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第二节 氮及其化合物
学习目标 素养目标
1.通过分析氮的原子结构,推断含氮物 质可能的化学特性,理解结构与性质的 关系。 2.通过实验探究,了解一氧化氮与氧气 反应、二氧化氮与水反应等性质,感受化学 变化的奇妙。 3.结合化学实验,了解氨与水、酸或氧 气的反应,知道氨的催化氧化反应是工业上 制取硝酸的基础,知道铵盐是重要的氮肥。 【变化观念与平衡思想】 能
以工业合成氨、工业制硝酸
的生产原理为载体，应用氧
化还原反应原理，设计含氮
化合物的转化。
学习目标 素养目标
4.通过对铵盐性质的学习,了解氨的实 验室制法,知道铵盐的检验方法,培养学以 致用的理念。 5.结合实验探究,了解硝酸的主要性 质——不稳定性和强氧化性,知道硝酸是重 要的化工原料。 6.了解酸雨的概念,知道酸雨形成的主 要原因是二氧化硫和二氧化氮进入大气,知 道酸雨会严重危害环境,增强环保意识,培 养社会责任感 【科学探究与创新意识】 能
根据氨、铵根离子的性质和
反应，选择合适的试剂，设
计检验或者制取物质的
方案。
【科学态度与社会责任】 能
理解氮的固定对人类生存的
重要意义,明确合成氨工业对
社会发展的价值
续表
第1课时 氮气与氮的固定 一氧化氮
和二氧化氮
学习任务一 氮气与氮的固定
学习任务二 一氧化氮和二氧化氮
学习任务一 氮气与氮的固定
【新知自主预习】
一、氮元素及在自然界中的存在
1.氮元素的“位—构—性”
二
ⅤA
5
3
5
共用电子对
2.自然界中氮元素的存在形式
氮分子
蛋白质
硝酸盐
铵盐
二、氮气与氮的固定
1.氮气
（1）分子结构
氮分子的结构式为_______，两个氮原子间以__________结合，故
的化学性质很稳定，通常情况下难以与其他物质发生化学反应，无
法被大多数生物体直接吸收。
共价三键
（2）化学性质
在高温、放电等条件下， 能与镁、氧气、氢气等物质发生化合反
应，写出下列反应的化学方程式。
［注意］ 镁在空气中燃烧时，与空气中的、、 均能发生反
应，与生成，与生成 和C。
2.氮的固定
游离态
3.自然界中氮的循环
【情境问题思考】
氮气是空气的主要成分之一，
工业上常使用分离液态空气的方
法来获得大量氮气，每年通过液
化空气生产超过3300万吨的氮气。
如图表示的是氮气的部分用途。
问题一： 液氮用于医疗手术利用了氮气的哪些性质
提示：液氮用于医疗手术利用了氮气沸点低的性质，汽化时吸收大
量的热，起到冷冻麻醉的作用。
问题二： 利用氮气作灯泡填充气和粮食瓜果的保护气，其依据是什么？
提示：氮气的化学性质稳定，不易发生反应，利用氮气作灯泡填充
气和粮食瓜果的保护气，可隔绝空气，防止被氧化变质。
问题三： 元素的非金属性稍弱于元素，而 的化学性质很稳
定， 的化学性质活泼。试从微观结构角度分析其原因。
提示：分子中存在，分子中存在，断裂 需要
的能量远大于断裂 需要的能量，因此氮气的化学性质更稳定。
【知识迁移应用】
例1 [2024·湖南临澧一中检测] 下列关于氮气的性质的说法中，正确
的是( )
A.点燃条件下，在氧气中燃烧生成
B.点燃时，与金属反应生成， 作还原剂
C.合成氨反应中， 发生氧化反应
D.氮气的化学性质稳定，其原因是两个氮原子之间以共价三键结合
√
[解析] 不能在 中燃烧，在高温或放电条件下，二者反应生成
，A错误；
点燃时，与金属反应生成， 元素由0价降
低到价，则是氧化剂，B错误；
合成氨反应中， 元素由0价降低到价，则是氧化剂，发生还
原反应，C错误；
分子中存在，较难断裂，故 的化学性质稳定，D正确。
例2 自然界中氮的循环如图所示。下列说法中不正确的是( )
A.大气中的氮气在根瘤菌作用下转化为硝酸盐等属于自然固氮
B.雷电作用下与 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
√
[解析] 大气中的 在植物根瘤菌作用下转化为硝酸盐，并被植物吸
收,属于自然固氮，A正确;
