2024版新教材高中化学 专题7 氮与社会可持续发展 第一单元 氮的固定学生用书 苏教版必修第二册.docx

1、第一单元氮的固定新课程标准1能依据氮分子的微观结构预测其化学性质。2了解氮的循环与氮的固定。3认识人工固氮的化学原理和社会价值。学业质量水平合格性要求1.根据氮气的结构，分析氮气反应发生的条件。(水平1)2根据人工固氮原理，认识物质的变化是有条件的。(水平2)等级性要求体会化学科学在解决人类社会问题中所发挥的作用。图说考点基础知识自学思记尝试新知预习一、氮分子的结构与性质1自然界中氮的存在2氮气分子的结构由两个氮原子通过共用三对电子结合而成，存在氮氮三键电子式：NN结构式：_注意书写时不要遗漏孤电子对3氮气的性质及用途(1)N2的物理性质颜色气味密度溶解性熔、沸点无色无味比空气的稍小难溶于水较

2、低实验室收集N2不能用排空气法，而应用排水法(2)N2的化学性质(3)氮气的主要用途氮气常用作保护气，用于焊接金属、填充灯泡、保存食品等；利用氮气的稳定性氮气是合成氨、制硝酸的重要原料；液氮可用作制冷剂，应用于医学、科技等领域。应用体验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，产物只有氧化镁二、氮的固定1氮的固定将空气中_转化成_叫作氮的固定，简称固

3、氮。游离态化合态，即单质化合物2氮的固定方式氮的固定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N2通过_转化为含氮化合物。高能固氮通过_、_等途径产生含氮化合物。人工固氮在一定条件下，由N2和H2合成氨：(1)化学方程式：_。(2)合成氨的原料：_。(3)能量利用：反应放出大量的热，工业上往往用来预热原料气，以达到反应所需的温度，节约能源。(4)物质利用：合成氨达到平衡时，混合气体中氨的含量为20%左右，从中分离出氨后，将未反应的N2、H2送回_循环使用。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

4、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。学而思农业上有句谚语是“雷雨发庄稼”，该过程发生了哪些化学反应？三、一氧化氮和二氧化氮1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2.化学性质NONO2化学性质与水反应不反应既作氧化剂，又作还原剂3NO2H2O=2HNO3NO(工业上制取HNO3的原理)与O2反应2NOO2=2NO2反应现象：气体的颜色由无色变为红棕色；应用：检验NO不反应与碱反应不反应2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2O氧化性弱氧化性：6NO4NH3催化剂=5N26H2O；2NO2CO催化剂=N22CO2强氧

5、化性：NO2SO2=NOSO3；可使湿润的淀粉-KI试纸变蓝不能用于鉴别NO2和溴蒸气毒性有毒，与CO类似，能与血红蛋白结合有毒特别提醒(1)NO易与O2反应、微溶于水且不与水反应，故可用排水法收集，不可用排空气法收集。NO2易与水反应，但很难被O2氧化，故可用向上排空气法收集，不可用排水法收集。(2)NO分子作为一种传递神经信息的“信使分子”，在血管扩张、免疫、增强记忆力等方面有着极其重要的作用。(3)NO虽易与O2化合，但N2与O2反应时，不论O2是否足量，其一步反应都只能得到NO，不能得到NO2。(4)学而思如图所示，室温下向盛有3.0 mL NO的试管中缓缓通入1.5 mL O2(所有

6、气体的体积均在标准状况下测定)。(1)写出观察到的现象。(2)写出上述过程中发生反应的化学方程式。(3)最终试管中剩余的气体是什么？体积为多少？即时自测1判断正误，正确的打“”，错误的打“”(1)NO2与H2O反应生成HNO3，所以NO2对应的同价酸是HNO3。()(2)属于人工固氮。()(3)N2在通常状况下与O2反应生成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)大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环。()(6)氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在。()(7)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气。()(8)豆科植物通过根瘤

7、菌吸收空气中的氮气属于氮的固定，是化学变化。()2下列关于NO、NO2的描述正确的是()ANO是红棕色气体，易溶于水，是酸性氧化物BNO2可用排水法收集，且可由N2和O2化合而得到CNO、NO2在一定条件下可相互转化，且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物DNO、NO2互为同素异形体，且NO是汽车尾气的有害成分之一3在水体中部分含氮有机物的循环如图所示。图中属于氮的固定的是()AB CD4大家在吃薯条等膨化食品时，会发现袋子里东西并不多却鼓鼓囊囊的，袋子里填充的是食品级的氮气而非空气。主要作用有三个方面延长食品的保质期；可以抵御外界潮气的侵入；保护食品不被压碎。下列关于N2性质的叙述中错误的是(

