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第3节　氮的循环
第1课时　自然界中的氮循环　氮气与氮氧化物
[核心素养发展目标]　1.通过了解自然界中氮循环的基本过程,认识氮循环过程中的重要物质,并了解含氮物质的相互转化在生产、生活中的应用及对生态环境的影响,增强科学态度与社会责任。2.通过实验探究和真实情境,了解氮气、一氧化氮和二氧化氮的性质,培养科学探究和创新意识。
一、自然界中的氮循环　氮气
1.自然界中的氮循环
(1)氮元素的存在
在自然界中的存在形式有化合态和　　　　　　。
(2)自然界中的氮循环
①自然循环
②人类活动的影响
a.氮气　　　 含氮化合物(如　　　　、　　　　等)。
b.化石燃料、农作物的秸秆燃烧等所产生的　　　　　　　参与氮的循环。
2.氮的固定
3.氮气
(1)物理性质
　　　色、　　　味的气体,　　　溶于水。
(2)化学性质
在通常状况下,氮气的化学性质　　　　,很难与其他物质发生反应。
思考　从元素化合价、物质分类的角度预测N2的化学性质。
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
①还原性
a.实验探究
实验装置 实验操作 现象
硬质玻璃管内充入N2和O2,然后给硬质玻璃管两端的电极上通电,在硬质玻璃管内能产生火花 气体颜色由　　　　　
b.结论:在放电条件下,N2与O2反应生成NO,NO立即被氧化为NO2,化学方程式为_______、
_____________________________________。
注意　N2和O2反应后的最初产物是NO,而不是NO2。
② 氧化性
N2和H2反应生成NH3,化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
Mg在N2中燃烧生成Mg3N2,化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)氮气的主要用途
①氮气常用作保护气,用于焊接金属、填充灯泡、保存食品等。
②氮气是合成氨、制硝酸的主要原料。
③液氮可用作冷冻剂,用于医学、科技等领域。
1.判断正误
(1)工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮(　　)
(2)N2的密度比空气小,可以通过向下排空气法收集干燥的N2(　　)
(3)N2中N元素价态为0价,因此既有强氧化性,又有强还原性(　　)
(4)N2和O2在放电条件下会生成NO2(　　)
2.下列过程不属于氮的固定的是(　　)
A.雷电时生成氮的氧化物
B.工业上用氢气与氮气合成氨
C.植物的根从土壤中吸收铵根离子和硝酸盐
D.豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为硝酸盐
3.(2023·四川遂宁高一射洪中学检测)下列说法正确的是(　　)
A.氮气性质稳定,不能与金属发生反应
B.氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应,氧气过量直接生成NO2
C.植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料,实现氮的固定
D.通常情况下氮气性质很稳定,可以在电焊时作保护气
二、氮的氧化物
1.氮的氧化物种类
化合价 +1 +2 +3 +4 +5
对应氧化物 N2O N2O3
注意　N2O3与N2O5属于酸性氧化物。
2.NO和NO2
(1)物理性质
氧化物 颜色 状态 气味 水溶性
NO 　　　色 气态 - 　　溶
NO2 　　　色 气态 　　　　气味 　　溶
(2)化学性质
①实验探究
实验装置 实验操作 现象
向充满NO气体的试管中通入O2 气体颜色由　　　　　　　　
向充满NO2气体的试管中注入水 气体逐渐减少,颜色由　　　　　,得到无色溶液
② 结论:在一定条件下,NO和NO2可以相互转化
a.NO→NO2:　　　　　　　　　　　　(NO表现　　　　　　)。
b.NO2→NO:　　　　　　　　　　　(NO2既表现　　　　,又表现　　　　)。
(3)NO、NO2的其他性质及应用
思考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。
________________________________________________________________________________________
思考2　工业上用水吸收NO2制取硝酸的反应过程中,常需要不断地补充一些空气,其目的是什么
________________________________________________________________________________________
1.判断正误
(1)NO的密度比空气大,可以用向上排空气法收集NO(　　)
(2)氮的氧化物都是大气污染物,而且在一定条件下可相互转化(　　)
(3)NO2可用排水法收集,且可由NO和O2化合得到(　　)
(4)NO2和NaOH可发生反应:2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O,故NO2为酸性氧化物(　　)
(5)可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2和Br2(　　)
(1)NO和O2反应,故NO不能用排空气法收集,可以用排水法收集;NO2和水反应,故NO2不能用排水法收集,可用向上排空气法收集。
(2)NO不能和碱反应,NO2可以和碱反应生成硝酸盐、亚硝酸盐和水,但NO2不是酸性氧化物。
