鲁科版 (2019)必修 第一册第3节 氮的循环导学案

这是一份鲁科版 (2019)必修 第一册第3节 氮的循环导学案，文件包含331氮及其氧化物-2021-2022学年高一化学精讲精练新鲁科版必修第一册解析版docx、331氮及其氧化物-2021-2022学年高一化学精讲精练新鲁科版必修第一册原卷版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共134页， 欢迎下载使用。
3.3.1 氮及其氧化物
考点精讲
考点1：自然界中的氮循环
1．氮元素的存在：化合态和游离态。
2．自然界中氮的循环：

3．人类活动对氮循环的影响
（1）氮气氨气→氮肥、硝酸等含氮化合物。
（2）燃料燃烧反应→氮氧化物参与氮的循环。
4．氮的固定
（1）定义：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。
（2）分类：

【典例1】（2020·宜昌高一检测）自然界中存在很多物质循环过程。下图是自然界中氮循环示意图，请回答下列问题：
（1）自然界中的固氮和人工固氮的共同点是________________________。
（2）硝化细菌可以将氨氧化成亚硝酸：NH3+O2HNO2+H2O，请配平该反应，其中还原产物为_____________。
（3）根据循环图判断下列说法不正确的是______。

a．氮元素均被氧化
b．含氮无机物和含氮有机物可相互转化
c．工业合成氨属于人工固氮
d．模拟生物固氮是人工固氮发展的方向
【举一反三】（1）在雷电作用下，发生的固氮反应是什么？

（2）在空气中亚硝酸盐能够被氧化成硝酸盐，该反应的离子方程式是什么？

【针对训练】
1．下列变化属于固氮的是（ ）。
A．NH3→NO B．N2→NH3
C．NO→NO2 D．NO2→HNO3
2．（2020·郑州高一检测）将空气中氮气转化为氮的化合物的过程称为固氮。下图中能实现人工固氮的是（ ）。

3．（2021·北京房山区高一上期中）自然界的氮循环如图所示。下列说法中，不正确的是（ ）。

A．工业合成氨属于人工固氮
B．雷电作用下N2与O2发生化学反应
C．在氮循环过程中不涉及氧化还原反应
D．含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化
考点2：氮气的性质和制备
1．氮元素的化合价与氧化性、还原性的关系
价态
代表物
性质
－3
NH3、Mg3N2、NH4Cl
只有还原性
0
N2
既有氧化性，又有还原性
+1
N2O
+2
NO
+3
N2O3、HNO2、NaNO2
+4
NO2、N2O4
+5
N2O5、HNO3、NaNO3
只有氧化性
2．氮气的氧化性：N2+3H22NH3
3．氮气的还原性：
（1）除去中H2的N2：3Mg+N2Mg3N2
（2）高能固氮反应：N2+O22NO
4．实验室制备氮气
（1）制备原理
①高温下氨气还原氧化铜：2NH3+3CuO3Cu+N2+3H2O

②用饱和NaNO2和NH4Cl溶液反应：NaNO2+NH4ClNaCl+N2↑+2H2O

（2）收集方法：只能用排水法
【典例2】实验室常用饱和NH4Cl溶液跟饱和NaNO2溶液反应制取氮气，其反应为NaNO2+NH4ClNaCl+N2↑+2H2O（反应放热），再用制得的氮气跟氢气化合制取氨气。实验装置如图所示。

请回答：
（1）装置A中导管a所起的作用是_________（用序号回答）。
①防止NaNO2饱和溶液蒸发
②使分液漏斗中溶液能顺利滴下
③使实验装置不漏气
（2）装置C的作用是________________________。
（3）在实验开始前，首先必须进行的操作是_____________。
（4）点燃装置D的酒精灯之前，必须进行的操作是_____________________。
（5）从装置D中导出的气体成分是_________________，检验反应产物的化学方法是________________________________。
【举一反三】（1）每生成1molN2时，转移电子的物质的量为多少？

