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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(基础课)
素养 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。 2．通过情境素材和合作探究，了解氮气、一氧化氮和二氧化氮的性质。
初高 衔接 1．空气的主要成分是氮气、氧气，体积分数分别为78%和21%。 2．通常状况下，氮气是一种无色、无味的气体，性质非常稳定。 3．工业获得氮气的方法：将空气降温、加压液化、分馏。
一、自然界中的氮循环
1．氮元素在自然界中的存在形式：游离态和化合态。
2．自然界中氮的循环
3．人类活动的影响
(1)氮气氨→铵盐、硝酸等含氮化合物。
(2)燃烧反应产生的氮氧化物参与氮的循环。
二、氮的固定、氮气
1．氮的固定
(1)含义：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。
(2)分类
氮的固定
2．氮气
(1)物理性质
颜色 状态 气味 密度 溶解性
无色 气体 无味 比空气稍小 难溶于水
(2)化学性质
通常状况下，氮气的化学性质不活泼，它很难与其他物质发生反应。
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电火花 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N2＋O22NO、2NO＋O2===2NO2。
②氧化性
N2和H2反应生成NH3，化学方程式：N2＋3H2 2NH3。
　(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)豆科植物的根瘤菌固氮属于自然固氮中的高能固氮。 (×)
(2)N2和O2在放电条件下会生成NO2。 (×)
(3)N2中N元素价态为0价，处于中间价态，因此既有氧化性，又有还原性。
(√)
三、氮氧化物
1．物理性质
物质 颜色 状态 气味 毒性 水溶性
NO 无色 气体 无味 有毒 难溶于水
NO2 红棕色 气体 刺激性 有毒 易溶于水
2．化学性质
(1)实验探究
实验装置 实验操作 现象
向充满NO气体的试管中注入O2 气体颜色由无色逐渐变为红棕色
向充满NO2气体的试管中注入水 气体逐渐减少，颜色由红棕色变为无色，得到无色溶液
(2)结论：在一定条件下，NO与NO2可以相互转化，反应的化学方程式为
①NO―→NO2：2NO＋O2===2NO2；
②NO2―→NO：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
　(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在。 (×)
(2)实验室收集NO，既可以用排水法又可以用排空气法。 (×)
(3)制NO2时，用水或NaOH溶液吸收尾气。 (×)
氮气的化学性质
氮气在正常情况下是一种安全的气体。通常用来作保护气体，很多电灯泡里都充有氮气，因为这样可以减慢钨丝的氧化速度，使灯泡经久耐用。
[问题1]　很多电灯泡里都充有氮气，说明什么？
提示：N2稳定，高温下不与钨丝反应。
[问题2]　氮气性质稳定，是不是不能跟其他物质反应？
提示：不是。氮气是非金属单质，氮元素的化合价为0价，属于中间价态，在化学反应中既可以作氧化剂又可以作还原剂，如与H2、Mg反应作氧化剂，与O2反应作还原剂。
[问题3]　将1 mol N2、3 mol H2充入密闭容器中，在一定条件下反应，能否得到2 mol NH3？原因是什么？
提示：不能。因为合成氨的反应是可逆反应，不能完全进行到底。
氮气的性质及工业制法
1．氮气的密度与空气的接近，只能用排水法收集。
2．在高温、高压、放电等条件下，N2能与H2、O2、Mg等发生化学反应。
(1)氮气与氢气反应：N2＋3H2 2NH3，该反应是工业合成氨的原理。
(2)氮气与氧气反应：N2＋O22NO。
(3)氮气与镁反应：3Mg＋N2Mg3N2。
3．工业制法：空气中含有大量的氮气，空气是工业制氮气的主要来源，生产方法主要是分离液态空气，并制得液态氧。
1．下列关于氮气性质的说法中，错误的是(　　)
A．通常情况下，氮气性质很不活泼
B．可在氧气中燃烧，生成一氧化氮
C．通常情况下，氮气在水中的溶解度很小
D．跟氢气在一定条件下发生反应时，氮气是氧化剂
B　[N2不能在O2中燃烧，与O2在放电条件下反应生成NO，B错误。]
2．下列关于N2的说法错误的是(　　)
A．通常情况下N2性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气
B．反应N2＋O22NO是汽车尾气造成污染的主要原因之一
C．N2的体积约占空气总体积的
D．在反应3Mg＋N2Mg3N2中，N2作还原剂
D　[在反应3Mg＋N2Mg3N2中，氮气中氮元素化合价降低，所以N2作氧化剂，故D错。]
氮氧化物的性质及溶于水的计算
在新疆和青海两地交界处，有一狭长山谷，有时牧民和牲畜进入后，风和日丽的晴天顷刻间会电闪雷鸣，狂风大作，人畜常遇雷击，被当地牧民称为“魔鬼谷”。奇怪的是这里草木茂盛，风景格外优美。
[问题1]　“魔鬼谷”中“草木茂盛”的原因是什么？
提示：空气中的氮气在放电条件下与氧气发生反应生成NO，NO与氧气反应转化成NO2，NO2与雨水反应生成HNO3，生成的HNO3随雨水进入土壤，与土壤中的矿物质作用，形成能被植物吸收的硝酸盐，为草木生长提供肥料。
[问题2]　NO不溶于水，但是将NO与O2同时通入水中时，气体可以与水发生反应，原理是什么？
提示：反应原理为2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，总的化学方程式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。
