资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
第3节　氮的循环
自然界中氮的循环
氮气与氮氧化物
一、自然界中氮的循环
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)氮气氨气→氮肥、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。
【对点练习】
1.判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)自然界中氮的存在形式多种多样，除N2、NH3、NOx、铵盐、硝酸盐等无机物外，还能以蛋白质等有机物的形式存在。
(　　)
(2)氮的循环中氮元素可被氧化，也可被还原。
(　　)
(3)氮循环中含氮物质有多种形式的转化，有的对人类生产生活有益，有的则产生了负面作用。
(　　)
二、氮气的性质和氮气的固定
1．物理性质
颜色
状态
气味
密度
水溶性
无色
气态
无味
ρN2＜ρ空气
难溶
2．化学性质
①稳定性
在通常状况下，氮气的化学性质不活泼，很难与其他物质发生反应。
②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N2＋O22NO、2NO＋O2===2NO2。
③氧化性
N2和H2反应生成NH3，化学方程式：。
特别注意：
(1)氮分子中两个氮原子之间存在很强的作用力，故N2性质很稳定。
(2)可逆反应必须满足“两同”：①相同条件；②正反方向同时进行。
【对点练习】　
2.判断正误(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)工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮
(　　)
(3)N2和O2在放电条件下会生成NO2
(　　)
(4)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
(　　)
3．氮的固定
(1)定义：使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
重难突破：氮气的性质、用途
[问题1]　氮气为什么可以用作保护气？
[提示]　因为氮气的化学性质稳定，在通常情况下，氮气不容易与其他物质反应，也不会和食物反应而使之变质。氮气本身无毒无害，不会直接对人体产生伤害。
[问题2]　实验室可以通过向下排空气法收集氮气吗？
[提示]　不能。由于氮气的密度与空气的接近，所以既不能用向上排空气法也不能用向下排空气法收集，应用排水法收集。
[问题3]　在化学反应中氮气只作氧化剂吗？
[提示]　不是。氮气是非金属单质，在化学反应中既可以作氧化剂也可以作还原剂，如与H2、Mg反应时N2作氧化剂，与O2反应时N2作还原剂。
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：，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。
氮元素的存在状态与氮的固定
【对点练习】
3．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
4．下列关于N2的说法中错误的是(　　)
A．通常情况下N2的化学性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气
B．N2＋O22NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要原因之一
C．N2在空气中约占空气总质量的
D．在反应3Mg＋N2Mg3N2中，N2作氧化剂
5．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
三、氮的氧化物
1．氮的氧化物
氮的化合价
＋1
＋2
＋3
＋4
＋5
对应
氧化物
N2O
NO
N2O3
NO2、N2O4
N2O5
2．NO和NO2
(1)物理性质
物质
颜色
状态
气味
毒性
水溶性
NO
无色
气态
无味
有毒
难溶于水
NO2
红棕色
气态
刺激性
有毒
易溶于水
(2)化学性质
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
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。
特别注意：NO和NO2的收集方法
(1)NO的收集：排水法。
(2)NO2的收集：向上排空气法。
3．其他性质
(1)NO
①结合血红蛋白的能力比CO还强，更容易造成人体缺氧；
②一种传递神经信息的“信使分子”，在扩张血管、提高免疫力、增强记忆力等方面有着重要的作用。
(2)NO2
①能使多种织物褪色，损坏多种织物和尼龙制品；
②对金属和非金属材料也有腐蚀作用。
　某山谷经常电闪雷鸣、雷雨交加，但树木、灌木、花草等植被非常茂密，很少有人敢进入这个山谷。
你能解释该山谷的植被茂密的原因吗？
[提示]　植物生长需要氮肥，N2在雷电的作用下发生一系列变化：
N2＋O22NO
2NO＋O2===2NO2
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
HNO3与土壤成分反应，产生硝酸盐，被植物吸收，所以经常有雷电的地方，植被生长的茂盛。
重难突破：氮的氧化物的性质及有关计算
为有效实现NO和NO2的相互转化，设计如下实验：按图组装好实验装置，并检查装置气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。
[问题1]　打开止水夹，推动针筒活塞，使O2进入烧瓶。关上止水夹，观察到什么现象？原因是什么？
[提示]　烧瓶中气体由无色变为红棕色，因为发生反应：2NO＋O2===2NO2
[问题2]　然后轻轻摇动烧瓶，烧瓶中观察到什么现象？产生此现象的原因是什么？
[提示]　轻轻摇动烧瓶，使得NO2与水发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，所以烧瓶中红棕色气体又变为无色，因为烧瓶内气体的量减少，引起烧瓶内气体的压强降低，所以烧杯内的水会倒吸入烧瓶中，使烧瓶中液面上升。
[问题3]　若最后烧瓶中充满了水，则原烧瓶中NO与通入氧气的体积之比为多少(同温同压下)？用化学方程式说明。
[提示]　发生的反应为①2NO＋O2===2NO2，②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，①×3＋②×2可得方程式：
4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，当NO与氧气的体积之比为4∶3时，完全溶于水。
