该反应放出大量的热，工业上可用来 ，合成氨达到平衡时，分离出氨后，将未反应的 送回合成塔循环使用。
预热原料气
N2、H2
3.自然界的氮循环
为了促进氮的良性循环，要注意维护 ，保护森林、植树绿化、 生态系统对有害物质的吸收能力，不能过度使用含氮化肥以免污染土壤和水体；控制化石燃料燃烧排放的 进入大气。
生态平衡
增强
氮氧化物
应用体验
1.下列反应属于氮的固定的是
A.3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
B.2NO＋O2===2NO2
√
氮的固定是将空气中游离态的氮转化成含氮化合物的过程，即由单质变为化合物，故选C。
2.氮在自然界中的循环如下图所示。
(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_____性(填“氧化”或“还原”，下同)。
人工固氮
N2＋3H2
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会造成环境污染。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.NaOH
acd
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反应)，又有还原性(与O2反应)。
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一氧化氮和二氧化氮
三
1.一氧化氮、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 味 溶 有毒
NO2 色 气态 气味 溶 有毒
无
无
微
红棕
刺激性
易
2.一氧化氮、二氧化氮的化学性质
(1)在一定条件下，NO和NO2可以相互转化
①NO→NO2： (NO表现 )。
②NO2→NO： (NO2既表现 ，
又表现 )。
2NO＋O2===2NO2
还原性
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
氧化性
还原性
(2)NO、NO2的其他性质
①
②
3.NO、NO2溶于水的计算
由于NO2与H2O反应会生成HNO3和NO，NO又可与O2反应生成NO2，因此适量的氧气可使NO或NO2恰好完全溶于水。
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　①
2NO＋O2===2NO2　②
①×2＋②得： ，
①×2＋②×3得： 。
4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
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
提示　雷电条件下，空气中的N2和O2反应生成NO，NO迅速被氧化为NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3跟土壤中的矿物质作用生成硝酸盐， 可被植物吸收。N2＋O2 2NO，2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===
2HNO3＋NO。
2.NO2是否属于酸性氧化物？
深度思考
提示　NO2与水反应除了生成HNO3外，还生成NO，因此，NO2不属于酸性氧化物。
3.如图所示，室温下向盛有3.0 mL NO的试管中缓缓通入1.5 mL O2(所有气体的体积均在标准状况下测定)。
(1)写出观察到的现象。
深度思考
提示　①通入O2，试管内气体由无色变为红棕色；
②试管内液面上升；
③试管内剩余无色气体。
(2)写出上述过程中发生反应的化学方程式。
深度思考
提示　2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
(3)最终试管中剩余的气体是什么？体积为多少？
深度思考
提示　NO,1.0 mL。
设1.5 mL O2全部参加反应，由总反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3知，V反应(NO)＝V(O2)× ＝1.5 mL× ＝2.0 mL，而NO的总体积是3.0 mL，故剩余NO的体积是1.0 mL。
正误判断
(1)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(　　)
(2)NO2易溶于水生成HNO3，故NO2是酸性氧化物(　　)
(3)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(　　)
(4)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(　　)
(5)可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2和Br2(　　)
√
×
√
×
×
应用体验
1.下列关于氮的氧化物的说法正确的是
A.氮的氧化物都是酸性氧化物
B.氮的氧化物都既有氧化性，又有还原性
C.NO与H2O反应生成HNO3
D.只能用排水法收集NO
√
NO不能与碱溶液反应，A项错误；
N2O5中氮元素为最高价，只有氧化性，B项错误；
NO与水不反应，C项错误。
2.将充有20 mL N2和NO2的混合气体的试管倒立在水槽中，充分反应后，试管残留10 mL气体，则原混合气体中N2和NO2的体积之比是
A.1∶1 B.1∶2
C.1∶3 D.2∶3
√
据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，则V(剩)＝V(N2)＋ V(NO2)，设N2有x mL，
则NO2为(20－x) mL，有V(剩)＝10 mL＝x mL＋ (20－x) mL，解得x＝5，即V(N2)＝5 mL，V(NO2)＝15 mL，所以V(N2)∶V(NO2)＝1∶3。
练后反思
熟记NOx与O2混合气体被吸收关系
(1)4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
练后反思
(2)4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
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随堂演练　知识落实
1.(2022·上海市洋泾中学高一期中)下面能实现人工固氮的是
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A B C D

闪电 电解饱和食盐水车间 根瘤 合成氨车间
√
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空气中的氮气和氧气在放电条件下反应生成NO，属于自然固氮，A错误；
电解饱和食盐水为氯碱工业，不涉及固氮，B错误；
少数植物根瘤中的根瘤菌能将游离态的氮转化为化合态的氮，属于生物固氮，C错误；
氮气和氢气在高温、高压、催化剂条件下合成氨，属于人工固氮，D正确。
2.下列关于N2的叙述错误的是
A.N2既可作氧化剂又可作还原剂
B.雷雨天，空气中的N2和O2可反应生成NO
C.氮的固定是将N2转化成含氮化合物
D.NO和NO2都可稳定存在于空气中
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N2与H2反应生成NH3，化合价降低，与O2反应生成NO，化合价升高，因此N2既可作氧化剂又可作还原剂，故A正确；
雷雨天时，发生自然固氮，空气中的N2和O2反应生成NO，故B正确；
氮的固定是将空气中游离态的氮(N2)转化为含氮化合物的过程，故C正确；
NO能与空气中的氧气反应生成二氧化氮，所以一氧化氮在空气中不能稳定存在，故D错误。
3.按下图进行实验，试管内装有12 mL NO，然后间歇而缓慢地通入8 mL O2，下面有关实验最终状态的描述正确的是
A.试管内气体呈红棕色
B.试管内气体为无色的NO