氮的氧化物的性质及有关计算
1．NO和NO2性质的对比
NO NO2
色、态、味、毒性 无色、无味 红棕色、有刺激性气味
有毒气体
水溶性 难溶 易溶且与水反应
与氧气反应 2NO＋O2===2NO2 —
与水反应 — 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
与氧气、水同时作用 4NO＋3O2＋ 2H2O===4HNO3 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
氧化性 有氧化性，但通常情况下表现出还原性 能氧化S2-、I－、Fe2+等离子，NO2能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝
对环境的影响 有毒，为大气污染物
2．氮的氧化物溶于水的计算
2NO＋O2===2NO2 ①
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ②
由①＋②×2　得4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，
当体积比V(NO2)∶V(O2)
由①×3＋②×2　得4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，
当体积比V(NO)∶V(O2)
[教材　交流·研讨]
根据氮及其化合物的“价—类”二维图和氧化还原“归中”反应规律，分别写出NO、NO2与NH3反应生成无毒物质的化学方程式：6NO＋4NH3===5N2＋6H2O、6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O。
1．研究发现，人体内自身产生的NO能促进全身血液循环，预防动脉粥样硬化，恢复血管柔软性和弹性。下列有关NO的叙述正确的是(　　)
A．NO能溶于水，不能用排水法收集
B．NO暴露在空气中，气体由无色变为红棕色，发生的是物理变化
C．“雷雨发庄稼”涉及NO，生成NO的过程属于自然固氮
D．由信息可知，人可吸入大量NO，有利于身体健康
C　[NO难溶于水，能用排水法收集，A项错误；NO在空气中能与O2反应，由无色变为红棕色，发生的是化学变化，B项错误；“雷雨发庄稼”涉及在放电条件下，N2与O2反应生成NO的过程，氮元素由游离态转化为化合态，属于自然固氮，C项正确；NO有毒，人不可吸入大量NO，否则对身体健康不利，D项错误。]
2．下列对NO、NO2的描述正确的是(　　)
A．NO是酸性氧化物
B．NO2可用排水法收集，且可由N2和O2直接化合而得到
C．NO、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
D．一氧化氮在反应中只能作还原剂
C　[NO不与碱反应，不是酸性氧化物，故A项错误；NO2与水反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，N2与O2在放电的条件下反应生成NO，故B项错误；NO与O2发生反应：2NO＋O2===2NO2，NO2与H2O反应生成NO，光化学烟雾主要是由NOx引起的，故C项正确；NO中氮元素的化合价为＋2价，既可降低又可升高，既可作氧化剂又可作还原剂，故D项错误。]
3．一定条件下，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总体积的(　　)
A．　　　B．　　　C．　　　D．
C　[由于NO和O2等体积，故二者等物质的量，当二者溶于水时，发生反应
4NO　＋　3O2　＋　2H2O　===　4HNO3
4 mol　　　3 mol
设初始时NO和O2的物质的量均为4 mol，则4 mol NO反应掉3 mol O2，还剩余1 mol O2，则剩余O2为原气体总体积的。]
NO、NO2均不属于酸性氧化物。酸性氧化物是能够与碱反应生成盐和水的氧化物，而且生成的盐是该氧化物同价态的含氧酸所对应的盐。NO不能与碱反应，NO2与NaOH溶液的反应为2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O，但由于生成的不是相应的盐，因此二氧化氮也不是酸性氧化物。
1．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
C　[N2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很牢固，分子结构稳定。]
2．下列叙述与氮的固定无关的是(　　)
A．工业合成氨
B．工业上将氨转化为硝酸和其他含氮化合物
C．豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为含氮化合物
D．电闪雷鸣的雨天，空气中的氮气会与氧气发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收
B　[氮的固定是指将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。]
3．关于NO2与水的反应，下列说法正确的是(　　)
A．氮元素的化合价不发生变化
B．NO2只是氧化剂
C．NO2只是还原剂
D．NO2既是氧化剂，又是还原剂
D　[NO2与H2O的反应中，氮元素既有化合价升高，又有化合价降低。]
4．目前，汽车尾气已成为许多大城市空气的主要污染源之一。汽车尾气中含有CO、NO等多种污染物。
(1)汽车燃料中一般不含氮，尾气中所含的NO产生的原因是_________________