8、)A镁条在氮气中能燃烧B氮气既具有氧化性，又具有还原性C将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定D氮气与氧气在一定条件下反应生成二氧化氮5某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应，进行如下实验。(1)图1两集气瓶中_(填“上”或“下”)瓶颜色深。(2)图2中反应的现象是_。(3)图3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。(4)由图2和图3中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式：_。例1 氮是动植物生长中不可缺少的元素，含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如下图所示的氮元素的循环过程，下列说法不正确的是()A过程“雷电作用”中发生的反应

9、是N2O2放电=2NOB过程中，氮气被还原C过程中涉及的反应可能有2NOO2=2NOD过程中涉及的反应可能有2NO12H=N26H2O例2 在一定条件下，将充满NO2和O2的试管倒立于水槽中，充分反应后，剩余气体体积为原混合气体体积的18，则原混合气体中NO2和O2的体积之比可能是()81737141A BC D例3 随着我国汽车年销量的大幅增加，空气环境受到了很大的污染。汽车尾气装置里，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反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物B汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2CNO和O2必须在催化剂表面才能反应D催化转化总反应化学方程式

10、为2NOO24CO催化剂=4CO2N2例4 硝酸工业尾气中的NO、NO2进入大气后会破坏臭氧层。可用氢氧化钠溶液对含氮氧化物的废气进行处理，反应的化学方程式如下：NO2NO2NaOH=2NaNO2H2O2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O氨气也可以用来处理氮氧化物，例如，氨气与一氧化氮可发生如下反应：将一定量NO和NO2的混合气体通入300 mL 5 molL1 NaOH溶液中，恰好被完全吸收。下列说法正确的是()A原混合气体中NO在标准状况下的体积可能为22.4 LB所得溶液中NaNO2和NaNO3的物质的量之比可能为12C若用氨气处理，所需氨气的物质的量可能为1.6 molD若用

11、氨气处理，所需氨气在标准状况下的体积可能为17.92 L关键能力归纳提升一、氮的氧化物1氮的氧化物的种类氮的氧化物种类很多，如N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。酸性氧化物对应酸为HNO2酸性氧化物对应酸为HNO3N的化合价12345对应氧化物N2O(笑气)NON2O3NO2、N2O4N2O5(2)N2O4：熔点11.23 ，沸点21.5 ，标准状况下是无色液体，常温常压下为无色气体。通常情况下，NO2能进行自身二聚2NO2N2O4，NO2、N2O4在容器中共存。在计算密度、相对分子质量、微粒个数等要考虑这两种物质的共存关系。(3)N2O3：低温时为深蓝色挥发性液体，有毒，环

12、境污染物之一，是亚硝酸的酸酐，助燃，常压下可分解为NO和NO2。(4)N2O5：又称硝酐是硝酸的酸酐，通常状态下呈无色柱状结晶体，有毒，溶于热水生成硝酸。2氮的氧化物及氮的氧化物与氧气混合溶于水的探究(1)反应原理3NO2H2O=2HNO3NO2NOO2=2NO2由2得：4NO2O22H2O=4HNO3由23得：4NO3O22H2O=4HNO3(2)计算类型NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应，剩余气体为NO。NO2和O2的混合气体：NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应。xVNO2O20x41反应情况O2过量并剩余恰好完全反应NO2过量又发生反应，剩余NONO和O2的混合气体：NO和O2

13、的混合气体溶于水时涉及反应。xVNOO20x43反应情况O2过量并剩余恰好完全反应NO过量并剩余(3)利用原子个数比分析氮氧化物与氧气的混合气体溶于水化学方程式：4NO2O22H2O=4HNO3和4NO3O22H2O=4HNO3中的“4NO2O2”和“4NO3O2”从组成上均相当于“N2O5”的组成，即N、O的原子个数比符合25时，氮的氧化物和氧气均无剩余，这两种情况均可利用混合气体中N、O的原子个数比来分析：N(N)N(O)25，O2剩余25，恰好完全反应25，剩余NO3NOx尾气的处理方法(1)碱液吸收法2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2ONO2NO2NaOH=2NaNO2H2O