(3)NO2、溴蒸气均可以使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,不能用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2气体和溴蒸气。
2.(2023·日照高一期末)下列对NO和NO2的描述正确的是(　　)
A.NO2与水的反应中,NO2既是氧化剂又是还原剂
B.NO、NO2均易溶于水
C.NO、NO2均为大气污染气体,在大气中可稳定存在
D.从元素化合价角度看,NO只有还原性
答案精析
一、
1.(1)游离态　(2)①氮氧化物　②a.NH3　铵盐　硝酸　b.氮氧化物
2.游离态　含氮化合物　生物固氮　仿生固氮　常温、常压
3.(1)无　无　难　(2)不活泼
思考　从元素化合价分析:氮气既有氧化性又有还原性;从物质分类分析:氮气能与金属单质反应,也能与某些非金属单质反应。
①a.无色变为红棕色　b.N2+O22NO　2NO+O2===2NO2　②N2+3H22NH3　N2+3MgMg3N2
应用体验
1.(1)×　(2)×　(3)×　(4)×
2.C　[雷电时发生反应:N2 +O22NO,N2转化为NO,属于氮的固定,A错误;合成氨过程中N2转化为NH3,属于氮的固定,B错误;植物的根从土壤中吸收铵根离子和硝酸盐,不存在游离态的氮转化为氮的化合物的过程,不属于氮的固定,C正确;豆科植物的根瘤菌将氮气转化为硝酸盐,属于氮的固定,D错误。]
3.D　[氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应生成NO,NO进一步被氧气氧化生成NO2,B错误;氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮的过程,C错误。]
二、
1.NO　NO2(或N2O4)　N2O5
2.(1)无　难　红棕　有刺激性　易　(2)①无色逐渐变为红棕色　红棕色变为无色　②2NO+O2===2NO2　还原性　3NO2+H2O===2HNO3+NO　氧化性　还原性
(3)①强　②褪色　腐蚀
思考1　雷电发生时,N2和O2化合生成NO,NO迅速被氧化为NO2,NO2溶于水生成HNO3,HNO3跟土壤中的矿物作用生成硝酸盐,N可被植物吸收。化学方程式为N2+O22NO,2NO+O2===2NO2,3NO2+H2O===2HNO3+NO。
思考2　把生成的NO再氧化为NO2,NO2溶于水又生成HNO3和NO。经过多次的氧化和吸收,NO2可以比较完全地被水吸收,能够尽可能多地转化为硝酸。
应用体验
1.(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×
2.A　[NO2与水发生反应:3NO2+H2O===2HNO3+NO,氮元素由+4价变为+2价和+5价,则NO2既是氧化剂又是还原剂,A正确;NO中氮元素显+2价,处于中间价态,则NO既有氧化性又有还原性,D错误。](共70张PPT)
自然界中的氮循环　氮气与氮氧化物
第1课时
第3章　第3节
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核心素养
发展目标
1.通过了解自然界中氮循环的基本过程，认识氮循环过程中的重要物质，并了解含氮物质的相互转化在生产、生活中的应用及对生态环境的影响，增强科学态度与社会责任。
2.通过实验探究和真实情境，了解氮气、一氧化氮和二氧化氮的性质，培养科学探究和创新意识。
内容索引
一、自然界中的氮循环　氮气
二、氮的氧化物
课时对点练
自然界中的氮循环　氮气
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一
1.自然界中的氮循环
(1)氮元素的存在
在自然界中的存在形式有化合态和 。
一　自然界中的氮循环　氮气
游离态
(2)自然界中的氮循环
①自然循环
氮氧化物
②人类活动的影响
a.氮气 ―→含氮化合物(如 、 等)。
b.化石燃料、农作物的秸秆燃烧等所产生的 参与氮的循环。
NH3
铵盐
硝酸
氮氧化物
2.氮的固定
概念：将空气中________的氮转化为___________的过程
分类
自然
固氮
人工
固氮
高能固氮(如雷雨天气将N2转化为NO)
___________(如豆科植物的根瘤菌固氮)
合成氨(工业合成氨)
_________(某些金属有机化合物可起到根瘤菌
的作用，并以这些金属有机化合物为催化
剂实现_____________固氮)
游离态
含氮化合物
生物固氮
仿生固氮
常温、常压
3.氮气
(1)物理性质
色、 味的气体， 溶于水。
(2)化学性质
在通常状况下，氮气的化学性质 ，很难与其他物质发生反应。
无
无
难
不活泼
从元素化合价、物质分类的角度预测N2的化学性质。
思考
提示　从元素化合价分析：氮气既有氧化性又有还原性；从物质分类分析：氮气能与金属单质反应，也能与某些非金属单质反应。
①还原性
a.实验探究
实验装置 实验操作 现象
硬质玻璃管内充入N2和O2，然后给硬质玻璃管两端的电极上通电，在硬质玻璃管内能产生火花 气体颜色由_______
___________
无色变
为红棕色
b.结论：在放电条件下，N2与O2反应生成NO，NO立即被氧化为NO2，化学方程式为________________ 、 _________________。
注意　N2和O2反应后的最初产物是NO，而不是NO2。
N2+O2 2NO
2NO+O2===2NO2
②氧化性
N2和H2反应生成NH3，化学方程式：________________________。
Mg在N2中燃烧生成Mg3N2，化学方程式： 。
(3)氮气的主要用途
①氮气常用作保护气，用于焊接金属、填充灯泡、保存食品等。
②氮气是合成氨、制硝酸的主要原料。
③液氮可用作冷冻剂，用于医学、科技等领域。
N2+3H2 2NH3
N2+3Mg Mg3N2
1.判断正误