____________________________________________________________________，
化学方程式为_______________________________________________________。
(2)治理汽车尾气中NO和CO的一种方法是：在汽车的排气管上装上一个催化转化装置，使NO和CO反应，生成CO2和N2，反应的化学方程式为________
____________________________________________________________________。
(3)下列措施中，能有效减少或控制汽车尾气污染且可行的是________(填序号)。
①制定严格的尾气排放标准，并严格执行
②开发清洁能源，如氢能汽车、太阳能汽车等
③市民出行戴防毒面具
④市民大量移居城市郊区
[解析]　(1)空气中的N2和O2在电火花作用下或在内燃机燃烧产生的高温条件下反应产生NO，化学方程式为N2＋O22NO。(2)NO和CO反应生成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO2CO2＋N2。(3)①有利于减少污染；②有利于减少污染；③不现实，是污染后再防护的做法，不可取；④不现实，大量移居成本较高，不可取。
[答案]　(1)空气中的N2和O2在电火花作用下或在内燃机燃烧产生的高温条件下反应产生NO　N2＋O22NO　(2)2NO＋2CON2＋2CO2　(3)①②
数智分层作业(二十)　自然界中的氮循环　氮气与氮氧化物
(选择题只有一个选项符合题目要求，选择题每小题3分，本试卷共45分)
1．下列关于N2性质的叙述错误的是(　　)
A．任何物质在氮气中都不能燃烧
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一氧化氮
A　[活泼金属镁等可以在N2中燃烧。]
2．实验室收集NO、NO2两种气体，下列收集方法正确的是(　　)
A．均可用排水法
B．均可用向上排空气法
C．NO用向上排空气法，NO2用排水法
D．NO用排水法，NO2用向上排空气法
D　[NO2气体能与水反应产生硝酸和NO，不能用排水法收集；NO能与O2反应产生NO2，所以NO用排水法收集，NO2用向上排空气法收集，D项正确。]
3．下列关于自然界中氮循环(如下图)的说法不正确的是(　　)
A．氮元素均被氧化
B．工业合成氨属于人工固氮
C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化
D．碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环
A　[合成氨反应中，氮元素的化合价降低被还原，A项错误；工业合成氨属于人工固氮，B项正确；硝酸盐转化为蛋白质经动物消化使蛋白质转化为氨气和铵盐，实现了含氮无机物和含氮有机物的相互转化，并且碳、氢、氧三种元素也参加了氮的循环，C项、D项正确。]
4．如图所示，集气瓶内充满某混合气体，将集气瓶置于光亮处，然后挤压胶头滴管使胶头滴管内的水进入集气瓶，发现烧杯中的水会倒吸进入集气瓶，则集气瓶内的混合气体可能是(　　)
①CO、O2　②NO2、O2　③N2、H2　④NO2、
A．①③　　　　　　　 B．②④
C．③④ D．②③
B　[①CO和O2在光照条件下不反应，且均难溶于水，不符合题意；②在O2存在的条件下，NO2可与水发生反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，生成物溶于水且气体分子数减少，符合题意；③N2和H2在光照条件下不反应，且均难溶于水，不符合题意；④NO2与水反应，使气体的物质的量减小，符合题意。]
5．下列物质的转化必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是(　　)
①NO2→NO　②NO2→HNO3　③N2→NO2　④N2→NO　⑤N2→NH3
A．①　　　B．②⑤　　C．④　　　D．③④
[答案]　C
6．将充满NO2和O2的量筒倒立于盛有水的水槽中，经过一段时间后，水上升到量筒容积的一半处停止，则剩余气体的成分是(　　)
A．NO2 B．NO
C．O2 D．NO或O2
C　[设量筒的体积为V L，剩余L的气体可能是NO或O2。①若剩余气体为NO，根据反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，则过量NO2为 L，不符合题意。②若剩余气体为O2，则有 L NO2与O2的混合气体发生反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，符合题意。]
7．把少量NO2气体通入足量小苏打溶液中，再使逸出的气体通过装有足量Na2O2颗粒的干燥管，最后收集到的气体是(　　)
A．O2 B．NO2
C．NO2和O2 D．NO2和NO
C　[少量NO2气体通入足量小苏打溶液中，发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO、HNO3＋NaHCO3===NaNO3＋H2O＋CO2↑，逸出的气体是NO、CO2，NO和CO2的物质的量之比为1∶2，同时还有少量水蒸气逸出，再使逸出的气体通过装有足量Na2O2颗粒的干燥管，发生反应2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2、2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，生成的O2再与NO反应生成NO2，且O2有剩余。]
8．四氧化二氮和肼常用作火箭发射的推进剂，发生反应N2O4＋2N2H43N2＋4H2O。下列关于该反应的说法错误的是(　　)
A．肼中N的化合价为－2价，表现还原性
B．N2O4为氧化剂，发生还原反应
C．每生成8.4 g N2转移0.8 mol电子
