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第五章　化工生产中的重要非金属元素
第二节　氮及其化合物
第1课时　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮
学习目标：1.了解氮气的性质及固氮方法。2.认识一氧化氮、二氧化氮的性质，熟知 氮的氧化物溶于水反应的化学方程式。
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研习任务一　氮气与氮的固定
教材　认知
1. 氮元素
（1）
共用电子对　
（2）氮元素在自然界中的存在
2. 氮气的性质
（1）物理性质
颜色 密度 气味 溶解性
无色 比空气 　略小　 无味 难溶于水
无色
略小　
无味
难溶于水
[思考1]　根据氮原子核外电子排布和氮气分子的结构，推测氮气的化学活性。
提示：由于氮分子内两个氮原子间以共价三键（N≡N）结合，断开该化学键需要较多 的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常情况下难以与其他物质发生化学反应。
（2）在高温、放电等条件下，氮气可以与镁、氢气、氧气等物质发生化合反应。
写出氮气与下列物质发生反应的化学方程式：
[特别提醒]　①N2→NO2不能通过一步转化完成。②Mg3N2只能干态制取，因为其能 与水剧烈反应，生成Mg（OH）2沉淀并放出NH3。
氧化　
氧化　
还原　
[思考2]　Mg在空气中燃烧时可以发生的反应有哪些？写出化学方程式。
3. 氮的固定
（2）分类
游离态　
氮的化合物　
[思考3]　氮的固定中氮元素的化合价如何变化？
提示：闪电固氮中氮元素化合价升高，被氧化；豆科植物根瘤菌固氮和人工固氮合成 氨反应中氮元素化合价降低，被还原。
应用　体验
1. 微判断
√


√
√
A. 氮气化学性质稳定，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得很牢固，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
解析：N2化学性质稳定，但高温下可与O2等物质发生反应，在反应中表现出氧化性或 还原性；氮气比空气轻且不溶于水并不是N2能大量存在于空气中的根本原因；N2能大 量存在于空气中的根本原因是氮气分子中两个氮原子结合得很牢固，分子结构稳定。
C
B. 人工固氮过程中，氮元素一定被还原
C
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研习任务二　一氧化氮和二氧化氮
教材　认知
1. NO和NO2的物理性质
NO NO2
颜色 　无　色 　红棕　色
状态 气态 气态
气味/毒性 无味有毒 有刺激性气味且有毒
水溶性 　不　溶 　易　溶
2. 收集方法
无　
红棕　
无味有毒
有刺激性气味且有毒
不　
易　
排水　
向上排空气　
3. NO和NO2的化学性质
探究一氧化氮、二氧化氮与水的反应
实验装置
实验操作 实验现象 实验结论
如图所示，在一支50 mL的注射器里充 入20 mL NO，然后吸入5 mL水，用乳 胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器 无明显现象 NO不溶于水
打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹 上弹簧夹 注射器中气体由无色变 为红棕色，注射器塞子 向左移动 NO与空气中的O2 发生反应生成红棕 色的NO2
振荡注射器 注射器中气体由红棕色 变为无色，注射器塞子 继续向左移动 NO2与水发生反应
NO不溶于水
NO与空气中的O2
发生反应生成红棕
色的NO2
NO2与水发生反应
[思考1]　上述实验过程中发生了哪些化学反应？从氧化还原反应的角度分析，上述 反应中NO和NO2的作用是什么？
[思考2]　若将注射器中的NO充分转化为HNO3，应采取何种措施？写出转化过程的 总反应化学方程式。
提示：充入足量空气（或O2），可把注射器中的NO完全转化。
[思考3]　NO2是酸性氧化物吗？工业生产硝酸时，能否将NO2完全转化为硝酸？写出 转化过程的总反应化学方程式。
提示：NO2不属于酸性氧化物，原因是NO2与水反应生成HNO3和NO，NO2与HNO3中 氮元素的化合价不同，因此NO2不是HNO3对应的酸性氧化物。工业生产硝酸时，通 入过量O2，可以把NO2完全转化为HNO3。
[思考4]　如何设计实验检验某气体是NO？
提示：向盛有无色气体的容器中通入空气（或O2），气体由无色变为红棕色，说明该 气体是NO。
4. 氮的氧化物与水反应的计算规律

归纳总结
　　（1）无论是单一气体（NO2），还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体 溶于水，若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。
（2）对于连续发生的化学反应，可用化学方程式叠加的方法而得到复合反应， 解决问题更简便。
应用　体验
1. 微判断
（5）NO和NO2的颜色、气味、水溶性不同，但它们都是有毒的气体。
√