C.试管内气体为无色的O2
D.试管内液面上升至充满整个试管
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试管内装有12 mL NO，然后间歇而缓慢地通入8 mL氧气，依据反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，知NO过量，反应后剩余NO的体积为12 mL－8 mL×
＝ mL，即试管内气体为无色的NO。
4.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_________
_______________________。
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还原
2NO＋O2===2NO2
4NH3＋
(2)NO2可发生自身歧化反应，NO2与H2O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，化学方程式为_____________________________________。
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3NO2＋H2O
===2HNO3＋NO
1∶2
2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O
课时对点练
题组一　氮的固定
1.下列过程中不属于氮的固定的是
A.工业制氨气
B.雷雨天产生NO
C.由氨气生成硝酸铵
D.氮气在根瘤菌作用下生成
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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。工业上合成氨：N2＋3H2 2NH3，将氮气转化为氮的化合物，属于人工固氮；在雷电作用下，使空气中的N2与O2反应产生NO，属于高能固氮；氨气、硝酸铵都是氮的化合物，是含氮化合物之间的转化，不是游离态的氮转化为含氮化合物的过程，不属于氮的固定；氮气在根瘤菌作用下生成 ，属于生物固氮。
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2.生物固氮是指
A.生物从土壤中吸收含氮养料
B.将含氮化合物转变为植物蛋白质
C.土壤中的硝酸盐被细菌分解转化为氮气
D.豆科植物根瘤菌将空气中的氮气转化为含氮化合物
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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
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过程①“雷电作用”中氮气与氧气化合生成NO，即发生的反应是N2＋O2 2NO，A正确；
过程③“固氮作用”中氮元素化合价降低，氮气被还原，B正确；
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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在空气中可以转化为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
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NO是无色、微溶于水的气体，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N元素价态为＋2价，为中间价态，在一定条件下的反应中既可作氧化剂，又可作还原剂，D项错误。
5.运载火箭的推进剂引燃后产生的气体主要是CO2、H2O、N2、NO，均为无色气体，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NO2
B.NO遇空气生成NO2
C.CO2和NO反应生成CO和NO2
D.NO和H2O反应生成H2和NO2
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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。
6.(2022·辽宁朝阳高一检测)烟气催化脱硝利用脱硝剂能将烟气中的氮氧化物转化为无毒无害的物质，有效减少了烟气对空气的污染，其脱硝过程如图所示，下列说法错误的是
A.在烟气脱硝过程中NOx被还原为N2
B.每处理含0.3 mol NOx的烟气需消耗
4.48 L(已折算成标准状况下)氨气
C.空气中NOx的含量高低是检验空气质量的标准之一
D.如果把NOx看成NO，则发生的反应为6NO＋4NH3 5N2＋6H2O
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由图可知，NOx→N2，N元素化合价降低，被还原，A正确；
未知x具体数值，无法确定转移电子数，则不能计算需要消耗氨气的体积，B错误；
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空气中过量的NOx会造成酸雨，则NOx的含量高低是检验空气质量的标准之一，C正确；
如果把NOx看成NO，NO→N2，N元素化合价
降低了2，NH3→N2，N元素化合价升高了3，由电子转移守恒和原子守恒，则发生的反应为6NO＋4NH3 5N2＋6H2O，D正确。
题组三　氮的氧化物与水反应的简单计算
7.对反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO的下列说法正确的是
A.氧化剂与还原剂的质量比为1∶2
B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2
C.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
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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2∶1，还原剂(NO2)与氧化剂(NO2)的物质的量之比为2∶1。若有6 mol NO2参与反应，则转移4 mol电子。
8.标准状况下，将盛满二氧化氮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是
A.0.045 mol·L－1 B.0.036 mol·L－1
C.0.033 mol·L－1 D.0.018 mol·L－1
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9.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.N2＋O2 2NO，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3Mg＋N2 Mg3N2中，N2作氧化剂
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10.下列反应必须加入氧化剂且一步反应就能完成的是
①N2→NO2　②NO2→NO　③NO2→HNO3　④N2→NO　⑤N2→NH3
A.①　　　B.②⑤　　　C.④　　　D.③④
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①N2→NO2不能一步完成，②③NO2与H2O反应即可，但H2O不是氧化剂，④N2→NO过程中N2被氧化，需要加入氧化剂，⑤N2与H2反应生成NH3，加入的H2是还原剂。
11.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D
