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第一单元　氮的固定
[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。
一、氮分子的结构与性质
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。
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
颜色 气味 溶解性 密度
______ ______ ____溶于水 比空气的______
(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＋N2Mg3N2。
(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(　　)
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
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
二、氮的固定
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_____________________。
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。
(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。
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。
1．下列反应属于氮的固定的是(　　)
A．3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
B．2NO＋O2===2NO2
C．N2＋O22NO
D．4NH3＋5O24NO＋6H2O
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)。
(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。
(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NH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
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 。
三、一氧化氮和二氧化氮
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
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______________)。
(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：____________________________________________________________。
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。
2．NO2是否属于酸性氧化物？
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。
(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？
(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(　　)
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
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
熟记NOx与O2混合气体被吸收关系
(1)4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
V(NO2)∶V(O2)
(2)4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
V(NO)∶V(O2)
1．(2022·上海市洋泾中学高一期中)下面能实现人工固氮的是(　　)
A B C D
闪电 电解饱和食盐水车间 根瘤 合成氨车间
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
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
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_______________________。
(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_________________________________________________。
第一单元　氮的固定
一、
1．游离态　化合态
2．(1)　N≡N　(2)无色　无味　难　稍小　(3)①N2＋O22NO
正误判断
(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√
应用体验
1．D　[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．de
解析　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；Mg在点燃条件下可以和O2及N2发生反应：2Mg＋O22MgO、3Mg＋N2Mg3N2，因此产物为MgO和Mg3N2，e项错误。
二、
1．游离态　含氮化合物
2．(1)①生物化学　90%　②闪电　火山爆发　10%　一氧化氮　N2＋O22NO　硝酸　硝酸盐　(2)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1　预热原料气　N2、H2
3．生态平衡　增强　氮氧化物
应用体验
1．C　[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．(1)人工固氮　N2＋3H22NH3　氧化　(2)豆科植物根瘤菌　N2＋O22NO　还原　(3)acd
解析　(3)据题给信息，NaNO2可以被NH还原为N2，因此NH4Cl可以处理废液中的NO，而H2O2、KNO3都为氧化剂，不能将NaNO2还原为无毒的N2，NaOH和NaNO2不反应，故a、c、d符合题意。
三、
1．无　无　微　红棕　刺激性　易
2．(1)①2NO＋O2===2NO2　还原性　②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　氧化性　还原性
3．4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3　4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
深度思考
1．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，NO可被植物吸收。N2＋O22NO,2NO＋O2===2NO2,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
2．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．(1)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)2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
(3)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)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
应用体验
1．D　[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．C　[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。]
随堂演练　知识落实
1．D　2.D
3．B　[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．(1)还原　2NO＋O2===2NO2　4NH3＋6NO5N2＋6H2O
(2)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　1∶2　2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O

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