（2）撤去酒精灯反应还会继续进行的原因是什么？

【针对训练】
1．氮气能大量存在于空气中的根本原因是（ ）。
A．氮气性质稳定，即使在高温下也很难跟其他物质发生反应
B．氮气比空气轻，且不溶于水
C．氮分子中两个氮原子结合很牢固，分子结构稳定
D．氮气无氧化性，也无还原性，不与其他物质反应
2．（2021·浙江衢州选考模拟）下列有关氮气的叙述中，正确的是（ ）。
A．医学上常用液氮作冷冻剂，在冷冻麻醉条件下做手术，是利用氮气化学性质的不活泼性
B．高温条件下，N2和O2可反应生成NO
C．氮气只能做氧化剂
D．1 mol N2可与3 mol H2完全反应生成2 mol NH3
3．下列叙述的用途中，与氮气化学性质不活泼无关的是（ ）。
A．食品包装时充氮气以防腐
B．焊接金属时常用氮气作保护气
C．灯泡中充氮气以延长使用寿命
D．用氮气制硝酸和氮肥
4．已知有如下3个反应：①N2+O22NO；②2NO+O22NO2；③6NO+4NH35N2+6H2O。由此可判断，在通常情况下N2、NO、NH3的还原性强弱顺序是（ ）。
A．NH3＞NO＞N2 B．NO＞NH3＞N2
C．NO＞N2＞NH3 D．NH3＞N2＞NO
5．通常情况下，氮气很不活泼，其原因是：N2分子内部具有N≡N结构，键能很大，不容易被破坏。
（1）在一定条件下也可以与其他物质反应，有两种气体，一种能够氧化N2，一种能够还原N2，请分别写出这两个反应的化学方程式：
①氧化N2：__________________________________________；
②还原N2：__________________________________________。
（2）Mg可以在N2中燃烧生成氮化镁，写出该反应的化学方程式________________，在该反应中N2表现________性。
（3）已知氮化镁可以与水反应生成氢氧化镁和氨气，写出该反应的化学反应方程式____________________________________________________________。
考点3：氮氧化物的性质
1．氮氧化物的种类
化合价
+1
+2
+3
+4
+5
化学式
N2O
NO
N2O3
NO2
N2O4
N2O5
2．氮氧化物的来源

3．氮氧化物的危害
（1）形成硝酸型酸雨
含氮物质NONO2HNO3
（2）形成光化学烟雾
NO2和O2O3有毒烟雾
（3）破坏臭氧层：NO催化O3分解为O2
NO+O3＝NO2+O，NO2+O＝NO+O2
（4）水体富营养化：水中含氮化合物引起水体污染
4．氮氧化物的预防和吸收
（1）使用清洁能源，减少氮氧化物的排放
（2）安装汽车尾气转化装置：2NO+2CON2+2CO2
（3）对生产化肥、硝酸工厂的废气进行处理
方法
反应原理
碱液吸收法
2NO2+2NaOH＝NaNO3+NaNO2+H2O
NO2+NO+2NaOH＝2NaNO2+H2O
催化还原法
6NO+4NH35N2+6H2O
CH4+4NO2N2+CO2+2H2O
4H2+2NO2N2+4H2O
2H2+2NON2+2H2O
5．二氧化氮的强氧化性
（1）NO2能够将某些还原性微粒氧化，自身被还原成NO2
还原性微粒




氧化产物
S
SO3或SO42－
I2
Fe3+
（2）反应举例
①H2S+NO2S+NO+H2O
②NO2+SO2SO3+NO
③NO2+2I－+2H+I2+NO↑+H2O
④2Fe2++4H++NO22Fe3++2H2O+NO↑
【典例3】（2021·吉林白山高一上期中）已知：Cu+4HNO3（浓）＝Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O。某学校化学学习小组为探究二氧化氮的性质，按如图所示装置进行实验。请回答下列问题：

（1）装置甲中盛放浓硝酸的仪器A的名称是__________________。
（2）实验过程中，装置乙、丙中出现的现象分别是：______、______；装置丙中的试管内发生反应的离子方程式为__________________________。
（3）为了探究NO的还原性，可以在装置丁的导气管C中通入一种气体，通入的这种气体的名称是________。
（4）为了探究NO2的氧化性，取下装置丙中的试管D，在其中滴加FeSO4溶液，溶液变为______色，为了证明铁元素在该反应中的产物，可以再在溶液中滴加KSCN溶液，溶液变为______色。
【举一反三】（1）甲装置中产生的主要现象是什么？

（2）若向D溶液中加入少量淀粉-碘化钾溶液，会产生什么现象？

【技巧与方法】氮氧化物的氧化物属性
虽然NO2能够和水反应生成HNO3，但还生成NO，所以不属于酸性氧化物。氮氧化物中只有N2O3和N2O5属于酸性氧化物，其相应的酸分别是HNO2和HNO3。
【针对训练】
1．雷雨时，空气中的氮气和氧气可生成氮的氧化物，该氧化物进一步反应后遇水变成（ ）。
A．NO2 B．HNO3 C．H2SO4 D．NH3·H2O
2．为除去混入NO中的少量NO2，应将气体通过（ ）。
A．Na2CO3溶液 B．NaHCO3溶液 C．H2O D．浓硫酸
3．（双选）（2021·衡水高一检测）2007年诺贝尔化学奖授予善于做“表面文章”的德国科学家格哈德·埃特尔。他的成就之一是证实了气体在固体催化剂表面进行的反应，开创了表面化学的方法论。在汽车尾气净化装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。下列说法正确的是（ ）。