√
√
√

4 mL或1.2 mL　
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课堂强研习 合作学习 精研重难
课后提素养
A. 氮气化学性质不活泼，原因是N的非金属性较弱
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. “雷雨发庄稼”所包含的化学变化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐
D
A. NO2与水的反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂
B. NO是无色气体，可用向上排空气法收集
C. NO、NO2均可用排水法收集
D. 从元素化合价角度看，NO只有还原性
A
A. 在转化过程中，氮元素均被还原
B. 依据图示判断催化剂不参与储存和还原过程
C. 还原过程中生成0.1 mol N2，转移电子数为0.5NA
D. 三效催化剂能有效实现汽车尾气中CO、NOx、CxHy三种成分的净化
D
解析：在转化过程中，氮元素化合价先升高为＋5价，再降低为0价，则先被氧化，再 被还原，A说法错误；依据图示判断催化剂参与储存和还原过程，B说法错误；还原 过程中生成0.1 mol N2，转移电子的物质的量为0.1 mol×（5－0）×2＝1 mol，电子 转移数为NA，C说法错误；三效催化剂能有效实现汽车尾气中CO、NOx、CxHy三种 成分的净化，D说法正确。
4. 将一支充满12 mL NO2气体的试管倒置于水槽中，充分反应。
C　
无色气体变为红棕
色，液面逐渐上升
3　
5. 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。
还原
4NH3＋6NO
2HNO3＋NO
2NO2＋
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课时作业
[基础训练]
A. 氨与氯化氢反应 B. 酸雨的形成
C. 工业合成氨 D. 雷雨发庄稼
A
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解析：氨与氯化氢反应生成氯化铵，不是氮的游离态变为化合态，不是氮的固定，故 A符合题意；汽车内燃机或工厂中氮气和氧气在一定条件下反应生成一氧化氮，一氧 化氮和氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，硝酸和雨水 形成酸雨，是氮的游离态变为化合态，属于氮的固定，故B不符合题意；工业合成氨 是氮气和氢气在高温、高压、催化剂作用下反应生成氨气，是氮的游离态变为化合 态，属于氮的固定，故C不符合题意；雷雨发庄稼是氮气和氧气在放电条件下反应生 成一氧化氮，一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧 化氮，是氮的游离态变为化合态，属于氮的固定，故D不符合题意。
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B. NO2可与水反应，是酸性氧化物；NO不溶于水，不是酸性氧化物
C. NOx的排放会形成硝酸型酸雨，对环境产生危害
D. 将N2、NO或NO2液化收集的过程都不属于氮的固定
B
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A. 海洋中的氮循环起始于氮的还原
B. 海洋中的氮循环属于固氮作用的是②
D. 海洋中的反硝化作用一定有氧气的参与
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A. V1＞V2＞V3 B. V1＞V3＞V2
C. V2＞V3＞V1 D. V3＞V1＞V2
D
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A. 工业上利用合成氨实现人工固氮涉及氧化还原反应
B. NO2与溴蒸气的鉴别可以用水、AgNO3溶液，但不能用湿润的淀粉－KI试纸
C. 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的洗气瓶中
D. NO2与H2O的反应中氧化剂与还原剂的质量比为2∶1
D
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6. 实验室以空气和镁为原料制备Mg3N2的装置如图所示（夹持和加热装置略去）：
A. 装置A、B中可依次加入浓硫酸、NaOH溶液
B. 若去掉装置C，对产品纯度无影响
C. 实验时应先加热C，通入一段时间空气后再加热D
D. E中碱石灰的作用是吸收尾气
C
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解析：要制备Mg3N2，需除去空气中的CO2、H2O和O2，故A、B装置依次加入NaOH 溶液、浓H2SO4，A错误；若去掉装置C，氧气与Mg反应生成MgO，影响产品纯度， B错误；先加热装置C，通入一段时间空气除去装置D中的氧气，再加热装置D，C正 确；装置E中碱石灰的作用是防止空气中的CO2和H2O进入D，D错误。
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A. V4＋－OH为该反应的中间体
B. 该转化过程中，氧化剂只有NO
D. 每生成标准状况下22.4 L N2，转移电子总数为3NA
B
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解析：由题意可知，该反应在含钒催化剂的作用下，NO可被NH3还原为N2，则V4＋－ OH为该反应的中间体，A正确；该反应中NH3为还原剂，氧化剂为NO和O2，B错误； 反应过程中，在含钒催化剂的作用下，NO被NH3还原为N2，则总方程式为4NH3＋ 4NO＋O2 4N2＋6H2O，C正确；根据方程式，每生成标准状况下22.4 L N2，转 移电子总数为3NA，D正确。
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A. NO、N2 B. NO、CO2
C. NO2、CO2 D. NO、CO2、N2
B
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9. 利用石灰乳和硝酸工业的尾气（含NO、NO2）反应，既能净化尾气，又能获得应 用广泛的Ca（NO2）2，其部分工艺流程如图：
（1）一定条件下，NO与NO2可以生成一种新的氧化物，试写出该反应的化学方 程式：
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解析：（2）气体上升液体下降，这样气液接触充分，使尾气被充分吸收；分析加入 的原料及生成物，只有Ca（OH）2微溶于水，所以滤渣的主要成分为Ca（OH）2。
使尾气中的NO、NO2被充分吸收
Ca（OH）2
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（3）该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1。
解析：（3）当n（NO）＞n（NO2）时，NO过剩；当n（NO）＜n（NO2）时， NO2过剩，剩余的NO2会与Ca（OH）2反应生成Ca（NO3）2。
排放气体中NO含量升高
产品Ca（NO2）2中Ca（NO3）2含量升
高
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[提升训练]
A. A、B、C装置中只有A中发生的反应属于氧化还原反应
B. 实验过程中，装置B有防止倒吸的作用
D. 最后得到的尾气可以被NaOH溶液完全吸收
C
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C. 生成硝酸的物质的量浓度均为0.030 mol·L－1
D. 生成硝酸的物质的量浓度约为0.060 mol·L－1
B
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12. 标准状况下，将4.48 L的NO2和NO组成的混合气体通入100 mL的水中，气体体积 缩小为2.24 L，假设溶液的体积不变，回答下列问题。
1.0 mol/L　
解析：（2）剩余气体都是NO，N元素和O元素的质量比等于其相对原子质量之比， 为14∶16＝7∶8。
7∶8　
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3∶1　
0.1NA　
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13. （1）某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应，进行如下实验（如图所示）。
下　
两气体混合后，颜色由红棕色变为无色
NO　
氧化　
SO3
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②设计实验验证猜测（用于连接玻璃管的乳胶管均内衬锡纸）。
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NaOH溶液
吸收NO2，避免污染环境　
收集N2
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棕色气体后，关闭弹簧夹
badc　
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