雷电作用下与发生化学反应生成 , B正确;
与发生化学反应生成 ,该反应是氧化还原反应,所以在
氮循环过程中涉及氧化还原反应,C错误;
由氮循环可知,蛋白质可以分解生成含氮无机物，硝酸盐等含氮化合物
可以转化为氨基酸,实现了含氮无机
物与含氮有机化合物的相互转化,D
正确。
学习任务二 一氧化氮和二氧化氮
【新知自主预习】
一、一氧化氮
1.物理性质
色、态 毒性 水溶性
无色气体 有毒 不溶于水
2.化学性质
具有较强的还原性，在常温下与氧气反应生成 ，化学方程式
为__________________。
二、二氧化氮
1.物理性质
色、态 气味 毒性 密度 水溶性 特性
______色气 体 有刺激性气味 有毒 密度比空气的 ____ ____溶于 水 ____液
化
红棕
大
易
易
2.化学性质
（1） 溶于水生成硝酸和一氧化氮，化学方程式为____________
________________。
（2）实验探究：溶于水［教材实验
实验 操作 在一支注射器中充入，吸入 水，用乳胶管和
弹簧夹封住管口，振荡注射器，观察现象。打开弹簧夹，快速吸入
空气后夹住弹簧夹，观察现象。振荡注射器，再观察现象
_________________________________________________________________
实验 现象 第一次振荡时，____________；吸入空气后气体变为______色，再
振荡后气体又变为____色，同时注射器的活塞向内移动
实验 分析 不溶于水，吸入空气后，____________________，气体变为红
棕色；振荡后，_________________________，气体变为无色，同
时气体总体积减小
无明显现象
红棕
无
与反应生成
溶于水生成和
【实验活动探究】
某实验小组按如下步骤进行实验，探究氮氧化物与水的反应，
请结合实验现象思考以下问题。
实验步骤 实验现象
实验1：将充满 的试管倒置 于水槽中 __________________________ 试管内水面不断上升，试管内
无色气体约为原体积的
实验步骤 实验现象
实验2：在上述实验1的试管中 再缓缓通入适量 ___________________________ 通入适量 后水充满试管
续表
问题一: 试分析气体溶于水，最后试管内无色气体约为原 体
积的 的原因。
提示:气体溶于水，发生反应：，
体积与水反应生成1体积， 不溶于水。
问题二: 若与 的混合气体同时通入水中时反应原理是什么？剩
余气体的情况如何？
提示:与 的混合气体同时通入水中，发生反应：
，又与 发生反应：
，综合可得 ；剩余
气体可能是或 。
【核心知识讲解】
1.和 的性质比较
物理性质 通常为无色、无味的气体， 不溶于水 通常为红棕色、有刺激性气味
的气体
毒性 有毒（会跟血红蛋白结合） 有毒
与水反应 不反应（不溶于水）
与氧气反应 不反应
收集方法 常用排水法 常用向上排空气法
2.氮的氧化物溶于水的计算
【知识迁移应用】
例3 [2024·江苏连云港调研] 下列关于和 的说法正确的是
( )
A. 是红棕色气体，易溶于水，属于酸性氧化物
B.和以一定比例混合可以被水完全吸收转化成
C. 可以采用向上排空气法进行收集
D.可由和 直接化合得到
√
[解析] 是红棕色气体，易溶于水，与水反应产生和 ，
反应前后氮元素化合价发生变化，因此 不属于酸性氧化物，A错误；
二氧化氮、氧气可以与水反应：，
和按体积比 混合后，可以被水完全吸收转化为，B正确；
易与空气中的氧气反应生成，不可以采用向上排空气法进行
收集，C错误；
和 直接化合得到，与反应产生，因此不可由
和 直接化合得到，D错误。
例4 [2024·四川自贡期末] 同温同压下，向三支容积相同的试管中分
别充入等体积的两种气体，它们是和，和， 和
，并将三支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气
体体积分别为、、 ，下列关系正确的是( )
