新教材高中化学 第3章 第3节 氮的循环 第1课时 氮气与氮的氧化物导学案 鲁科版必修第一册

第3节氮的循环第1课时氮气与氮的氧化物核心素养发展重点学业要求能应用物质性质及物质转化关系，分析和探讨某些化学过程对人类健康、社会可持续发展可能带来的双重影响，并对这些影响从多个方面进行评估，从而更加科学、合理地选择和应用物质及其变化。

1.能依据元素化合价列举、描述、辨识含氮元素的典型物质——N2、NO、NO2重要的物理性质和化学性质及其实验现象，能用化学方程式正确表示典型物质的主要性质。

2．能从元素化合价的角度，依据氧化还原反应原理预测N2、NO、NO2的性质及物质间的转化，设计实验进行初步验证，并能分析解释有关实验现象。

3．能分别根据N2、NO、NO2的性质分析生产、生活以及环境中的某些问题和对社会发展的价值及对环境的影响。

1．自然界中氮的循环(1)自然循环(2)人类活动的影响01N2→NH3→氮肥、硝酸等含氮化合物。

02氮氧化物。

(3)03游离态和化合态。

2．氮气(1)氮气的物理性质04无色、无味、无毒的气体；密度比空气的稍小；难溶于水。

(2)氮气的化学性质氮气分子的结构稳定，通常状况下，氮气的化学性质05不活泼，但在一定条件下能与某些物质发生反应。

写出下列反应的方程式：①与O 2反应：06N 2＋O 2=====放电2NO 。

②与H 2反应：07N 2＋3H 2高温、高压催化剂2NH 3。

(3)氮的固定①定义：将空气中08游离态的氮转化为含氮化合物的过程叫作氮的固定，简称固氮。

②氮的固定的分类3．NO 和NO 2的性质比较 NONO 2物理 性质13无色、14难溶于水的气体15红棕色、16有刺激性气味、17易溶于水的气体化学性质与水反应 不反应183NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO(工业上利用这一原理制取HNO 3)与O 2 反应 192NO ＋O 2===2NO 2不反应毒性有毒，结合血红蛋白的能力比CO 还强20有毒1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在。

( ) (2)通常情况下，氮气性质很不活泼，可用于镁着火时灭火。

( ) (3)氮气可在氧气中燃烧生成一氧化氮。

( )(4)大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环。

( ) (5)NO 在空气中易转化为红棕色NO 2。

( ) (6)NO 2与H 2O 的反应，NO 2只做氧化剂。

( ) 答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)× 解析 (2)镁在点燃的条件下与N 2反应生成Mg 3N 2。

(3)N2和O2在雷电作用下生成NO。

(6)NO2与H2O反应时，NO2既做氧化剂(生成NO)，又做还原剂(生成HNO3)。

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，不与其他物质反应答案 C解析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。

3．下列关于NO的说法正确的是( )A．为红棕色气体B．只有氧化性C．是汽车尾气的有害成分之一D．能溶于水生成HNO3答案 C解析NO为无色气体，A错误；NO中的N为＋2价，N的化合价既可以升高，也可以降低，故NO既有氧化性，又有还原性，B错误；NO是汽车尾气的有害成分之一，C正确；NO 是难溶于水的有毒气体，D错误。

4．为除去混入NO中少量的NO2，可将气体通过( )A．水B．NaHCO3溶液C．Na2CO3溶液D．无水硫酸铜答案 A解析将气体通过Na2CO3或NaHCO3溶液都会生成CO2，引入新的杂质；无水硫酸铜与NO2不反应，不能除去NO中的NO2；NO2与H2O发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，故水洗可除去NO中的NO2。

5．对3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应的下列说法正确的是( )A．氧化剂与还原剂的质量比为1∶2B．氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2C．NO2是氧化剂，H2O是还原剂D．在反应中若有6 mol NO2参与反应时，有3 mol电子发生转移答案 A解析该反应中NO2既是氧化剂又是还原剂，当有3 mol NO2反应时，有2 mol NO2做还原剂，生成2 mol氧化产物HNO3，有1 mol NO2做氧化剂，生成还原产物NO，转移2 mol e－。

综上分析，A正确。

探究一氮气及氮在自然界中的循环1．会种地的农民说种大豆不用上氮肥，你认为有道理吗？提示：有道理；因为豆科植物的根瘤菌能把空气中的氮气转化为含氮化合物给植物提供氮肥。

2．白炽灯泡中为什么要充入N2?提示：N2稳定，高温下不与钨丝反应，能延长灯泡的寿命。

1．由氮气(N2)转化为含氮的化合物叫作氮的固定；由含氮的化合物转化为新的含氮的化合物，不是氮的固定。

2．镁在空气中燃烧的产物除MgO外，还有Mg3N2。

1．氮气及其化合物在自然界中大量存在，下列有关说法错误的是( )A．氮气的密度比空气的小，且难溶于水B．含氮化合物普遍存在于植物及动物体内C．汽车排放的尾气中不含氮的化合物D．森林或农作物的枝叶燃烧会产生氮氧化物答案 C解析氮气的相对分子质量为28，空气的平均相对分子质量为29，故氮气的密度比空气的小，且氮气难溶于水，A正确。