D.E中碱石灰的作用是吸收尾气
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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。
12.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③
C.海洋中的反硝化作用一定有氧气的参与
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海洋中的氮循环起始于N2―→ ，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②，B项错误；
反硝化作用中N元素化合价降低，被还原，而O2是常见的氧化剂，不需要有O2参与，C项错误；
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13.工业制HNO3过程中排放的NO2和NO常用NaOH溶液吸收，反应的化学方程式为NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O、2NO2＋2NaOH
===NaNO2＋NaNO3＋H2O，NO不能被NaOH溶液吸收。若同温同压下NO2与NO的体积之比如下，其中不能被NaOH溶液完全吸收的是
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根据NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O可知，当NO2与NO的体积之比为1∶1时，恰好被完全吸收，故A项不符合题意；
当NO2与NO的体积之比为1∶3时，一氧化氮过量，多余的一氧化氮不能被氢氧化钠溶液吸收，故B项符合题意；
当NO2与NO的体积之比为2∶1或3∶1时，反应后二氧化氮有剩余，由2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O可知，多余的二氧化氮可以直接被氢氧化钠溶液完全吸收，故C、D项不符合题意。
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14.氮的氧化物是大气污染的主要污染物之一，对人类危害很大，每天行驶的汽车排放的尾气中就含有大量的氮氧化物。回答下列问题：
(1)写出汽车尾气中产生NO的化学方程式：_________________。
汽车尾气中的NO是由空气中的氮气和氧气在汽缸中高温条件下反应生成的，化学方程式为N2＋O2 2NO。
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(2)NO2易溶于水。标准状况下将体积为V mL的试管充满NO2后倒扣在水中，如图所示。
①NO2溶于水的化学方程式是__________________________。
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
NO2溶于水生成HNO3和NO，反应的化学方程式是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
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②使试管中NO2恰好完全被水吸收需要缓慢通入氧气，
标准状况下通入氧气的体积为_______。最终试管中所得
硝酸的物质的量浓度为_____________。
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③为了消除NO2的污染，可将它与氨气在催化剂作用下反应，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是_____________
__________________。
6NO2＋8NH3
由题意知，生成的无污染的物质是空气的主要成分之一，该物质是氮气，反应的化学方程式是6NO2＋8NH3 7N2＋12H2O。
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15.Ⅰ.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_____(填“上”或“下”)瓶颜色深。
下
NO2呈红棕色，SO2为无色，故下瓶颜色深。
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(2)图乙中反应的现象是___________________________________。
两气体混合后，颜色由红棕色变为无色
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(3)图丙中“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有_____，说明NO2在该反应中显______性。
NO
氧化
NO遇空气被氧化成NO2：2NO＋O2===2NO2，“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有NO，体现了NO2的氧化性。
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(4)由图乙和图丙中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式：_______
________________。
NO2＋
SO2===NO＋SO3
由题给现象可知，NO2和SO2反应的化学方程式为NO2＋SO2===NO＋SO3。
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Ⅱ.某课外活动小组探究镁与NO2的反应。已知镁与CO2反应如下：2Mg＋CO2 2MgO＋C。
(1)该小组采用类比Mg与CO2反应的思路对Mg与NO2的反应进行预测，
写出Mg与NO2反应的化学方程式：___________________________。
由题意可知，Mg与NO2发生置换反应的化学方程式为4Mg＋2NO2
4MgO＋N2。
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(2)设计实验验证猜测(用于连接玻璃管的乳胶管均内衬锡纸)。
资料信息：2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。
①装置A中的试剂是___________。
②干燥管和装置B的作用分别是_______________________、________。
NaOH溶液
吸收NO2，避免污染环境
收集N2
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③实验开始时正确的操作步骤顺序是_______(填字母)。
a.通入NO2
b.打开弹簧夹
c.点燃酒精灯
d.当硬质玻璃管充满红棕色气体后，
关闭弹簧夹
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由资料信息2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O可知，装置A中的试剂是NaOH溶液，作用是除去未反应的NO2。干燥管是尾气处理装置，作用是吸收NO2，避免污染环境。
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装置B的作用是利用排水法收集N2。实验开始时正确的操作步骤：b(打开弹簧夹)→a(通入NO2，排尽反应装置中的空气)→d(当硬质玻璃管充满红棕色气体后，关闭弹簧夹)→c(点燃酒精灯，确认充满NO2后才开始加热)。
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专题7