A．NO2是该过程的中间产物
B．NO和O2必须在催化剂表面才能反应
C．汽车尾气的主要污染成分是CO2和NO
D．该催化转化的总反应方程式为2NO+O2+4CO4CO2+N2
4．某无色的混合气体可能含NO、CO2、NO2、NH3、N2中的几种，将100mL该气体经过如图实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则此气体的组成为（ ）。

A．NH3、NO2、N2 B．NH3、NO、CO2
C．NH3、NO2、CO2 D．NO、CO2、N2
5．氮氧化物会严重污染大气，所以实验室必须对含有氮氧化物的废气进行处理。用NaOH溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应方程式如下：①NO+NO2+2NaOH＝2NaNO2+H2O；②2NO2+2NaOH＝NaNO2+NaNO3+H2O。
（1）在反应①中，参加反应的氧化剂和还原剂的质量之比为_____。
（2）在反应②中，氧化产物是_____，还原产物是_____。（填化学式）
（3）在反应①②中，参加反应的NaOH均为2mol时，两个反应转移电子数的关系是①______②（填“＞”、“＝”或“＜”）。
考点4：氮氧化物溶于水的计算
1．NO和NO2的混合气体溶于水时，其反应是3NO2+H2O2HNO3+NO，可利用气体体积变化差值进行计算。
V剩＝V原（NO）+V（NO2）
2．NO2和O2的混合气体溶于水时，其反应是3NO2+H2O2HNO3+NO，2NO+O22NO2，总式为4NO2+O2+2H2O4HNO3。

3．NO和O2同时通入水中时，其反应是：2NO+O22NO2 ，3NO2+H2O2HNO3+NO，总式为4NO+3O2+2H2O4HNO3。

【典例4】（双选）容积为10mL的试管，充满NO2和O2的混合气体，倒立于水槽中，若最后剩余2mL气体，则原混合气体中，O2的体积可能为（ ）。
A．0.8mL B．9.2mL C．3.6mL D．1.6mL
【技巧与方法】
NO、O2不溶于水，但NO2溶于水且与水反应，所以氮氧化物溶于水的各种情况中，剩余气体可为NO、O2，但不可能是NO2或NO与O2同时剩余。
【针对训练】
1．（2020·广西柳州高一上期末）在一定温度和压强下，将装有NO和NO2混合气体的试管倒立在水中，经充分反应后，试管内气体的体积变为原来的4/5，则原混合气体中NO与NO2气体的体积比是（ ）。
A．3∶5 B．5∶3 C．3∶7 D．7∶3
2．（双选）向盛有12mLNO气体并倒立水槽中的试管里，通入一定量的O2充分反应后，试管内还剩余4mL无色气体，则通入O2的体积可能为（ ）。
A．6mL B．10mL C．13mL D．16mL
3．（2021·吉林白山高一上期末检测）标准状况下，分别将充满下列气体的容器倒扣于水槽中（设气体不发生扩散），充分反应后，瓶内溶液的物质的量浓度不等于mol•L－1（约0.045mol•L－1）的是（ ）。
A．HCl B．NO2、O2 C．SO2、N2 D．NO2
4．在同温同压下，将等体积混合而成的四组气体：①NO2+O2；②NO2+NO；③HCl+N2；④SO2+O2分别通入体积相同的试管，并立即倒立于水槽中，如图所示，待试管内液面稳定后，剩余气体体积依次为V1、V2、V3、V4，则剩余气体体积最多的是（ ）。

A．V1 B．V2 C．V3 D．V4
合格考达标练
1．（陕西省榆林市2020~2021学年高一上学期期末）水体中部分含氮有机物的循环过程如图，其中属于氮的固定的是（ ）。