(1)工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮
(2)N2的密度比空气小，可以通过向下排空气法收集干燥的N2
(3)N2中N元素价态为0价，因此既有强氧化性，又有强还原性
(4)N2和O2在放电条件下会生成NO2
应用体验
×
×
×
×
2.下列过程不属于氮的固定的是
A.雷电时生成氮的氧化物
B.工业上用氢气与氮气合成氨
C.植物的根从土壤中吸收铵根离子和硝酸盐
D.豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为硝酸盐
应用体验
√
应用体验
雷电时发生反应：N2 +O2 2NO，N2转化为NO，属于氮的固定，A错误；
合成氨过程中N2转化为NH3，属于氮的固定，B错误；
植物的根从土壤中吸收铵根离子和硝酸盐，不存在游离态的氮转化为氮的化合物的过程，不属于氮的固定，C正确；
豆科植物的根瘤菌将氮气转化为硝酸盐，属于氮的固定，D错误。
3.(2023·四川遂宁高一射洪中学检测)下列说法正确的是
A.氮气性质稳定，不能与金属发生反应
B.氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应，氧气过量直接生成NO2
C.植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料，实现氮的固定
D.通常情况下氮气性质很稳定，可以在电焊时作保护气
应用体验
√
应用体验
氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应生成NO，NO进一步被氧气氧化生成NO2，B错误；
氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮的过程，C错误。
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氮的氧化物
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二
二　氮的氧化物
1.氮的氧化物种类
化合价 +1 +2 +3 +4 +5
对应氧化物 N2O ____ N2O3 _____________ ______
NO
NO2(或N2O4)
N2O5
注意　N2O3与N2O5属于酸性氧化物。
2.NO和NO2
(1)物理性质
氧化物 颜色 状态 气味 水溶性
NO ____色 气态 - ____溶
NO2 _____色 气态 ___________气味 ____溶
无
红棕
有刺激性
难
易
(2)化学性质
①实验探究
实验装置 实验操作 现象
向充满NO气体的试管中通入O2 气体颜色由__________________
向充满NO2气体的试管中注入水 气体逐渐减少，颜色由_________
_________，得到无色溶液
无色逐渐变为红棕色
红棕色变
为无色
②结论：在一定条件下，NO和NO2可以相互转化
a.NO→NO2：__________________(NO表现 )。
b.NO2→NO： (NO2既表现 ，又表现 )。
2NO+O2===2NO2
还原性
3NO2+H2O===2HNO3+NO
氧化性
还原性
(3)NO、NO2的其他性质及应用
强
褪色
腐蚀
思考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。
提示　雷电发生时，N2和O2化合生成NO，NO迅速被氧化为NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3跟土壤中的矿物作用生成硝酸盐，N可被植物吸收。化学方程式为N2+O2 2NO，2NO+O2===2NO2，3NO2+H2O===2HNO3+NO。
思考2
工业上用水吸收NO2制取硝酸的反应过程中，常需要不断地补充一些空气，其目的是什么？
提示　把生成的NO再氧化为NO2，NO2溶于水又生成HNO3和NO。经过多次的氧化和吸收，NO2可以比较完全地被水吸收，能够尽可能多地转化为硝酸。
应用体验
1.判断正误
(1)NO的密度比空气大，可以用向上排空气法收集NO
(2)氮的氧化物都是大气污染物，而且在一定条件下可相互转化
(3)NO2可用排水法收集，且可由NO和O2化合得到
(4)NO2和NaOH可发生反应：2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O，故NO2为酸性氧化物
(5)可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2和Br2
×
×
√
×
×
归纳总结
(1)NO和O2反应，故NO不能用排空气法收集，可以用排水法收集；NO2和水反应，故NO2不能用排水法收集，可用向上排空气法收集。
(2)NO不能和碱反应，NO2可以和碱反应生成硝酸盐、亚硝酸盐和水，但NO2不是酸性氧化物。
(3)NO2、溴蒸气均可以使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，不能用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2气体和溴蒸气。
2.(2023·日照高一期末)下列对NO和NO2的描述正确的是
A.NO2与水的反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂
B.NO、NO2均易溶于水
C.NO、NO2均为大气污染气体，在大气中可稳定存在
D.从元素化合价角度看，NO只有还原性
应用体验
√
应用体验
NO2与水发生反应：3NO2+H2O===2HNO3+NO，氮元素由+4价变为+2价和+5价，则NO2既是氧化剂又是还原剂，A正确；
NO中氮元素显+2价，处于中间价态，则NO既有氧化性又有还原性，D错误。