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，大气污染物之一
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)
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。
【对点练习】　
6.将10
mL充满NO2和O2的混合气体的试管，倒置于水槽中，反应停止后试管内剩余2
mL的无色气体，求原混合气体中NO2和O2各多少毫升？
【变式旁通】　若将例题中“NO2”改为“NO”，则混合气体中NO和O2各多少毫升？写出计算过程。
7．在NO2与水的反应中(　　)
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
8．把少量NO2气体通入过量小苏打溶液中，再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管，最后收集到的气体是(　　)
A．氧气　　　
B．二氧化氮
C．二氧化氮和氧气
D．二氧化氮和一氧化氮
知识总结
课堂练习
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)化合态的氮元素只显一种价态。
(　　)
(2)N2在通常状况下与O2反应生成NO2。
(　　)
(3)合成氨反应属于自然固氮中的高能固氮。
(　　)
(4)2H2O2H2↑＋O2↑和2H2＋O22H2O属于可逆反应。
(　　)
2．下列叙述中与氮的固定无关的是(　　)
A．工业合成氨
B．工业上将氨转化成硝酸和其他氮的氧化物
C．豆科植物的根瘤菌吸收空气中的氮气使之转化成植物蛋白质
D．电闪雷鸣的雨天，N2与O2会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收
3．NO2与水的反应可表示为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，关于此反应的下列说法中正确的是(　　)
A．氮元素的化合价没有发生变化
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
4．下列有关氮气的叙述中，错误的是(　　)
A．工业上，氮气常用作焊接金属的保护气
B．在雷雨天，空气中的N2和O2可反应生成NO
C．氮气既可作氧化剂又可作还原剂
D．1
mol
N2可与3
mol
H2完全反应生成2
mol
NH3
5．下列对氮的氧化物的叙述中，正确的是(　　)
A．氮的氧化物都是无色气体
B．氮的氧化物都难溶于水
C．氮的氧化物都是酸性氧化物
D．氮的氧化物都是大气污染物
6．运载火箭的推进剂引燃后产生的气体主要是CO2、H2O、N2、NO，这些气体均为无色，但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红色烟雾。产生红色烟雾的原因是
(　　)
A．高温下N2遇空气生成NO2
B．NO遇空气生成NO2
C．CO2遇NO反应生成CO和NO2
D．NO和H2O反应生成H2和NO2
7．一定条件下，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．
8．目前，汽车尾气已成为许多大城市空气的主要污染源。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元素，尾气中所含的NO是如何产生的？说明原因并写出有关反应的化学方程式：____________________________________________________。
(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一个催化转化装置，使NO与CO反应，生成CO2和N2。反应的化学方程式为______________________________。
(3)下列措施中，能减少或控制汽车尾气污染有效且可行的是________。
①制定严格的汽车尾气排放标准，并严格执行
②开发清洁能源汽车，如氢能汽车、太阳能汽车等
③市民出行戴防护面具
④市民大量移居城市郊区
习题练习
1．下列说法错误的是(　　)
A．氮在自然界中既以游离态形式又以化合态形式存在
B．通常情况下，氮气化学性质稳定
C．氮气可在氧气中燃烧生成一氧化氮
D．大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮循环
2．氮气能大量存在于空气中的根本原因是(　　)
A．氮气性质稳定，即使在高温下也很难与其他物质发生反应
B．氮气比空气轻，且不溶于水
C．氮分子中两个氮原子间结合得很牢固，分子结构稳定
D．氮气无氧化性，也无还原性，不与其他物质反应
3．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
4．下列试剂不会因为空气中的氧气而变质的是(　　)
A．过氧化钠　
B．氢硫酸
C．硫酸亚铁
D．一氧化氮
5．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的气体
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，只能用向上排空气法收集
6．下列关于二氧化氮的描述正确的是(　　)
A．无色气体
B．常温下能与氧气化合
C．与水反应生成硝酸
D．可由氮气和氧气在放电条件下反应生成
7．运载火箭的推进剂引燃后产生的气体主要是CO2、H2O、N2、NO，这些气体均为无色，但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红色烟雾。产生红色烟雾的原因是(　　)
A．高温下N2遇空气生成NO2
B．NO遇空气生成NO2
C．CO2和NO反应生成CO和NO2
D．NO和H2O反应生成H2和NO2
8．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(　　)
①N2→NO2　②NO2→NO　③NO2→HNO3
④N2→NO　⑤N2→NH3
A．①　　　　B．②⑤　　　　C．④　　　　D．③④
9．将装有50
mL
NO2、NO混合气体的量筒倒立于水槽中，反应后气体体积缩小为30
mL，则原混合气体中NO2和NO的体积比是(　　)
A．5∶3
B．3∶5
C．3∶2
D．2∶3
10．运用氮及其化合物的知识，完成下列各题。
(1)下列属于氮的固定的是________。
A．氨气催化氧化生成NO气体
B．人工模拟根瘤菌固氮的原理合成氨
C．空气通过灼热的铜网时，氧气反应后剩余氮气
D．将氮气降温、加压得到固态的氮