14、NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是：n(NO2)n(NO)一般适合工业尾气中NOx的处理(2)催化剂转化法在催化剂加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。4氮氧化物对环境的影响(1)光化学烟雾NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生一种有毒的烟雾。(2)酸雨(硝酸型)NOx排入大气后，与水反应生成HNO3，随雨雪降到地面。(3)破坏臭氧层科学研究表明，进入高空平流层的氮氧化物可以加快臭氧层中臭氧的分解速率，从而像氟氯烃类物质一样破坏臭氧层，形成臭氧空洞。2O3

15、NO=3O2，导致地面紫外线辐射量增加。二、氮的固定涉及的氮及其化合物之间的转化关系氮的固定是以氮气为核心的氮及其化合物之间的转化。将氮气转化为氮氧化物或者氨气，实现了氮元素化合价的升高或降低，体现了氮气的还原性或氧化性；而通电、高温和高压等苛刻的反应条件则表明氮气的化学性质很稳定，其还原性和氧化性均很弱。课堂检测夯实测控演练1.下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是()A人工固氮时，氮元素均被氧化BMg与N2反应生成氮化镁，也属于氮的固定C含氮无机物和含氮有机物可相互转化D碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环2宇宙飞船的运载火箭的推进器引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体，从火箭尾部喷出

16、。引燃后的高温气体成分有CO2、H2O、N2、NO等，这些气体均为无色，但在卫星发射现场看到火箭喷射出大量的红烟，产生红烟的原因是()A高温下N2遇空气生成NO2BNO遇空气反应生成NO2CCO2遇NO反应生成NO2DNO遇H2O反应生成NO23N2是空气的重要组成部分，因此有科学家根据蒸汽机的原理，设计制造出液氮蒸汽机，即利用液态氮的蒸发来驱动机车，从而达到环境保护的目的。其主要依据是()A液态氮的沸点为195.8 ，远低于常温B氮气与氧气在常温下反应生成一氧化氮CN2与H2反应转变成含氮化合物DN2在空气中约占78%(体积分数)4科学家研究发现SARS病毒的全部基因组组分都可以在蝙蝠的粪便

17、里找到，且SARS样冠状病毒基因内部多个位点频繁重组。病毒学研究证实，一氧化氮对SARS病毒有直接抑制作用。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的气体B常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合C一氧化氮可以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5一定条件下，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混合气体体积的()A14B34C14D386对3NO2H2O=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12CNO2是氧化剂，

18、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7在一定条件下，将m体积NO与n体积O2先后通入倒立在水中且盛满水的容器中，充分反应后，容器内残留m2体积的气体，该气体与空气接触后变为红棕色，则m与n的比值为()A32 B23C83 D388NH3的合成开启了工业催化新纪元，为世界粮食增产做出了巨大贡献。以N2和H2为反应物合成NH3的微观过程如图：下列说法正确的是()A表示氢气分子B过程中有“NH”“NH2”原子团生成C参加反应的H2与生成的NH3物质的量比为23D反应结束后催化剂的质量增加第一单元氮的固定基础知识新知预习一、2NN3(2)很不活泼应用体验答

19、案：de二、1游离态的氮含氮化合物2生物固氮高能固氮生物化学过程闪电火山爆发(1)N23H22NH3(2)N2和H2(4)合成塔3生态平衡增强氮氧化物学而思提示：N2O22NO，2NOO2=2NO2，3NO2H2O=2HNO3NO三、1无无微红棕刺激性易学而思提示：(1)通入O2，试管内气体由无色变为红棕色；试管内液面上升；试管内剩余无色气体。(2)2NOO2=2NO2、3NO2H2O=2HNO3NO。(3)NO，1.0 mL设1.5 mL O2全部参加反应，由总反应4NO3O22H2O=4HNO3知，V反应(NO)V(O2)431.5 mL432.0 mL，V余(NO)(3.02.0) mL

20、1.0 mL。即时自测1解析：(1)N2O5对应的同价酸是HNO3。(2)固氮是将N2转化为含氮的化合物。(3)N2在放电时与O2反应生成NO。答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2解析：NO是无色气体，微溶于水，不是酸性氧化物，A项错误；NO2易溶于水，不可用排水法收集，且N2和O2化合只能得到NO，B项错误；同素异形体指的是由同一种元素组成的性质不同的几种单质，故NO和NO2不是同素异形体，D项错误。答案：C3解析：将游离态的氮(即氮气)转化为化合态的氮(即氮的化合物)的过程，叫做氮的固定，分析题图转化关系可知，图中属于氮的固定的是，故选C。答案：C4答案：D5解析：题图