A．⑤⑥ B．①② C．③④ D．只有⑤
2．（2020年7月·湖南合格考真题）下列气体呈红棕色的是（ ）。
A．H2 B．Cl2 C．NO D．NO2
3．（2020·江苏高考）打赢蓝天保卫战，提高空气质量。下列物质不属于空气污染物的是（ ）。
A．pM2.5 B．O2 C．SO2 D．NO
4．（2020年1月•广东学考真题）我国谚语与古籍中，有许多关于化学变化的记载。例如，谚语“雷雨发庄稼”；《淮南万毕术》中记载“曾青得铁则化为铜”，以上例子不涉及的反应是（ ）。
A．N2+O22NO
B．Zn+Fe2+＝Zn2++Fe
C．Fe+Cu2+＝Fe2++Cu
D．3NO2+H2O＝2HNO3+NO
5．（2021·北京第一次普通高中合格性考试）下列关于二氧化氮性质的描述中，不正确的是（ ）。
A．无色气体
B．有刺激性气味
C．相同条件下密度比空气的大
D．能与水反应
6．（2021·上海金山区高一上期中）氮气用来填充灯泡是由于氮气（ ）。
A．无色 B．无味 C．性质稳定 D．密度小
7．实验室制备气体后，在收集气体时，往往根据气体的性质选择不同的收集方法，当小明在实验室制备下列气体时，只能使用排水法收集的是（ ）。
A．SO2 B．CO2 C．NO D．NO2
8．（2021年1月•广东合格考真题）湿润的土壤中，氮元素的转化过程如下所示，下列说法正确的是（ ）。

A．NO3－作还原剂 B．NO3－被氧化
C．NH4+作氧化剂 D．NH4+被氧化
9．（2021年6月·山东省合格考真题）关于反应NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O的说法错误的是（ ）。
A．NaNO2中N的化合价为+3
B．NO是还原剂
C．氧化反应的产物是NaNO2
D．生成2mol NaNO2时转移2mol电子
10．（2018·海南高考）某工业废气所含氮氧化物（NOx）的氮氧质量比约为7∶4，该NOx可表示为（ ）。
A．N2O B．NO C．N2O3 D．NO2
11．某同学收集了一集气瓶红棕色气体，用玻璃片盖好，然后向其中加入少量水，振荡后变为无色，然后轻轻移开玻璃片使少量空气进入瓶内，气体又变为红棕色。
（1）集气瓶内红棕色气体是__________。
（2）气体颜色变化的原因是__________________________，写出有关的化学方程式_________________________________________。
（3）在收集该红棕色气体时采用的方法是________________________。
12．（2021·江苏盐城高一上期末检测）NO是一种剧毒气体，但近年来发现许多生物体组织中存在少量NO，它有扩张血管、免疫、增强记忆的功能，因而成为当前生命科学的研究热点。
（1）写出自然界形成NO的化学方程式：______________________。
（2）NO在大气层中可发生反应：①NO+O3→NO2+O，②NO2+O＝NO+O2。上述反应①中，NO是______剂，上述反应②中，NO是______产物；整个过程中的总反应方程式为_________________________，整个过程中NO所起的作用是_______。
（3）为了消除NO对环境的污染，根据氧化还原反应原理，可选用NH3使NO转化为两种无毒气体（其中之一是水蒸气），该反应需要催化剂参加，其化学方程式为__________________________________________。
等级考提升练
1．（2021·广东汕尾高一上期末）把少量NO2体通入过量小苏打溶液中，再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管，最后收集到的气体是（ ）。
A．氧气 B．二氧化氮
C．二氧化氮和氧气 D．二氧化氮和一氧化氮
2．（2021·南京高一检测）下列关于NO2的制取、净化、收集及尾气处理的装置和原理不能达到实验目的的是（ ）。

3．（双选）（2021·河北保定高一上期末）某气体X通过盛有过氧化钠的干燥管后遇到气体Y生成了能够产生光化学烟雾的气体Z，下列说法错误的是（ ）。
A．气体X发生氧化还原反应而且X既是氧化剂又是还原剂
B．气体Y是氧气，是X与过氧化钠反应的产物之一
C．气体Z是NO，是Y与某气体反应的产物
D．X、Y、Z分别可能是CO2、NO、NO2
4．（2021·广州高一检测）已知Br2的蒸气为红棕色，溶于水溶液显橙色。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．N2、NO2、Br2 B．NO2、NO、N2
C．NO2、NO、O2 D．N2、O2、Br2
5．四支试管中分别充满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图所示。其中原试管充满NO2的是（ ）。

6．（2021•哈尔滨高一检测）中国和瑞典的科学家共同发现了治疗非典的新方法：吸入一氧化氮可快速改善重症非典患者的缺氧状况，缓解病情。病毒学研究同时证实，一氧化氮对非典病毒有直接抑制作用。下列有关NO的说法不正确的是（ ）。
A．NO任意排放会造成大气污染
B．汽车尾气、制硝酸工厂的废气均含NO
C．NO是造成光化学烟雾的唯一直接原因
D．NO分子所含电子总数为奇数
7．（2020·北京东城区高一检测）自然界的氮循环如下图所示，下列说法不正确的是（ ）。

