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專題7　氮與社會
可持續發展
第一單元　氮的固定
1．能依據氮分子的微觀結構預測其性質。2．認識人工固氮的化學原理和社會價值。3．能從物質類別和氮元素的化合價角度認識氮氧化物的性質與轉化，促進“證據推理與模型認知”核心素養的發展。
學習理解
01
課時分層練
04
目錄
CONTENTS
探究應用
02
總結提升
03
學習理解
一、氮分子的結構
1．氮元素的存在
在自然界中，絕大部分氮元素以________________存在于空氣中。
2．氮氣分子的結構
電子式：_____________；結構式：________。
3．氮氣的性質
(1)物理性質
無色無味難溶于水的氣體，密度比空氣略小。
游離態的氮氣
∶N N∶
N≡N
共價鍵
2NO
Mg3N2
二、氮的固定
1．概念
將空氣中_____________轉化成____________叫作氮的固定，簡稱固氮。
游離態的氮
含氮化合物
生物化學
含氮化合物
含氮化合物
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
三、氮在自然界中的循環
1．自然循環
氮氧化物
判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。
(1)N2在放電條件下與O2反應生成NO2。(　　)
(2)合成氨反應屬于自然固氮。(　　)
(3)N2與O2反應時，N2作還原劑。(　　)
(4)6．72 L NO2與水充分反應轉移的電子數目為0．2NA。(　　)
(5)制二氧化氮時，用水吸收尾氣。(　　)
×
×
√
×
×
√
探究應用
[問題探究]
1．液氮用于醫療手術、用作燈泡填充氣分別利用了氮氣的哪些性質？
提示：液氮用于醫療手術是利用了氮氣沸點低的性質，液氮汽化時吸收大量熱，起到冷凍麻醉作用；用作燈泡填充氣是利用了氮氣化學性質穩定的性質，不易與其他物質發生反應。
2．利用氮氣制氮肥的關鍵是氮的固定，將氮氣轉化為氮氧化物或者氨氣，實現氮元素化合價的升高或降低，上述變化過程中，分別體現了氮氣什么性質？
提示：氮氣轉化為氮氧化物體現氮氣的還原性，氮氣合成氨體現氮氣的氧化性。
知識點一　氮氧化物的產生與轉化
1．生產和生活中產生的氮氧化物
汽車尾氣排出的NO，就是汽缸里空氣中的氮氣、氧氣在高溫下反應而產生的；金屬的冶煉可產生NO；生產氮肥的工業可產生NO；生產和使用硝酸的工業可產生NO；金屬與硝酸反應可產生NO、NO2；化石燃料的燃燒也會產生氮氧化物。
2．一氧化氮和二氧化氮
物質 NO2 NO
色、味、態 紅棕色、有刺激性氣味的氣體 無色、無味的氣體
溶解性 易溶于水(不是酸酐) 微溶于水
毒性 有毒 有毒
與水反應 3NO2＋H2O===NO＋2HNO3 不反應
與氧氣反應 不反應 2NO＋O2===2NO2
其他特性 能自行化合：2NO2　　N2O4(無色)，NO2是形成光化學煙霧的主要物質 極少量NO有助于促進血管擴張，防止血管栓塞
[注意]　NO和NO2都不是酸性氧化物，NO與堿、酸都不能反應生成鹽和水，屬于不成鹽氧化物；NO2與堿溶液發生氧化還原反應生成兩種鹽，不屬于酸性氧化物。
1．宇宙飛船的運載火箭的推進器引燃后發生劇烈反應，產生大量高溫氣體，從火箭尾部噴出。引燃后的高溫氣體成分有CO2、H2O、N2、NO等，這些氣體均無色，但在衛星發射現場看到火箭噴射出大量的紅煙，產生紅煙的原因是(　　)
A．高溫下N2遇空氣生成NO2
B．NO與空氣反應生成NO2
C．CO2遇NO反應生成酸性氧化物NO2
D．NO遇H2O反應生成NO2
2．把少量NO2氣體通入過量小蘇打溶液中，再使逸出的氣體通過裝有足量的過氧化鈉顆粒的干燥管，最后收集到的氣體是(　　)
A．氧氣 B．二氧化氮
C．二氧化氮和氧氣 D．二氧化氮和一氧化氮
解析：少量NO2氣體通入過量小蘇打溶液中，逸出的氣體為NO、CO2，二者物質的量之比為1∶2，同時還有少量水蒸氣逸出，再使逸出的氣體通過裝有足量的過氧化鈉顆粒的干燥管，CO2與過氧化鈉反應生成的O2與NO反應生成NO2，O2有剩余，同時逸出的少量水蒸氣與過氧化鈉反應生成O2，所以最后收集到的氣體是NO2和O2。
知識點二　氮氧化物的相關計算
常見計算的類型和方法
(1)
　
(2)
(3)
(4)
4．將裝有50 mL NO2、NO混合氣體的量筒倒立于水槽中，反應后氣體體積縮小為30 mL，則原混合氣體中NO2和NO的體積比是(　　)
A．5∶3　　　　　 B．3∶5 C．3∶2 D．2∶3
總結提升
本課總結
自我反思：﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
隨堂提升
1．下列說法中錯誤的是(　　)
A．N2的化學性質不活潑，是因為氮元素不活潑