21、3中反应生成的气体遇空气显红棕色，说明题图2中NO2和SO2反应生成了NO，NO2转化为NO，表现氧化性，而SO2表现还原性，被氧化，S元素化合价升高，只能变成6价，应转化为SO3。答案：(1)下(2)两气体混合后，颜色消失(3)NO氧化(4)NO2SO2=NOSO3技能素养例1解析：A对，过程“雷电作用”中发生的反应是氮气和氧气反应生成一氧化氮，N2O2放电2NO。B对，过程中，氮气转化为铵根离子或氨气，氮元素化合价降低，被还原，发生还原反应。C对，过程中NO2-会被氧气、微生物继续转化为NO3-，2NO2- +O2=2NO3。D错，过程中涉及的反应是硝酸根离子被还原生成氮气，离子方程式中电

22、荷不守恒，得失电子也不守恒。答案：D例2解析：反应为4NO2O22H2O=4HNO3，设原气体体积为8 L，则剩余气体为1 L。若剩余的1 L气体为O2。则V(NO2)(457) L，V(O2)(1571) L。二者体积比为73。若剩余的1 L气体为NO，而上述反应后剩余3 L NO2，则V(NO2)(3455) L，V(O2)(155) L。二者体积比为71。答案：C例3解析：反应过程中NO、O2为氧化剂，N2为还原产物，A错误；汽车尾气中的N2不是污染物，B错误；NO和O2的反应不需要催化剂，C错误；根据题中的图示，可将反应的过程分成如下两步写：2NOO2=2NO2，2NO24CO=N24

23、CO2，将两步反应合并可得总反应化学方程式为2NOO24CO4CO2N2，D正确。答案：D例4解析：通入一定量的NO、NO2与NaOH溶液恰好完全反应，可能只发生反应NO2NO2NaOH=2NaNO2H2O，还可能NO2过量，NO2与NaOH溶液发生反应：2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O。A错，根据上述分析，当NO2、NO与NaOH溶液恰好完全反应时，NO的物质的量最大，即n(NO)nNaOH20.3 L5 molL-120.75 mol，即标准状况下NO的体积为0.75 mol22.4 Lmol116.8 L。B错，若只有NO2，发生反应2NO22NaOH=NaNO2NaNO3

24、H2O，此时NaNO2和NaNO3的物质的量之比为11，而混合气体还发生反应NO2NO2NaOH=2NaNO2H2O，因此一定存在n(NaNO2)n(NaNO3)。C对，若气体全为NO2，根据得失电子守恒，3n(NH3)4n(NO2)，n(NH3)4nNO2341.5 mol32 mol，当NO和NO2等物质的量混合时，依据得失电子数目守恒，3n(NH3)4n(NO2)2n(NO)，即n(NH3)40.75 mol320.75 mol31.5 mol，所需氨气的物质的量范围为1.5n(NH3)2。D错，根据选项C的分析，17.92 L氨气在标准状况下的物质的量为17.92 L22.4 Lmol

25、10.8 mol，不在1.5n(NH3)2范围内。答案：C课堂检测1答案：A2答案：B3答案：A4答案：C5解析：NO、O2、H2O之间的反应，先判断是否过量，若过量，找出剩余的气体，计算其体积是多少，最后算出剩余气体的体积占原混合气体体积的分数。由化学方程式4NO3O22H2O=4HNO3，计算，NO和O2等体积混合，剩余14体积的O2，其是原混合气体体积的18。答案：C6答案：A7解析：由题意可知，容器内m2体积的气体为NO。解法(化学方程式法)：4NO3O22H2O=4HNO343mm2 n(mm2)n43，解得mn83。解法(得失电子守恒法)：从整个反应过程看，NO与O2混合后溶于水是

26、氧化还原过程，故得失电子数相等，在该过程中，NO失电子，O2得电子，则有(mm2)3n22，解得mn83。解法(原子守恒法)：由题意知反应后所得溶液为HNO3溶液，而总反应式与N2O5H2O=2HNO3等效，据此可知参加反应的NO和O2中，N与O原子数之比一定为25，即N(N)N(O)25得(mm2)1(mm2)1n225，解得mn83，故本题答案为C。答案：C8解析：根据合成NH3的微观过程和氮原子半径大于氢原子半径可知，表示的是氮气分子，故A错误；根据合成NH3的微观过程如题图可知，过程中有“NH”“NH2”原子团生成，故B正确；根据合成NH3的微观过程如题图可知，参加反应的H2与生成的NH3物质的量比为32，故C错误；根据合成NH3的微观过程如题图可知，催化剂参加了反应，但反应前后质量没有发生变化，故D错误。答案：B