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课时对点练
题组一　自然界中的氮循环与氮的固定
1.下列反应中属于氮的固定的是
A.N2+3H2 2NH3
B.2NO+O2===2NO2
C.4NH3+5O2 4NO+6H2O
D.NH3+H2O+CO2===NH4HCO3
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氮的固定是把N2转化为含氮化合物的过程。
2.自然界中的氮循环如图所示。下列说法不正确的是
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
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在雷电作用下N2与O2发生化学反应生成NO，故B正确；
在氮循环过程中人工固氮、氨或铵盐转化为亚硝酸盐、亚硝酸盐转化为硝酸盐、在雷电作用下氮气的转化等都是氧化还原反应，故C不正确；
硝酸盐可转化为蛋白质，动、植物遗体可转化为氨或铵盐，所以含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化，故D正确。
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题组二　氮气及氮氧化物
3.氮气能大量存在于空气中的根本原因是
A.氮气性质稳定，即使在高温下也不与其他物质发生反应
B.氮气比空气轻且不溶于水
C.氮气分子中两个氮原子结合很牢固，分子结构稳定
D.氮气既无氧化性，也无还原性，不与其他物质反应
√
N2性质稳定，但在高温下可与O2等物质发生反应，在反应中表现出还原性或氧化性。
4.下列关于NO2的说法中，正确的是
A.常温常压下为无色气体
B.NO可与O2反应生成NO2
C.密度比空气小
D.能用排水法收集
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常温常压下NO2为红棕色气体，密度比空气大，易溶于水，不能用排水法收集，故A、C、D错误。
5.下列有关氮气的说法正确的是
A.“雷雨发庄稼”所包含的化学变化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐
B.医学上常用液氮做冷冻剂，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
C.H2与N2在一定条件下反应生成NH3，反应中N2体现还原性
D.电闪雷鸣的雨天，雨水中会含有一定量的硝酸，其中可能发生的反应
有N2+2O2 2NO2
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B项，液氮汽化时需要吸收大量的能量，使周围环境温度降低，可做冷冻剂，与其化学性质的不活泼性无关；
C项，反应的化学方程式为N2+3H2 2NH3，反应中氮元素化合价降低，氮气做氧化剂；
D项，N2和O2在放电条件下生成NO，不能直接生成NO2。
6.最新的病毒学研究证实，一氧化氮对病毒都有直接抑制作用。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
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NO是一种无色、难溶于水的气体，可以用排水法收集；常温常压下，NO容易与氧气直接化合生成NO2。
题组三　氮氧化物与水反应的有关计算
7.标准状况下，将盛满二氧化氮的大试管倒扣在盛水的水槽中，充分吸收后，试管内溶液的物质的量浓度约是
A.0.045 mol·L-1 B.0.036 mol·L-1
C.0.033 mol·L-1 D.0.018 mol·L-1
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设试管的体积为V L，
由3NO2+H2O===2HNO3+NO可知，
n(HNO3)=× mol，V(HNO3)=V L，
c(HNO3)== mol·L-1≈0.045 mol·L-1。
8.将体积为V的NO和NO2的混合气体通过水吸收后，得到无色气体A。将此无色气体A与等体积的O2通入水中充分吸收后，得到5 mL无色气体B，下列说法不正确的是
A.A气体是NO，B气体是O2
B.通入O2的总体积是20 mL
C.V的取值范围是20 mLD.将盛有体积比为4∶1的NO2和O2混合气体的烧瓶倒立于水槽中充分反
应后，烧瓶中所得溶液的物质的量浓度为 mol·L-1
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因NO不与水反应，NO2能与水反应：3NO2+H2O===2HNO3+NO，所以无色气体A为NO；无色气体A与等体积的O2混合通过水后发生反应：4NO+3O2+2H2O===4HNO3，可知O2过量，则无色气体B为O2，A正确；
由于过量的氧气为5 mL，而开始反应时NO与O2的体积相等，根据反应4NO+3O2+2H2O===4HNO3，剩余O2体积占O2总体积的，可知V(O2)==20 mL ，B正确；
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由B可知，NO2与水反应产生的NO和原来的NO共20 mL，若NO气体全部来源于原气体，则V=20 mL；若NO气体全部是由NO2与水反应产生，根据反应3NO2+H2O===2HNO3+NO可知，V=3×20 mL=60 mL，所以V的取值范围是20 mL将盛有体积比为4∶1的NO2和O2混合气体的烧瓶倒立于水槽中充分反应，发生反应4NO2+O2+2H2O===4HNO3，恰好完全转化为硝酸，但由于未指明气体所处的外界条件，不能确定气体摩尔体积，就不能计算气体的物质的量及其形成的硝酸溶液的浓度，D错误。