D．氧化产物与还原产物的质量之比为1∶2
D　[根据题给化学方程式分析。肼中N的化合价为－2价，反应后化合价升高，表现还原性，A项正确；N2O4中氮元素反应后化合价降低，N2O4是氧化剂，发生还原反应，B项正确；8.4 g N2的物质的量是0.3 mol，则每生成8.4 g N2时转移0.8 mol电子，C项正确；氧化产物与还原产物的物质的量之比是2∶1，质量之比也是2∶1，D项错误。]
9．在容积为672 mL的烧瓶中充满NO和NO2的混合气体，将其倒立在水槽里，去塞后再通入280 mL氧气，恰好完全反应，且液体充满烧瓶(气体体积都已折合为标准状况下的体积)，下列有关叙述正确的是(　　)
A．总反应为NO＋NO2＋O2＋H2O===2HNO3
B．总反应为4NO＋8NO2＋5O2＋6H2O===12HNO3
C．生成硝酸的物质的量浓度约为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　[设反应前NO2的体积为x，NO的体积为y，则：
4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
x　 　
4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
y　 　y
解得
故参加反应的NO2与NO的物质的量之比为2∶1，则总反应为4NO＋8NO2＋5O2＋6H2O===12HNO3。根据氮元素守恒可得生成的HNO3的物质的量为0.03 mol，烧瓶内充满液体则硝酸的体积为0.672 L，故c(HNO3)＝≈0.045 mol·L-1。]
10．(6分)氮的氧化物(用NOx表示)是大气污染物，必须进行处理。
(1)NOx能形成酸雨，写出NO2转化为HNO3的化学方程式：____________________________________________________________________
_____________________________________________________________。(2分)
(2)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。已知：4NH3＋6NO5N2＋6H2O，8NH3＋6NO27N2＋12H2O。同温同压下，3.5 L NH3恰好将3.0 L NO和NO2的混合气体完全转化为N2，则原混合气体中NO和NO2的体积之比是________。(2分)
(3)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理，若NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后得到一种钠盐，该钠盐的化学式是_____________________________________________________________。(2分)
[答案]　(1)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　(2)1∶3　(3)NaNO2
11．(12分)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，其部分工艺流程如下：
(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：
____________________________________________________________________
_____________________________________________________________。(2分)
(2)上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底部进入，石灰乳从吸收塔顶部喷淋)，其目的是__________________________________________________
____________________________________________________________________；
滤渣可循环使用，滤渣的主要成分是_____________________________________
(填化学式)。(4分)
(3)该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1。(4分)
若n(NO)∶n(NO2)>1∶1，则会导致______________________________________
____________________________________________________________________；
若n(NO)∶n(NO2)<1∶1，则会导致______________________________________
____________________________________________________________________。
(4)生产中溶液需保持弱碱性，在酸性溶液中会发生分解，产物之一是NO，其反应的离子方程式为_________________________________________
____________________________________________________________________
_____________________________________________________________。(2分)
[答案]　(1)NO＋NO2N2O3　(2)使尾气中的NO、NO2被充分吸收　Ca(OH)2　(3)排放的气体中NO含量升高　产品Ca(NO2)2中含量升高　＋2NO↑＋H2O