B．利用N2的不活潑性，工業上常用N2代替稀有氣體來作焊接金屬的保護氣
C．N2可跟H2、O2在一定條件下直接化合
D．生物固氮是自然固氮的一種途徑
解析：N2的活潑性與氮元素的活潑性是兩個不同的概念，N2的活潑性取決于氮分子的結構，兩者之間沒有因果關系。
2．下列關于氮氧化物的產生，說法錯誤的是(　　)
A．空氣在雷電作用下，其中少量氮氣轉化為氮的氧化物
B．合成氨工業屬于人工固氮
C．汽車尾氣主要產生氮氧化物，不會產生“溫室氣體”
D．豆科植物的根瘤菌能將空氣中的氮氣轉化為含氮化合物
解析：汽車的尾氣中除含氮氧化物外，還有CO2，C不正確。
3．在一大試管中裝入10 mL NO，倒立于水槽中，然后慢慢地通入10 mL O2，下面有關實驗最終狀態的描述中，正確的是(　　)
A．試管內氣體呈紅棕色 B．試管內氣體無色，是NO
C．試管內氣體無色，是O2 D．試管內液面下降
4．同溫同壓下，在3支相同體積的試管中分別充有等體積混合的兩種氣體，它們是①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2。現將3支試管均倒置于水槽中，充分反應后，試管中剩余氣體的體積分別為V1、V2、V3，則下列關系正確的是(　　)
A．V1>V2>V3 B．V1>V3>V2
C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2
5．(1)豆科植物不施氮肥，仍能表現出良好的長勢，其原因是_____________
_________________________________________________________________。
(2)雷雨天氣常會有微量的硝酸生成，用化學方程式解釋HNO3的形成過程：______________________________________________________________。
豆科植物的根瘤菌將游離態的氮轉化為化合態的氨或銨鹽，從而滿足自身營養的需要
課時分層練
題號 1 2 3 4 5 6 7
難度 ★ ★ ★ ★ ★★ ★★ ★★
對點 氮的固定的判斷 NO的性質 NO2的性質 NO2與H2O反應的實質 氮氧化物的性質及相關計算 氮氧化物的性質及相關計算 與氮氧化物有關的化學方程式書寫及計算
題號 8 9 10 11 12 13
難度 ★ ★ ★★ ★★★ ★★ ★★★
對點 氮循環 人工固氮、氮氧化物的性質 氮氧化物的性質、阿伏加德羅定律及推論 氮氧化物的相關計算 鎂與NO2反應的實驗探究 氮氧化物的相關計算
1．下列反應屬于氮的固定的是(　　)
A．N2和O2反應生成NO B．NH3經催化氧化生成NO
C．NO與O2反應生成NO2 D．由NH3制碳銨和硫銨
[學習·理解]
2．(2024·廣東省南陽中學高一下學期月考)核酸是細胞內具有遺傳功能的物質，NO屬于細胞間的通信物質，兩者有機結合起來共同承擔人體新陳代謝的任務。下列對NO的敘述不正確的是(　　)
A．NO是一種無色無味的有毒氣體
B．實驗室收集NO可用排空氣法
C．NO的生物學作用和其作用機理在醫學領域中有很高的研究價值
D．NO微溶于水且不與水反應，可用排水法收集
解析：NO與空氣中的O2會反應產生紅棕色的NO2氣體，因此不能用排空氣的方法收集，B錯誤。
3．下列對二氧化氮的說法不正確的是(　　)
A．二氧化氮不是硝酸的酸酐
B．二氧化氮與水的反應是氧化還原反應
C．二氧化氮不是造成大氣污染的氣體之一
D．在通常狀況下測得的NO2的相對分子質量是不準確的
4．將充滿NO2的試管倒立于盛有水的水槽中，充分放置后的現象如圖所示，其中正確的是(　　)
5．將盛有12 mL NO2和O2的混合氣體的量筒倒立于水槽中，充分反應后，還剩余2 mL無色氣體，則原混合氣體中O2的體積和剩余的氣體分別是(　　)
①2．4 mL、O2　②1．2 mL、NO　③4 mL、O2　④3．6 mL、NO
A．②或③ B．①或②
C．③或④ D．①或④
解析：相同條件下，氣體體積之比等于物質的量之比。若剩余氣體為氧氣，則參加反應的氣體體積為12 mL－2 mL＝10 mL，根據4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知參加此反應的O2的體積為10 mL×1/5＝2 mL，原混合氣體中O2的體積為2 mL＋2 mL＝4 mL；若剩余氣體為NO，根據3NO2＋H2O===2HNO3＋NO可知過量的NO2的體積為3×2 mL＝6 mL，反應4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3消耗的氣體總體積為12 mL－6 mL＝6 mL，則反應消耗的氧氣的體積為6 mL×1/5＝1．2 mL，A正確。