A．①中N2与O2反应生成NO
B．②中合成氨属于人工固氮
C．③中氮元素被氧化
D．氧元素参与了氮循环
8．（2021·临沂高一检测）以下应用或实验原理的说法正确的是（ ）。
A．汽车尾气中有NOx，主要是汽油中含氮有机物燃烧引起的
B．用图1所示装置可收集NO气体
C．用图2装置能验证铜与稀硝酸反应的气体产物只有NO
D．可以用水鉴别红棕色气体NO2和溴蒸气

9．某兴趣小组设计用铁粉将NO还原为N2（同时生成FeO），下列说法不正确的是（ ）。

已知：①铜和稀硝酸反应生成NO，浓硝酸可将NO氧化成NO2；②NaOH溶液能吸收NO2，不吸收NO。
A．装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g（或g→h）→b→c→d
B．装置E中发生的化学方程式为2NO+2Fe2FeO+N2
C．装置D的作用是吸收挥发出来的硝酸和产生NO2
D．装置B的作用是干燥，防止水蒸气进入E中干扰反应
10．（双选）已知NO2遇水发生反应：2NO2+H2O→HNO2+HNO3。实验证明将NO2通入水中会逸出NO气体，而通入NaOH溶液中则可完全被吸收，通入Na2CO3溶液中只逸出CO2。下列说法错误的是（ ）。
A．HNO2非常不稳定，其分解产物为NO和H2O
B．NO2与水的反应机理：NO2先与水发生岐化反应生成HNO2和HNO3，HNO2再分解
C．HNO2的酸性弱于碳酸的酸性
D．NO2通入NaOH溶液中，生成的HNO2和HNO3都与NaOH发生中和反应
11．如图所示，试管中盛装的是红棕色气体，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柱继续上升，经过多次重复后，试管被水充满，原来试管中盛装的气体是（ ）。

A．肯定是NO2气体
B．肯定是O2与NO2的混合气体
C．肯定是NO气体
D．可能是NO与NO2的混合气体
12．（2021·济南高一检测）2021年3月2日下午，全国政协十三届二次会议新闻发布会在人民大会堂召开，大会新闻发言人表示“雾霾天可能有反复，但是环境治理必须坚决”。

工业废气NO、NO2是两种会造成大气污染的气体，工业上常用原理：NOx+NH3→N2+H2O（未配平），使其转化为无毒的N2，现有NO、NO2的混合气体3.0L，可与3.5L相同状况的NH3恰好完全反应，全部转化为N2，则在原混合气体中NO和NO2的物质的量之比是（ ）。
A．1∶1 B．2∶1 C．3∶1 D．1∶3
13．（2021·阜阳高一检测）亚硝酸钠（NaNO2）是一种常见的食品添加剂。某兴趣小组用如图所示装罝制备NaNO2并对其性质作如下探究（A中加热装罝已略去）。

查阅资料可知：①2NO+Na2O22NaNO2；2NO2+Na2O22NaNO3。②NO能被酸性KMnO4氧化成NO3−。
（1）装置中仪器a的名称为________，A中反应的化学方程式是_______________。
（2）装置B中观察到的主要现象是_______________________。
（3）装置C中盛放的试剂是__________________________。
（4）装置E的作用是_______________。
（5）A中滴入浓硝酸之前，应先通入N2一段时间，原因是____________________。
（6）写出NO被酸性KMnO4氧化的离子反应方程式__________________________。
14．某课外活动小组探究镁与CO2、NO2的反应。
（1）实验发现点燃的镁条能在CO2气体中继续燃烧，产生黑、白两种固体，请用化学反应解释该现象___________________________。
（2）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____________________________________。
（3）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__________________、_________。
③实验开始时正确的操作步骤是_________。
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综色气体后，关闭弹簧夹
14．（2021•上海宝山区高一上期末）已知NO2与NaOH溶液反应：2NO2+2NaOH＝NaNO2+NaNO3+H2O，NO和NO2可一起与NaOH溶液作用：NO2+NO+2NaOH＝2NaNO2+H2O，现用VL某烧碱溶液能完全吸收nmolNO2和mmolNO组成的混合气体。（1）所用烧碱溶液的物质的量浓度至少为________mol/L。
（2）若所得溶液中c（NO3－）∶c（NO2－）＝1∶9，则原混合气体中NO2和NO的物质的量之比n∶m＝________。
（3）用含n和m的代数式表示所得溶液中NO3－和NO2－离子浓度的比值c（NO3－）∶c（NO2－）＝________。