14/14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(基础课)
素养 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。 2．通过情境素材和合作探究，了解氮气、一氧化氮和二氧化氮的性质。
初高 衔接 1．空气的主要成分是氮气、氧气，体积分数分别为78%和21%。 2．通常状况下，氮气是一种无色、无味的气体，性质非常稳定。 3．工业获得氮气的方法：将空气降温、加压液化、分馏。
一、自然界中的氮循环
1．氮元素在自然界中的存在形式：游离态和化合态。
2．自然界中氮的循环
3．人类活动的影响
(1)氮气氨→铵盐、硝酸等含氮化合物。
(2)燃烧反应产生的氮氧化物参与氮的循环。
二、氮的固定、氮气
1．氮的固定
(1)含义：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。
(2)分类
氮的固定
2．氮气
(1)物理性质
颜色 状态 气味 密度 溶解性
无色 气体 无味 比空气稍小 难溶于水
(2)化学性质
通常状况下，氮气的化学性质不活泼，它很难与其他物质发生反应。
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电火花 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N2＋O22NO、2NO＋O2===2NO2。
②氧化性
N2和H2反应生成NH3，化学方程式：N2＋3H2 2NH3。
　(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)豆科植物的根瘤菌固氮属于自然固氮中的高能固氮。 (×)
(2)N2和O2在放电条件下会生成NO2。 (×)
(3)N2中N元素价态为0价，处于中间价态，因此既有氧化性，又有还原性。
(√)
三、氮氧化物
1．物理性质
物质 颜色 状态 气味 毒性 水溶性
NO 无色 气体 无味 有毒 难溶于水
NO2 红棕色 气体 刺激性 有毒 易溶于水
2．化学性质
(1)实验探究
实验装置 实验操作 现象
向充满NO气体的试管中注入O2 气体颜色由无色逐渐变为红棕色
向充满NO2气体的试管中注入水 气体逐渐减少，颜色由红棕色变为无色，得到无色溶液
(2)结论：在一定条件下，NO与NO2可以相互转化，反应的化学方程式为
①NO―→NO2：2NO＋O2===2NO2；
②NO2―→NO：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
　(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在。 (×)
(2)实验室收集NO，既可以用排水法又可以用排空气法。 (×)
(3)制NO2时，用水或NaOH溶液吸收尾气。 (×)
氮气的化学性质
氮气在正常情况下是一种安全的气体。通常用来作保护气体，很多电灯泡里都充有氮气，因为这样可以减慢钨丝的氧化速度，使灯泡经久耐用。
[问题1]　很多电灯泡里都充有氮气，说明什么？
提示：N2稳定，高温下不与钨丝反应。
[问题2]　氮气性质稳定，是不是不能跟其他物质反应？
提示：不是。氮气是非金属单质，氮元素的化合价为0价，属于中间价态，在化学反应中既可以作氧化剂又可以作还原剂，如与H2、Mg反应作氧化剂，与O2反应作还原剂。
[问题3]　将1 mol N2、3 mol H2充入密闭容器中，在一定条件下反应，能否得到2 mol NH3？原因是什么？
提示：不能。因为合成氨的反应是可逆反应，不能完全进行到底。
氮气的性质及工业制法
1．氮气的密度与空气的接近，只能用排水法收集。
2．在高温、高压、放电等条件下，N2能与H2、O2、Mg等发生化学反应。
(1)氮气与氢气反应：N2＋3H2 2NH3，该反应是工业合成氨的原理。
(2)氮气与氧气反应：N2＋O22NO。
(3)氮气与镁反应：3Mg＋N2Mg3N2。
3．工业制法：空气中含有大量的氮气，空气是工业制氮气的主要来源，生产方法主要是分离液态空气，并制得液态氧。
1．下列关于氮气性质的说法中，错误的是(　　)
A．通常情况下，氮气性质很不活泼
B．可在氧气中燃烧，生成一氧化氮
C．通常情况下，氮气在水中的溶解度很小
D．跟氢气在一定条件下发生反应时，氮气是氧化剂
B　[N2不能在O2中燃烧，与O2在放电条件下反应生成NO，B错误。]
2．下列关于N2的说法错误的是(　　)
A．通常情况下N2性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气
B．反应N2＋O22NO是汽车尾气造成污染的主要原因之一
C．N2的体积约占空气总体积的
D．在反应3Mg＋N2Mg3N2中，N2作还原剂
D　[在反应3Mg＋N2Mg3N2中，氮气中氮元素化合价降低，所以N2作氧化剂，故D错。]
氮氧化物的性质及溶于水的计算
在新疆和青海两地交界处，有一狭长山谷，有时牧民和牲畜进入后，风和日丽的晴天顷刻间会电闪雷鸣，狂风大作，人畜常遇雷击，被当地牧民称为“魔鬼谷”。奇怪的是这里草木茂盛，风景格外优美。
[问题1]　“魔鬼谷”中“草木茂盛”的原因是什么？
提示：空气中的氮气在放电条件下与氧气发生反应生成NO，NO与氧气反应转化成NO2，NO2与雨水反应生成HNO3，生成的HNO3随雨水进入土壤，与土壤中的矿物质作用，形成能被植物吸收的硝酸盐，为草木生长提供肥料。
[问题2]　NO不溶于水，但是将NO与O2同时通入水中时，气体可以与水发生反应，原理是什么？
提示：反应原理为2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，总的化学方程式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。