9.(2023·福州高一期末)下列说法中错误的是
A.除去NO2中NO气体的方法是通入足量的O2
B.NO2与溴蒸气的鉴别可以用水、AgNO3溶液或CCl4，但不能用湿润的
淀粉碘化钾试纸
C.NO2与H2O的反应中氧化剂与还原剂的质量比为1∶2
D.除去NO中的NO2气体的方法是将气体依次通入盛有水和浓H2SO4的洗
气瓶
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氧气过量产生新杂质，A错误；
NO2和溴蒸气都具有强氧化性，都能使湿润的淀粉 KI试纸变蓝，现象相同，不能鉴别，B正确；
发生反应：3NO2+H2O===2HNO3+NO，该反应中N元素的化合价由+4价变为+5价和+2价，所以生成硝酸的二氧化氮是还原剂，其计量数是2，生成NO的二氧化氮是氧化剂，其计量数是1，所以氧化剂和还原剂的质量之比是1∶2，C正确；
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除去NO中的NO2气体的方法是将气体依次通入盛有水和浓H2SO4的洗气瓶，二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，通过浓硫酸吸收气体中水蒸气得到一氧化氮，D正确。
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10.(2023·浙江乐清高一期中)一定条件下，含氮元素的物质可发生如图所示的循环转化。下列说法正确的是
A.循环转化中属于“固氮”过程的是“反应c”和“反应b”
B.转化过程中发生非氧化还原反应的过程只有
“反应l”
C.若“反应h”是在NO2与H2O的作用下实现的，
则该反应中氧化产物与还原产物的物质的量
之比为1∶2
D.工业上可以用氢氧化钠溶液吸收NO2
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√
氮的固定指由游离态的氮转化为化合物，图中属于氮的固定的是“反应c”和“反应k”，A错误；
没有元素化合价变化的反应属于非氧化还原反应，则过程中非氧化还原反应为a和l，B错误；
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反应h发生的反应为3NO2+H2O===2HNO3+NO，氧
化产物与还原产物的物质的量之比为2∶1，C错误；
NO2能与NaOH溶液发生反应：2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O，所以工业上可以用氢氧化钠溶液吸收NO2，D正确。
11.某无色混合气体可能含有NO、NO2、CO2、N2中的几种，将一定量的该气体依次经过如图实验的处理，结果得到酸性溶液，而无气体剩余。则该气体的组成为
A.NO、N2 B.NO、CO2
C.NO2、CO2 D.NO、CO2、N2
√
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无色混合气体通过盛有足量Na2O2的干燥管后，得到NO2和O2的混合气体，根据2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2、2NO+O2===2NO2可知，原无色混合气体中含有NO、CO2，故选B。
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12.(2023·甘肃民勤一中高一期末)如图所示，在注射器里吸入20 mL NO，然后吸入5 mL水。若再吸入6 mL O2，夹住弹簧夹，让内外大气压相同，观察现象。下列叙述正确的是
A.可观察到注射器内气体由无色变成
红棕色，最后变成无色
B.可观察到注射器的活塞缓缓向右移动
C.最终剩余气体体积约为19 mL
D.所得硝酸的浓度约为0.07 mol·L-1
√
NO遇空气中氧气生成NO2，NO2为红棕色气体，NO2溶于水生成NO，气体由红棕色变为无色，A项正确；
由4NO+3O2+2H2O===4HNO3可知，O2消耗完，NO有剩余，剩余气体体积为(20-8) mL=12 mL，C项错误；
可观察到注射器活塞缓缓向左移动，B项错误；
没有注明状态，无法计算硝酸浓度，D项错误。
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13.为提高农作物产量，现代农业生产中需要大量含氮化合物做肥料。
(1)下列固氮方法中，属于人工固氮的是　　　(填字母)。
A.合成氨 B.闪电固氮
C.根瘤菌固氮 D.仿生固氮
E.用氨气合成尿素
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AD
(2)植物的根瘤菌能把空气中的氮气转化为氨，被植物吸收，这种过程被称为氮的固定。此过程可简单地用化学方程式表示为
　　N2+　　C+　　H2O 　　NH3+　　CO2
①配平以上化学方程式，并用单线桥表示电子转移的方向和数目。
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答案　
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在该反应中，N从0价降低到-3价，得到电子，C从0价升高到+4价，失去电子，根据得失电子守恒，配平化学方程式为2N2+3C+6H2O
4NH3+3CO2。
②上述反应中的还原剂是　　 (填化学式，下同)，还原产物是　　　　。若转移3 mol电子则会生成　　　 mol NH3。
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C