A. B. C. D.
√
[解析] 设每种气体各占 ，①组合发生反应：
，剩余气体的体积：
；②组合发生反应：
，剩余气体的体积：
；③组合发生反应：
，剩余气体的体积：
，则体积： ，故选B。
1.[2024·湖北黄冈中学期中]氮是各种生物体生命活动不可缺少的重
要元素，下列过程不属于氮的固定的是( )
A.在一定条件下由氨气和二氧化碳合成尿素
B.雷雨闪电时，大气中产生了一氧化氮
C.豆科农作物的根瘤菌使空气中的氮转化为氨
D.工业利用和 合成氨
√
[解析] 氮的固定是将游离态的氮转化成氮的化合物，氨气和二氧化
碳合成尿素不属于氮的固定，A符合题意；
雷雨闪电时，大气中产生一氧化氮： ，属于氮的固定，
B不符合题意；
豆科农作物的根瘤菌使空气中的氮转化为氨，将游离态的氮转化成化合
态的氮，属于氮的固定，C不符合题意；
工业合成氨是将氢气与氮气在高温、高压、催化剂的条件下合成氨气，
属于氮的固定，D不符合题意。
2.下列对和 的描述正确的是( )
A.与水的反应中， 既是氧化剂又是还原剂
B. 是红棕色气体，可用排空气法收集
C. 难溶于水，可用排水法收集
D.从元素化合价角度看， 只有还原性
√
[解析] 与水发生反应： ，氮元素由
价变为价和价，则 既是氧化剂又是还原剂，A项正确；
是无色气体，易与反应生成 ，不能用排空气法收集，只
能采用排水法收集，B项错误；
易溶于水，不可用排水法收集，C项错误；
中氮元素显价，处于中间价态，则 既有氧化性又
有还原性，D项错误。
3.[2024·安徽蚌埠期末]下图是自然界中的氮
循环过程，下列有关叙述错误的是( )
A.反应①②及工业合成氨均属于氮的固定
B.反应③的化学方程式为
C.反应④中，生成 ，至少需要提
供
D.过程中参与循环的元素有氮元素，还有
氢元素和氧元素
√
[解析] 氮的固定是将游离态的氮转化为氮的化合物的过程，反应①
②及工业合成氨都是将 转化为氮的化合物的过程，均属于氮的固
定，A正确；
反应③为与、 反应生成硝酸： ，
B正确；
反应④为在硝化细菌作用下氨气与氧气反应生成 ，由得失电子数
目守恒可知，生成失去 电子，
至少需要提供 ，C错误；
自然界中的氮循环过程中参与循环的元素有氮元素，还有氢元素和氧
元素，D正确。
4.[2024·山东菏泽期末]燃油汽车行驶中会产生、 等多种污染物。
汽车发动机及催化转化器中发生的部分化学反应如图所示。以下判
断错误的是( )
A.甲是空气中体积分数最大的成分
B.乙是引起温室效应的气体之一
C.反应①在常温下容易发生
D.反应②中 是氧化剂
√
[解析] 甲和氧气反应生成一氧化氮，一氧化氮和一氧化碳反应生成
甲和乙，再根据元素守恒，则甲为氮气、乙为二氧化碳。氮气是空
气中体积分数最大的成分，A正确；
乙是二氧化碳，则乙是引起温室效应的气体之一，B正确；
由于氮气分子中含有氮氮三键，因此反应①在常温下不容易发生，在
高温或放电条件下发生，C错误；
一氧化碳和一氧化氮反应生成氮气和二氧化碳，一氧化氮中氮元素化
合价降低，因此反应②中 是氧化剂，D正确。
5.(1)把盛满NO2和O2的混合气体的试管倒立于水中。
①若一段时间后水上升且充满试管,则原混合气体中NO2和O2的体
积比是　　　　,若假设生成的溶质不向外扩散,且为常温常压(Vm=
24.5 L·mol-1),则所得溶液的物质的量浓度应为　　　 　。(保留
两位有效数字)
②若一段时间后上升的水只升到试管容积的一半,则剩余的气体为
　　　(用化学式表示)。原混合气体中,NO2和O2的体积比是　　　。
4∶1
0.033 mol·L-1
O2
2∶3　
[解析] ①若一段时间后水上升且充满试管,说明二氧化氮和氧气恰好
反应,根据方程式4NO2+O2+2H2O = 4HNO3可知,原混合气体中NO2和
O2的体积比为4∶1;设试管容积为V L,则试管中气体的总物质的量为
= mol,根据反应可知生成HNO3的物质的量为
mol×= mol,则所得溶液中HNO3的浓度为≈0.033 mol·L-1。
[解析] ②若一段时间后上升的水只升到试管容积的一半,根据反应
3NO2+H2=2HNO3+NO可知,若剩余NO,则原混合物中与水反应生成NO
的NO2体积为原先总体积的×3=>1,不成立,则剩余的气体只能为O2。
设试管容积为V L,则反应4NO2+O2+2H2O=4HNO3中消耗的NO2的体积