氮的氧化物的性质及有关计算
1．NO和NO2性质的对比
NO NO2
色、态、味、毒性 无色、无味 红棕色、有刺激性气味
有毒气体
水溶性 难溶 易溶且与水反应
与氧气反应 2NO＋O2===2NO2 —
与水反应 — 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
与氧气、水同时作用 4NO＋3O2＋ 2H2O===4HNO3 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
氧化性 有氧化性，但通常情况下表现出还原性 能氧化S2-、I－、Fe2+等离子，NO2能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝
对环境的影响 有毒，为大气污染物
2．氮的氧化物溶于水的计算
2NO＋O2===2NO2 ①
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ②
由①＋②×2　得4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，
当体积比V(NO2)∶V(O2)
由①×3＋②×2　得4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，
当体积比V(NO)∶V(O2)
[教材　交流·研讨]
根据氮及其化合物的“价—类”二维图和氧化还原“归中”反应规律，分别写出NO、NO2与NH3反应生成无毒物质的化学方程式：6NO＋4NH3===5N2＋6H2O、6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O。
1．研究发现，人体内自身产生的NO能促进全身血液循环，预防动脉粥样硬化，恢复血管柔软性和弹性。下列有关NO的叙述正确的是(　　)
A．NO能溶于水，不能用排水法收集
B．NO暴露在空气中，气体由无色变为红棕色，发生的是物理变化
C．“雷雨发庄稼”涉及NO，生成NO的过程属于自然固氮
D．由信息可知，人可吸入大量NO，有利于身体健康
C　[NO难溶于水，能用排水法收集，A项错误；NO在空气中能与O2反应，由无色变为红棕色，发生的是化学变化，B项错误；“雷雨发庄稼”涉及在放电条件下，N2与O2反应生成NO的过程，氮元素由游离态转化为化合态，属于自然固氮，C项正确；NO有毒，人不可吸入大量NO，否则对身体健康不利，D项错误。]
2．下列对NO、NO2的描述正确的是(　　)
A．NO是酸性氧化物
B．NO2可用排水法收集，且可由N2和O2直接化合而得到
C．NO、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
D．一氧化氮在反应中只能作还原剂
C　[NO不与碱反应，不是酸性氧化物，故A项错误；NO2与水反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，N2与O2在放电的条件下反应生成NO，故B项错误；NO与O2发生反应：2NO＋O2===2NO2，NO2与H2O反应生成NO，光化学烟雾主要是由NOx引起的，故C项正确；NO中氮元素的化合价为＋2价，既可降低又可升高，既可作氧化剂又可作还原剂，故D项错误。]
3．一定条件下，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总体积的(　　)
A．　　　B．　　　C．　　　D．
C　[由于NO和O2等体积，故二者等物质的量，当二者溶于水时，发生反应
4NO　＋　3O2　＋　2H2O　===　4HNO3
4 mol　　　3 mol
设初始时NO和O2的物质的量均为4 mol，则4 mol NO反应掉3 mol O2，还剩余1 mol O2，则剩余O2为原气体总体积的。]
NO、NO2均不属于酸性氧化物。酸性氧化物是能够与碱反应生成盐和水的氧化物，而且生成的盐是该氧化物同价态的含氧酸所对应的盐。NO不能与碱反应，NO2与NaOH溶液的反应为2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O，但由于生成的不是相应的盐，因此二氧化氮也不是酸性氧化物。
1．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
C　[N2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很牢固，分子结构稳定。]
2．下列叙述与氮的固定无关的是(　　)
A．工业合成氨
B．工业上将氨转化为硝酸和其他含氮化合物
C．豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为含氮化合物
D．电闪雷鸣的雨天，空气中的氮气会与氧气发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收
B　[氮的固定是指将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。]
3．关于NO2与水的反应，下列说法正确的是(　　)
A．氮元素的化合价不发生变化
B．NO2只是氧化剂
C．NO2只是还原剂
D．NO2既是氧化剂，又是还原剂
D　[NO2与H2O的反应中，氮元素既有化合价升高，又有化合价降低。]
4．目前，汽车尾气已成为许多大城市空气的主要污染源之一。汽车尾气中含有CO、NO等多种污染物。
(1)汽车燃料中一般不含氮，尾气中所含的NO产生的原因是_________________
____________________________________________________________________，
化学方程式为_______________________________________________________。