(2)氮的循环在自然界元素的循环中具有重要意义，有些循环是从氮气到氮的化合物，有些循环是从氮的化合物到氮的化合物。下列过程中以游离态氮为原料，最终产生氮的化合物的是________。
A．工业合成氨
B．硝化细菌的硝化过程
C．动物尸体腐烂
D．豆科植物的根瘤菌固氮
E．盛夏时节，雷雨肥田，植物茂盛
(3)下列环境问题与二氧化氮的排放有关的是________。
A．酸雨
B．光化学烟雾
C．臭氧空洞
D．温室效应
(4)下列气体都有毒，使人中毒的原理与CO相似的是________。
A．Cl2
B．SO2
C．NO
D．NO2
11．氮氧化物进入大气后，不仅会形成硝酸型酸雨，还可能形成光化学烟雾，因此必须对含有氮氧化物的废气进行处理。
(1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下：
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O，
①
2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O，
②
在反应①中，氧化剂是________，还原剂是________。
在反应②中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。
(2)汽车尾气中含有CO和NO，消除这两种物质对大气的污染的方法是安装催化转化器，使它们发生反应生成对大气无污染的气体，该反应的化学方程式为__________________________________________。
12．如图所示，在B水槽中装有500
mL水，容积为a
mL的试管A充满了NO2和NO的混合气体(标准状况)，将试管A倒插入B水槽的水中。充分反应后，试管A中余下气体的体积为0.5a
mL。
(1)将A倒插入B水槽中发生的反应为______________________，
该反应中氧化剂与还原剂的质量比为________，原混合气体中NO2和NO的物质的量之比为________。
(2)通过导气管C向余下0.5a
mL气体的试管A中持续通入氧气，A中可能观察到的现象是____________________________________________。
(3)当试管A中充满气体时停止通入氧气，然后将试管取出水槽，水槽B中溶液的物质的量浓度为________mol·L－1(设溶液的体积仍为500
mL)。
13．如图所示，试管中装有12
mL
NO，然后间歇而又缓慢地通入8
mL
O2，下列是对最终状态的描述：
①试管内气体呈红棕色　②试管内气体呈无色　③试管内液面不变　④试管内液面上升　⑤试管内气体是O2　⑥试管内气体是NO
其中正确的是(　　)
A．①③
B．②④⑤
C．②④⑥
D．②③⑤
14．(双选)如图所示，试管中盛装的是红棕色气体，当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水柱继续上升，经过多次重复后，试管内完全被水充满，对原试管中盛装气体的说法正确的是(　　)
A．可能是N2与NO2的混合气体
B．可能是NO2气体
C．可能是NO与NO2的混合气体
D．只可能是NO2一种气体
15．将10
mL
NO和NO2的混合气体通入装满水倒立在水槽中的量筒内，一段时间后，最后剩余4
mL气体，原混合气体中含NO体积为(　　)
A．1
mL
B．3
mL
C．5
mL
D．7
mL
16．(易错题)在汽车尾气净化装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．该转化过程中只有2种元素的化合价发生变化
B．NO和O2不一定在催化剂表面才能反应
C．该装置将有毒的NO和CO转化为无毒的CO2和N2
D．该催化转化的总反应方程式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2
17．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)在汽车尾气系统中安装催化转化器，可有效降低NOx的排放，当尾气中空气不足时，NOx在催化转化器中被还原成N2排出。写出NO被CO还原的化学方程式：__________________。
(3)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________。
(4)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________________。
参考答案
对点练习
1.
[答案]　(1)√　(2)√　(3)√
2.
[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√
3-5.
BCB　
6.
[答案]　若剩余的气体是NO，则NO2和O2的体积分别为9.2
mL和0.8
mL；若剩余的气体是O2，则NO2和O2的体积分别为6.4
mL和3.6
mL。
【变式旁通】[提示]　设参加反应的NO的体积为x，则
4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
4
3
x
x
x＋x＝8
mL?x＝
mL；
若NO不足，则V(O2)＝10
mL－
mL＝
mL；
若O2不足，则V(NO)＝10
mL－×
mL＝
mL。
故剩余O2时，NO和O2的体积分别为
mL和
mL；
剩余NO时，NO和O2的体积分别为
mL和
mL。
7-8.
DC　
课堂练习
1.
[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×
2
3
4
5
6
7
B
D
D
D
B
C
8.
[答案]　(1)空气中的N2与O2在放电条件下产生NO：N2＋O22NO
(2)2NO＋2CON2＋2CO2　(3)①②
习题练习
1
2
3
4
5
6
7
8
9
C
C
D
A
C
C
B
C
C
10.
[答案]　(1)B　(2)ADE　(3)AB　(4)C
11.
[答案]　(1)NO2　NO　1∶1
(2)2NO＋2CON2＋2CO2
12.
[答案]　(1)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　1∶2　3∶1
(2)无色气体变为红棕色，试管中液面不断上升至全充满，继续通入氧气后，试管中液面下降，最后充满无色气体O2　(3)
13
14
15
16
C
BC
A
C
17.
[答案]　(1)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
(2)2NO＋2CON2＋2CO2
(3)1∶3　(4)NaNO2
12/16

展开更多......

收起↑