NH3
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上述反应中，C的化合价从0价升高到+4价，C为还原剂，N的化合价从0价降低到-3价被还原，还原产物是NH3，每转移3 mol电子，生成1 mol
氨气。
③闪电固氮反应的化学方程式是　　　　　　　　，氮气表现________
(填“氧化”或“还原”)性。
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还原
闪电固氮的化学方程式为N2+O2 2NO，在反应中N的化合价从0价升高到+2价，N2做还原剂，表现还原性。
N2+O2 2NO
④合成氨的化学方程式是　　　　　　　　　　　　，氮气表现______
(填“氧化”或“还原”)性。
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N2+3H2 2NH3
合成氨的化学方程式为N2+3H2 2NH3，在反应中，N的化合价从0价降低到-3价，N2做氧化剂，表现氧化性。
氧化
14.以下是氮循环的一部分：
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(1)通常状况下，NO2的颜色是　　　　。
(2)反应①的化学方程式是　　　　　　　　　。
红棕色
N2+O2 2NO
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(3)NO2易溶于水，并和水发生化学反应。该反应中，氧化剂是______。
NO2
NO2易溶于水，发生的化学反应是3NO2+H2O===2HNO3+NO。该反应中NO2中氮元素的化合价既有降低又有升高，NO2既是氧化剂又是还原剂。
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(4)化合物A的化学式是　　　　。
(5)治理汽车尾气的一种方法是用催化剂使NO与CO发生反应：2NO+2CO
2CO2+N2。当生成2 mol N2时，被还原的NO为　　mol。
HNO3
4
从反应化学方程式看出NO和N2的物质的量之比为2∶1，则生成2 mol N2时被还原的NO为4 mol。
15.某处工厂排出的烟道气中含氮氧化物(主要为NO、NO2)、粉尘和少量水蒸气。课外兴趣活动小组对该工厂排出的烟道气进行处理，并检测其氮氧化物含量，实验装置如图所示：
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(1)装置A中放置无碱玻璃棉，其目的是除去　　　，为保证检测的准确性，装置C中盛放的化学试剂可以是　　　(填字母，下同)。
a.碱石灰　　b.浓硫酸　　c.五水合硫酸铜(CuSO4·5H2O)
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粉尘
b
(2)装置D中主要发生：2NaOH+2NO2===NaNO2+NaNO3+H2O、2NaOH+NO+NO2===2NaNO2+H2O。
①若反应后尾气无残留，则参加反应的NO2、NO物质的量比值为　　 。
a.≥1　　　b.≤1　　　c.任意值
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a
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由图可知，装置A中放置的无碱玻璃棉用于除去烟道气中的粉尘，装置B用于加热防止水蒸气冷凝，装置C中盛有的浓硫酸用于吸收水蒸气，防止水蒸气进入氢氧化钠溶液使氮氧化物总量偏大，装置D中盛有的氢氧化钠溶液用于吸收、测定一氧化氮和二氧化氮，气囊用于储存处理后气体，防止污染空气。
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由方程式可知，一氧化氮不能单独与氢氧化钠溶液反应，二氧化氮能与氢氧化钠溶液反应，反应后尾气无残留说明二氧化氮和一氧化氮的物质的量比值≥1，故选a。
②可使用适量酸性H2O2溶液，将溶液中的N全部氧化为N，发生反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　。
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H2O2+N===N+H2O
(3)气囊用来储存处理后气体，其中可能含少量NO气体，可用酸性NaClO溶液来处理，HClO氧化NO生成N和Cl-，发生反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
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3HClO+2NO+H2O===2N+3Cl-+5H+
返回作业29　自然界中的氮循环　氮气与氮氧化物
［分值：100分］
(选择题1~12题，每小题5分，共60分)
题组一　自然界中的氮循环与氮的固定
1.下列反应中属于氮的固定的是 (　　)
A.N2+3H22NH3
B.2NO+O22NO2
C.4NH3+5O24NO+6H2O
D.NH3+H2O+CO2NH4HCO3
2.自然界中的氮循环如图所示。下列说法不正确的是 (　　)
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
题组二　氮气及氮氧化物
3.氮气能大量存在于空气中的根本原因是 (　　)
A.氮气性质稳定，即使在高温下也不与其他物质发生反应
B.氮气比空气轻且不溶于水
C.氮气分子中两个氮原子结合很牢固，分子结构稳定
D.氮气既无氧化性，也无还原性，不与其他物质反应
4.下列关于NO2的说法中，正确的是 (　　)