(2)治理汽车尾气中NO和CO的一种方法是：在汽车的排气管上装上一个催化转化装置，使NO和CO反应，生成CO2和N2，反应的化学方程式为________
____________________________________________________________________。
(3)下列措施中，能有效减少或控制汽车尾气污染且可行的是________(填序号)。
①制定严格的尾气排放标准，并严格执行
②开发清洁能源，如氢能汽车、太阳能汽车等
③市民出行戴防毒面具
④市民大量移居城市郊区
[解析]　(1)空气中的N2和O2在电火花作用下或在内燃机燃烧产生的高温条件下反应产生NO，化学方程式为N2＋O22NO。(2)NO和CO反应生成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO2CO2＋N2。(3)①有利于减少污染；②有利于减少污染；③不现实，是污染后再防护的做法，不可取；④不现实，大量移居成本较高，不可取。
[答案]　(1)空气中的N2和O2在电火花作用下或在内燃机燃烧产生的高温条件下反应产生NO　N2＋O22NO　(2)2NO＋2CON2＋2CO2　(3)①②
数智分层作业(二十)　自然界中的氮循环　氮气与氮氧化物
(分值：40分)
(选择题只有一个选项符合题目要求，每小题2分)
1．下列关于N2性质的叙述错误的是(　　)
A．任何物质在氮气中都不能燃烧
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一氧化氮
A　[活泼金属镁等可以在N2中燃烧。]
2．实验室收集NO、NO2两种气体，下列收集方法正确的是(　　)
A．均可用排水法
B．均可用向上排空气法
C．NO用向上排空气法，NO2用排水法
D．NO用排水法，NO2用向上排空气法
D　[NO2气体能与水反应产生硝酸和NO，不能用排水法收集；NO能与O2反应产生NO2，所以NO用排水法收集，NO2用向上排空气法收集，D项正确。]
3．下列关于自然界中氮循环(如下图)的说法不正确的是(　　)
A．氮元素均被氧化
B．工业合成氨属于人工固氮
C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化
D．碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环
A　[合成氨反应中，氮元素的化合价降低被还原，A项错误；工业合成氨属于人工固氮，B项正确；硝酸盐转化为蛋白质经动物消化使蛋白质转化为氨气和铵盐，实现了含氮无机物和含氮有机物的相互转化，并且碳、氢、氧三种元素也参加了氮的循环，C项、D项正确。]
4．如图所示，集气瓶内充满某混合气体，将集气瓶置于光亮处，然后挤压胶头滴管使胶头滴管内的水进入集气瓶，发现烧杯中的水会倒吸进入集气瓶，则集气瓶内的混合气体可能是(　　)
①CO、O2　②NO2、O2　③N2、H2　④NO2、
A．①③　 B．②④
C．③④ D．②③
B　[①CO和O2在光照条件下不反应，且均难溶于水，不符合题意；②在O2存在的条件下，NO2可与水发生反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，生成物溶于水且气体分子数减少，符合题意；③N2和H2在光照条件下不反应，且均难溶于水，不符合题意；④NO2与水反应，使气体的物质的量减小，符合题意。]
5．下列物质的转化必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是(　　)
①NO2→NO　②NO2→HNO3　③N2→NO2　④N2→NO　⑤N2→NH3
A．①　　　B．②⑤　C．④　　　D．③④
[答案]　C
6．将充满NO2和O2的量筒倒立于盛有水的水槽中，经过一段时间后，水上升到量筒容积的一半处停止，则剩余气体的成分是(　　)
A．NO2 B．NO
C．O2 D．NO或O2
C　[设量筒的体积为V L，剩余L的气体可能是NO或O2。①若剩余气体为NO，根据反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，则过量NO2为 L，不符合题意。②若剩余气体为O2，则有 L NO2与O2的混合气体发生反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，符合题意。]
7．把少量NO2气体通入足量小苏打溶液中，再使逸出的气体通过装有足量Na2O2颗粒的干燥管，最后收集到的气体是(　　)
A．O2 B．NO2
C．NO2和O2 D．NO2和NO
C　[少量NO2气体通入足量小苏打溶液中，发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO、HNO3＋NaHCO3===NaNO3＋H2O＋CO2↑，逸出的气体是NO、CO2，NO和CO2的物质的量之比为1∶2，同时还有少量水蒸气逸出，再使逸出的气体通过装有足量Na2O2颗粒的干燥管，发生反应2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2、2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，生成的O2再与NO反应生成NO2，且O2有剩余。]
(选择题有一个或两个选项符合题目要求，每小题4分)
8．四氧化二氮和肼常用作火箭发射的推进剂，发生反应N2O4＋2N2H43N2＋4H2O。下列关于该反应的说法错误的是(　　)
A．肼中N的化合价为－2价，表现还原性
B．N2O4为氧化剂，发生还原反应
C．每生成8.4 g N2转移0.8 mol电子
D．氧化产物与还原产物的质量之比为1∶2