7．氮的氧化物是大氣污染的主要污染物之一，對人類危害很大，每天行駛的汽車排放的尾氣中就含有大量的氮氧化物。回答下列問題：
(1)寫出汽車尾氣中產生NO的化學方程式：________________。
(2)NO2易溶于水。標準狀況下將體積為V mL的試管充滿NO2后倒扣在水中，如圖所示。
①NO2溶于水的化學方程式是____________________________。
②使試管中NO2恰好完全被水吸收需要緩慢通入氧氣，標準狀況
下通入氧氣的體積為________。最終試管中所得硝酸的物質的量濃度
為_____________。
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
③為了消除NO2的污染，可將它與氨氣在催化劑作用下反應，生成水和一種無污染的物質，該物質是空氣的主要成分之一，該反應的化學方程式是_______ ________________________。
8．氮在自然界中的轉化是一個復雜的過程，如圖所示的氮循環是生態系統物質循環的重要組成部分。下列有關氮循環的說法不正確的是(　　)
A．雷雨天氣容易發生轉化②的過程
B．圖中轉化②③④都屬于氮的固定
C．動植物蛋白質中一定含有氮元素
D．轉化⑥說明有機物可以轉化為無機物
解析：圖中④的轉化不屬于氮的固定，B錯誤。
[應用·實踐]
9．下列說法錯誤的是(　　)
A．工業上利用合成氨實現人工固氮涉及氧化還原反應
B．NO2與溴蒸氣的鑒別可以用水、AgNO3溶液，但不能用濕潤的淀粉 KI試紙
C．除去NO中的NO2氣體的方法是將氣體依次通入盛有水和濃H2SO4的洗氣瓶中
D．NO2為無色、有刺激性氣味的氣體
10．如圖所示，兩個連通容器用活塞分開，左、右兩室體積相同，左室充入一定量NO，右室充入一定量O2，且恰好使兩容器內氣體密度相同。打開活塞，使NO與O2充分反應。下列判斷正確的是(不考慮NO2轉化為N2O4)(　　)
A．反應前左、右兩室中的分子數相同
B．反應前后氣體顏色相同
C．反應后容器內有O2存在
D．反應后容器內的密度與反應前的不同
解析：打開活塞前容器中左、右兩室內氣體的密度、體積相同，則左、右室氣體的質量相同，NO、O2的摩爾質量不同，所以左、右兩室中的分子數不同，A不正確；2NO(無色)＋O2===2NO2(紅棕色)，B不正確；等質量的NO和O2反應，O2過量，C正確；連通容器的體積不變，連通容器內的氣體的質量不變，所以反應后容器內的密度與反應前的密度相同，D不正確。
11．將3 mol NO2氣體依次通入分別裝有足量①NaHCO3飽和溶液，②濃H2SO4，③Na2O2的裝置后，用排水法把殘留氣體收集起來，則收集到的氣體是(　　)
A．1 mol NO B．1 mol NO2和0．05 mol O2
C．2 mol O2 D．0．25 mol O2
解析：由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO可知有1 mol NO、2 mol HNO3生成，由HNO3＋NaHCO3===NaNO3＋H2O＋CO2↑可知，2 mol HNO3與足量NaHCO3反應有2 mol CO2產生。由2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2可知有1 mol O2產生。此時剩余氣體為1 mol NO和1 mol O2。用排水法收集時，發生4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，最后剩余0．25 mol O2。
(2)設計實驗驗證猜測(用于連接玻璃管的乳膠管均內襯錫紙)。
資料信息：2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。
①裝置A中的試劑是_____________。
②干燥管和裝置B的作用分別是_________________________、_________。
③實驗開始時正確的操作步驟順序是_______(填字母)。
a．通入NO2
b．打開彈簧夾
c．點燃酒精燈
d．當硬質玻璃管充滿紅棕色氣體后，關閉彈簧夾
NaOH溶液
吸收NO2，避免污染環境
收集N2
badc
13．氮的氧化物能導致酸雨和光化學煙霧。
用氫氧化鈉溶液可以吸收廢氣中的氮氧化物，反應的化學方程式如下：
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O
現有V L某NaOH溶液能完全吸收n mol NO2和m mol NO組成的大氣污染物。
(1)所用燒堿溶液的物質的量濃度至少為________mol·L－1。
[創新·提高]
3∶2
(n－m)∶(3m＋n)

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