为V L×=V L,原混合气体中含有氧气的体积为V L,原混合气体中,
NO2和O2的体积比是V L∶V L=2∶3。
(2)二氧化氮和氨气在一定条件下充分反应,得到非常稳定的产物,其化
学方程式为6NO2+8NH3 7N2+12H2O,若20 mL NO2和NH3的混合
气体在一定条件下发生上述反应,已知实际参加反应的NO2比NH3少
2 mL,则原混合气体中NO2和NH3的物质的量之比可能为　　　　。　　　　　 　　　　　 　　　　　
A.3∶4 B.3∶2 C.1∶2 D.3∶7
BD
[解析]实际参加反应的NO2比NH3少2 mL,由6NO2+8NH3 7N2+
12H2O可知,参加反应的NO2、NH3的体积分别为6 mL、8 mL,故剩余
气体为20 mL-6 mL-8 mL=6 mL,若剩余气体为NO2,则V(NO2)=6 mL+
6 mL=12 mL,相同条件下,物质的量之比等于体积之比,故n(NO2)∶n(NH3)
=V(NO2)∶V(NH3)=12 mL∶8 mL=3∶2;若剩余气体为NH3,
则V(NH3)=8 mL+6 mL=14 mL,相同条件下,物质的量之比等于体积之比,
故n(NO2)∶n(NH3)=V(NO2)∶V(NH3)=6 mL∶14 mL=3∶7,正确答案为BD。
1.氮循环是全球生物地球化学循环的重要组成部分，大气与土壤中氮
元素的转化如图所示，下列说法不正确的是( )
A.将 转化为化合物的过程称为氮的固定
B.无机物与有机物中的氮元素可相互转化
C.硝化细菌将转化为可能需要 参与
D.在硝化细菌、反硝化细菌作用下氮元素均发生氧化反应
√
[解析] 将大气中的氮转化为氮的化合物的过程称为氮的固定，A正确；
可以转化为动植物体中的氮元素，动植物体中的蛋白质和
氨基酸又可转化为 ，故无机物与有机物中的氮元素可相互转化，
B正确；
过程中 元素化合价升高，发生氧化反应，故可
能需要参与，C正确；
在硝化细菌作用下，被氧化生成 ，
在反硝化细菌作用下，则被还原生成 ，
D错误。
2.将、和 混合气体通入过量水中，
剩余气体体积为( )
A. B. C. D.
√
[解析] 根据化学方程式计算：
假设和氧气的反应中 不足，则
故剩余的体积为 ，假设成立。
3.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
将游离态的氮转化为化合态的氮或将氮气转化为氮的化合物
[解析] 将氮元素由游离态转化为化合态的过程称为氮的固定，因此
自然界中的固氮和人工固氮的共同点是将游离态的氮转化为化合态
的氮或将氮气转化为氮的化合物。
点是_______________________________________________________。
（2）硝化细菌可以将氨氧化成亚硝酸，请配平该反应：
______ ______ 。
其中还原产物为____________。
2
3
2
2
和
[解析] 根据反应可知氮元素的化合价从中的价升高到
中的价，失去6个电子，氧元素的化合价从 中的0价降低到
和中的 价，得到2个电子，根据得失电子守恒可知配平
后的化学方程式为 ，氧气是氧化剂，
则还原产物为和 。
（3）氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分，人类活动影响了
氮循环中的物质转化。下列说法中正确的是______。
A.工业合成氨属于人工固氮过程
B.硝化过程中氮元素被还原
C.含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化
D.反硝化过程有助于稳定 在大气中的含量
√
√
√
[解析] 人工固氮是人为条件下将氮气转化为氮的化合物的过程，所
以工业上用氮气和氢气合成氨属于人工固氮过程，A正确；
硝化过程中氨、铵根离子中氮元素的化合价由价变化为、
中的 价、价，元素的化合价升高，失电子被氧化，B错误；
、经同化作用变为动植物蛋白中的 元素，动植物蛋白经氨化
作用转化为氨或铵根离子，故含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化，
C正确；
反硝化过程生成氮气，向大气中提供氮气，即反硝化过程有
助于弥补人工固氮对氮循环造成的影响，D正确。

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