D　[根据题给化学方程式分析。肼中N的化合价为－2价，反应后化合价升高，表现还原性，A项正确；N2O4中氮元素反应后化合价降低，N2O4是氧化剂，发生还原反应，B项正确；8.4 g N2的物质的量是0.3 mol，则每生成8.4 g N2时转移0.8 mol电子，C项正确；氧化产物与还原产物的物质的量之比是2∶1，质量之比也是2∶1，D项错误。]
9．在容积为672 mL的烧瓶中充满NO和NO2的混合气体，将其倒立在水槽里，去塞后再通入280 mL氧气，恰好完全反应，且液体充满烧瓶(气体体积都已折合为标准状况下的体积)，下列有关叙述正确的是(　　)
A．总反应为NO＋NO2＋O2＋H2O===2HNO3
B．总反应为4NO＋8NO2＋5O2＋6H2O===12HNO3
C．生成硝酸的物质的量浓度约为0.030 mol·L-1
D．生成硝酸的物质的量浓度约为0.045 mol·L-1
BD　[设反应前NO2的体积为x，NO的体积为y，则：
4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
x　　　
4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
y　　　y
解得
故参加反应的NO2与NO的物质的量之比为2∶1，则总反应为4NO＋8NO2＋5O2＋6H2O===12HNO3。根据氮元素守恒可得生成的HNO3的物质的量为0.03 mol，烧瓶内充满液体则硝酸的体积为0.672 L，故c(HNO3)＝≈0.045 mol·L-1。]
10．(6分)氮的氧化物(用NOx表示)是大气污染物，必须进行处理。
(1)NOx能形成酸雨，写出NO2转化为HNO3的化学方程式：________________
______________________________________________________________。(2分)
(2)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。已知：4NH3＋6NO5N2＋6H2O，8NH3＋6NO27N2＋12H2O。同温同压下，3.5 L NH3恰好将3.0 L NO和NO2的混合气体完全转化为N2，则原混合气体中NO和NO2的体积之比是________。(2分)
(3)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理，若NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后得到一种钠盐，该钠盐的化学式是______________________________________________________________。(2分)
[答案]　(1)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　(2)1∶3　(3)NaNO2
11．(12分)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，其部分工艺流程如下：
(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：
____________________________________________________________________
______________________________________________________________。(2分)
(2)上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底部进入，石灰乳从吸收塔顶部喷淋)，其目的是__________________________________________________
____________________________________________________________________；
滤渣可循环使用，滤渣的主要成分是____________________________________________________________________(填化学式)。(4分)
(3)该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1。(4分)
若n(NO)∶n(NO2)>1∶1，则会导致______________________________________
____________________________________________________________________；
若n(NO)∶n(NO2)<1∶1，则会导致______________________________________
____________________________________________________________________。
(4)生产中溶液需保持弱碱性，在酸性溶液中会发生分解，产物之一是NO，其反应的离子方程式为___________________________________________
____________________________________________________________________
______________________________________________________________。(2分)
[答案]　(1)NO＋NO2N2O3　(2)使尾气中的NO、NO2被充分吸收　Ca(OH)2　(3)排放的气体中NO含量升高　产品Ca(NO2)2中含量升高　＋2NO↑＋H2O
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