A.常温常压下为无色气体
B.NO可与O2反应生成NO2
C.密度比空气小
D.能用排水法收集
5.下列有关氮气的说法正确的是 (　　)
A.“雷雨发庄稼”所包含的化学变化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐
B.医学上常用液氮做冷冻剂，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
C.H2与N2在一定条件下反应生成NH3，反应中N2体现还原性
D.电闪雷鸣的雨天，雨水中会含有一定量的硝酸，其中可能发生的反应有N2+2O22NO2
6.最新的病毒学研究证实，一氧化氮对病毒都有直接抑制作用。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
题组三　氮氧化物与水反应的有关计算
7.标准状况下，将盛满二氧化氮的大试管倒扣在盛水的水槽中，充分吸收后，试管内溶液的物质的量浓度约是 (　　)
A.0.045 mol·L-1 B.0.036 mol·L-1
C.0.033 mol·L-1 D.0.018 mol·L-1
8.将体积为V的NO和NO2的混合气体通过水吸收后，得到无色气体A。将此无色气体A与等体积的O2通入水中充分吸收后，得到5 mL无色气体B，下列说法不正确的是 (　　)
A.A气体是NO，B气体是O2
B.通入O2的总体积是20 mL
C.V的取值范围是20 mLD.将盛有体积比为4∶1的NO2和O2混合气体的烧瓶倒立于水槽中充分反应后，烧瓶中所得溶液的物质的量浓度为 mol·L-1
9.(2023·福州高一期末)下列说法中错误的是 (　　)
A.除去NO2中NO气体的方法是通入足量的O2
B.NO2与溴蒸气的鉴别可以用水、AgNO3溶液或CCl4，但不能用湿润的淀粉碘化钾试纸
C.NO2与H2O的反应中氧化剂与还原剂的质量比为1∶2
D.除去NO中的NO2气体的方法是将气体依次通入盛有水和浓H2SO4的洗气瓶
10.(2023·浙江乐清高一期中)一定条件下，含氮元素的物质可发生如图所示的循环转化。下列说法正确的是 (　　)
A.循环转化中属于“固氮”过程的是“反应c”和“反应b”
B.转化过程中发生非氧化还原反应的过程只有“反应l”
C.若“反应h”是在NO2与H2O的作用下实现的，则该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2
D.工业上可以用氢氧化钠溶液吸收NO2
11.某无色混合气体可能含有NO、NO2、CO2、N2中的几种，将一定量的该气体依次经过如图实验的处理，结果得到酸性溶液，而无气体剩余。则该气体的组成为 (　　)
A.NO、N2 B.NO、CO2
C.NO2、CO2 D.NO、CO2、N2
12.(2023·甘肃民勤一中高一期末)如图所示，在注射器里吸入20 mL NO，然后吸入5 mL水。若再吸入6 mL O2，夹住弹簧夹，让内外大气压相同，观察现象。下列叙述正确的是 (　　)
A.可观察到注射器内气体由无色变成红棕色，最后变成无色
B.可观察到注射器的活塞缓缓向右移动
C.最终剩余气体体积约为19 mL
D.所得硝酸的浓度约为0.07 mol·L-1
13.(18分)为提高农作物产量，现代农业生产中需要大量含氮化合物做肥料。
(1)下列固氮方法中，属于人工固氮的是　　　(填字母)。
A.合成氨 B.闪电固氮
C.根瘤菌固氮 D.仿生固氮
E.用氨气合成尿素
(2)植物的根瘤菌能把空气中的氮气转化为氨，被植物吸收，这种过程被称为氮的固定。此过程可简单地用化学方程式表示为
　　N2+　　C+　　H2O　　NH3+　　CO2
①配平以上化学方程式，并用单线桥表示电子转移的方向和数目。
②上述反应中的还原剂是　　　　　　(填化学式，下同)，还原产物是　　　　。若转移3 mol电子则会生成　　　 mol NH3。
③闪电固氮反应的化学方程式是　　　　　　　，氮气表现　　　　　(填“氧化”或“还原”)性。
④合成氨的化学方程式是　　　　，氮气表现　　　(填“氧化”或“还原”)性。
14.(10分)以下是氮循环的一部分：
(1)通常状况下，NO2的颜色是　　　　。
(2)反应①的化学方程式是　　　　　　　。
(3)NO2易溶于水，并和水发生化学反应。该反应中，氧化剂是　　　　。
(4)化合物A的化学式是　　　　。
(5)治理汽车尾气的一种方法是用催化剂使NO与CO发生反应：2NO+2CO2CO2+N2。当生成2 mol N2时，被还原的NO为　　　　mol。
15.(12分)某处工厂排出的烟道气中含氮氧化物(主要为NO、NO2)、粉尘和少量水蒸气。课外兴趣活动小组对该工厂排出的烟道气进行处理，并检测其氮氧化物含量，实验装置如图所示：
(1)装置A中放置无碱玻璃棉，其目的是除去　　　　　，为保证检测的准确性，装置C中盛放的化学试剂可以是　　　　　(填字母，下同)。
a.碱石灰　　b.浓硫酸　　c.五水合硫酸铜(CuSO4·5H2O)
(2)装置D中主要发生：2NaOH+2NO2NaNO2+NaNO3+H2O、2NaOH+NO+NO22NaNO2+H2O。
①若反应后尾气无残留，则参加反应的NO2、NO物质的量比值为　　　　　 。
a.≥1　　　b.≤1　　　c.任意值
②可使用适量酸性H2O2溶液，将溶液中的N全部氧化为N，发生反应的离子方程式是　　　　　。
(3)气囊用来储存处理后气体，其中可能含少量NO气体，可用酸性NaClO溶液来处理，HClO氧化NO生成N和Cl-，发生反应的离子方程式是　　　　　　　。
答案精析
1.A　[氮的固定是把N2转化为含氮化合物的过程。]
2.C　[在雷电作用下N2与O2发生化学反应生成NO,故B正确;在氮循环过程中人工固氮、氨或铵盐转化为亚硝酸盐、亚硝酸盐转化为硝酸盐、在雷电作用下氮气的转化等都是氧化还原反应,故C不正确;硝酸盐可转化为蛋白质,动、植物遗体可转化为氨或铵盐,所以含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化,故D正确。]