植物与动物体内均含蛋白质，B正确。

汽车排放的尾气中含一定量的氮氧化合物，C错误。

植物中因为含蛋白质等，故燃烧时会产生氮氧化物，D正确。

2．下列关于自然界中氮循环(如图)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、氧三种元素也参与了氮循环答案 A解析在雷电作用下N2与O2反应生成NO，氮元素被氧化，工业合成氨属于人工固氮，合成氨过程中氮元素被还原，A错误，B正确；由图可看出含氮无机物和含氮有机物可以相互转化，C正确；合成蛋白质的过程中就有碳、氢、氧元素的参与，D正确。

探究二NO、NO2的性质中国有句谚语叫“雷雨肥庄稼”，你能用化学知识解释为什么吗？提示：空气中的N2和O2在雷电作用下生成NO，NO与O2生成NO2，NO2与H2O生成HNO3，HNO3随雨水落到土壤中，与土壤中的矿物质结合成硝酸盐，为庄稼提供氮肥。

1．NO易与O2反应、难溶于水、不与水反应，因此收集NO用排水法，不可用排空气法。

NO2易与水反应，但很难被O2氧化，因此收集NO2用向上排空气法，不可用排水法。

2．NO与O2反应生成NO2，NO2与H2O反应生成HNO3。

这两个反应都是工业制HNO3的反应原理。

3．实验室利用NO与O2反应的现象变化来检验NO的生成和存在；利用NO2与H2O反应的现象来检验NO2，同时也用此反应来除去NO中的NO2杂质。

4．NO、NO2都不是酸性氧化物。

氮氧化物与氧气和水反应的计算方法氮氧化物与O2混合通入水中时，剩余气体只能是NO或O2，不可能是NO2，因过量的NO2会与水反应生成NO，且形成溶液中的溶质为HNO3。

有关混合气体(NO2、NO、O2等)与水反应的计算属重点计算题型，现分类说明解题方法。

(1)关系式法NO 2、NO(或N 2)的混合气体通入水中，一般考虑3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO ，可利用气体体积变化差值进行计算，V 剩＝V 原(NO 或N 2)＋13V (NO 2)。

(2)循环反应叠加法①NO 2、O 2的混合气体通入水中，由3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 和2NO ＋O 2===2NO 2可得总反应：4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3，由此可知：V (NO 2)∶V (O 2)⎩⎪⎨⎪⎧＝4∶1，恰好完全反应，无气体剩余<4∶1，O 2过量，剩余气体为O 2>4∶1，NO 2过量，剩余气体为NO②NO、O 2的混合气体通入水中，根据总反应4NO ＋3O 2＋2H 2O===4HNO 3可得出： V (NO)∶V (O 2)⎩⎪⎨⎪⎧＝4∶3，恰好完全反应，无气体剩余>4∶3，剩余气体为NO<4∶3，剩余气体为O 2③NO、NO 2、O 2的混合气体通入水中a ．可先求出NO 2和H 2O 反应生成的NO 的体积，然后按②进行分析计算。

b ．也可认为NO 与O 2先反应生成NO 2，NO 2再与水反应。

若O 2过量，则按①计算；若转化后无O 2，则按关系式法计算。

(3)得失电子守恒法当NO 2或NO 转化为HNO 3时要失去电子，若上述两种气体与O 2混合，O 得到电子，N 失去电子，且得失电子数相等，这是利用得失电子守恒法解答此类题目的依据。

3．下列关于NO 和NO 2的说法中正确的是( ) A ．NO 2是红棕色气体，易溶于水，属于酸性氧化物 B ．NO 2可由N 2和O 2直接化合得到C ．NO 和NO 2均既可以用排空气法收集又可以用排水法收集D ．NO 和NO 2在一定条件下可以相互转化 答案 D解析 A 项，NO 2不是酸性氧化物；B 项，在高温或放电条件下，N 2和O 2直接化合生成NO ；C 项，NO 易与空气中的氧气反应生成NO 2，只能用排水法收集，NO 2能与水反应，只能用排空气法收集；D 项，NO 和氧气反应生成NO 2，NO 2与水反应生成HNO 3和NO 。

4．(双选)现有NO 2、O 2的混合气体12 mL ，通入足量水中，充分反应后剩余气体2 mL(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积可能是( )A ．4 mLB ．1.2 mLC ．2.4 mLD ．8 mL答案 AB解析 (总反应式法)根据有关的反应：4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3、3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 。

设原混合气体中O 2的体积为V (O 2)，剩余气体可能是O 2，也可能是NO 。

①若剩余O 2，则V 剩＝V (O 2)－14[12 mL －V (O 2)]＝2 mL 。

解得V (O 2)＝4 mL 。

②若剩余NO ，则V 剩＝13[12 mL －V (O 2)－4V (O 2)]＝2 mL 。

解得V (O 2)＝1.2 mL 。

1．下列各项属于自然固氮的是( ) A ．植物从土壤中吸收含氮肥料 B ．合成氨制取氮肥C ．豆科植物的根瘤将氮气转变成硝酸盐等含氮的化合物D ．仿生固氮 答案 C解析 A 、B 两项是化合态氮之间的转化，不属于氮的固定；D 属于人工固氮；C 属于自然固氮。