3.C　[N2性质稳定,但在高温下可与O2等物质发生反应,在反应中表现出还原性或氧化性。]
4.B　[常温常压下NO2为红棕色气体,密度比空气大,易溶于水,不能用排水法收集,故A、C、D错误。]
5.A　[B项,液氮汽化时需要吸收大量的能量,使周围环境温度降低,可做冷冻剂,与其化学性质的不活泼性无关;C项,反应的化学方程式为N2+3H22NH3,反应中氮元素化合价降低,氮气做氧化剂;D项,N2和O2在放电条件下生成NO,不能直接生成NO2。]
6.C　[NO是一种无色、难溶于水的气体,可以用排水法收集;常温常压下,NO容易与氧气直接化合生成NO2。]
7.A　[设试管的体积为V L,
由3NO2+H2O===2HNO3+NO可知,
n(HNO3)=× mol,V(HNO3)=V L,
c(HNO3)== mol·L-1
≈0.045 mol·L-1。]
8.D　[因NO不与水反应,NO2能与水反应:3NO2+H2O===2HNO3+NO,所以无色气体A为NO;无色气体A与等体积的O2混合通过水后发生反应:4NO+3O2+2H2O===4HNO3,可知O2过量,则无色气体B为O2,A正确;由于过量的氧气为5 mL,而开始反应时NO与O2的体积相等,根据反应4NO+3O2+2H2O===4HNO3,剩余O2体积占O2总体积的,可知V(O2)==20 mL ,B正确;由B可知,NO2与水反应产生的NO和原来的NO共20 mL,若NO气体全部来源于原气体,则V=20 mL;若NO气体全部是由NO2与水反应产生,根据反应3NO2+H2O===2HNO3+NO可知,V=3×20 mL=60 mL,所以V的取值范围是20 mL9.A　[氧气过量产生新杂质,A错误;NO2和溴蒸气都具有强氧化性,都能使湿润的淀粉 KI试纸变蓝,现象相同,不能鉴别,B正确;发生反应:3NO2+H2O===2HNO3+NO,该反应中N元素的化合价由+4价变为+5价和+2价,所以生成硝酸的二氧化氮是还原剂,其计量数是2,生成NO的二氧化氮是氧化剂,其计量数是1,所以氧化剂和还原剂的质量之比是1∶2,C正确;除去NO中的NO2气体的方法是将气体依次通入盛有水和浓H2SO4的洗气瓶,二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮,通过浓硫酸吸收气体中水蒸气得到一氧化氮,D正确。]
10.D　[氮的固定指由游离态的氮转化为化合物,图中属于氮的固定的是“反应c”和“反应k”,A错误;没有元素化合价变化的反应属于非氧化还原反应,则过程中非氧化还原反应为a和l,B错误;反应h发生的反应为3NO2+H2O===2HNO3+NO,氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶1,C错误;NO2能与NaOH溶液发生反应:2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O,所以工业上可以用氢氧化钠溶液吸收NO2,D正确。]
11.B　
[
无色混合气体通过盛有足量Na2O2的干燥管后,得到NO2和O2的混合气体,根据2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2、2NO+O2===2NO2可知,原无色混合气体中含有NO、CO2,故选B。]
12.A　[NO遇空气中氧气生成NO2,NO2为红棕色气体,NO2溶于水生成NO,气体由红棕色变为无色,A项正确;由4NO+3O2+2H2O===4HNO3可知,O2消耗完,NO有剩余,剩余气体体积为(20-8) mL=12 mL,C项错误;可观察到注射器活塞缓缓向左移动,B项错误;没有注明状态,无法计算硝酸浓度,D项错误。]
13.(1)AD
(2)①　②C　NH3　1　③N2+O22NO　还原　④N2+3H22NH3　氧化
解析　(2)①在该反应中,N从0价降低到-3价,得到电子,C从0价升高到+4价,失去电子,根据得失电子守恒,配平化学方程式为2N2+3C+6H2O4NH3+3CO2。②上述反应中,C的化合价从0价升高到+4价,C为还原剂,N的化合价从0价降低到-3价被还原,还原产物是NH3,每转移3 mol电子,生成1 mol氨气。
③闪电固氮的化学方程式为N2+O22NO,在反应中N的化合价从0价升高到+2价,N2做还原剂,表现还原性。④合成氨的化学方程式为N2+3H22NH3,在反应中,N的化合价从0价降低到-3价,N2做氧化剂,表现氧化性。
14.(1)红棕色　(2)N2+O22NO　(3)NO2
(4)HNO3　(5)4
解析　(3)NO2易溶于水,发生的化学反应是3NO2+H2O===2HNO3+NO。该反应中NO2中氮元素的化合价既有降低又有升高,NO2既是氧化剂又是还原剂。(5)从反应化学方程式看出NO和N2的物质的量之比为2∶1,则生成2 mol N2时被还原的NO为4 mol。
15.(1)粉尘　b　(2)①a　②H2O2+N===NO+H2O
(3)3HClO+2NO+H2O===2N+3Cl-+5H+
解析　由图可知,装置A中放置的无碱玻璃棉用于除去烟道气中的粉尘,装置B用于加热防止水蒸气冷凝,装置C中盛有的浓硫酸用于吸收水蒸气,防止水蒸气进入氢氧化钠溶液使氮氧化物总量偏大,装置D中盛有的氢氧化钠溶液用于吸收、测定一氧化氮和二氧化氮,气囊用于储存处理后气体,防止污染空气。(2)①由方程式可知,一氧化氮不能单独与氢氧化钠溶液反应,二氧化氮能与氢氧化钠溶液反应,反应后尾气无残留说明二氧化氮和一氧化氮的物质的量比值≥1,故选a。

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