氮气与氮的固定-讲义.docx

高中化学人教版（2019）必修第二册
【5.2.1氮气与氮的固定】
【学习要点】自然界中氮的循环及性质、氮的氧化物的性质、氮的氧化物溶于水的计算。
【知识梳理】
1. （1）一氧化氮的化学性质
与：
与 、：
毒性： 结合红蛋白的能力比强，更容易造成人体缺氧。
尾气吸收：
（2）二氧化氮的性质
与 ：
与 、：
尾气吸收：
2. 氮气与氮的固定
①与：
②与：
③与：
氮的固定：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程，分为人工固氮（主要途径是工业合成氮）、自然固氮（雷电固氮和生物固氮）。

【典例分析】
例1.在氧气、氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷六种物质中：（用化学式表示）
（A）混有空气后点火能爆炸的是　 ________
（B）天然气和沼气的主要成分是　 ________　
（C）有剧毒的是　 ________　
（D）能用于发射宇宙火箭的是　 ________
（E）空气中含量最多的气体是　 ________　
（F）使燃着的木条熄灭，还能使澄清的石灰水变浑浊的是　 ________　．
【答案】H2、CO、CH4；CH4；CO；O2；N2；CO2
【解析】（A）可燃性气体混有空气后点火能爆炸，则H2、CO、CH4均符合，故答案为：H2、CO、CH4；
（B）天然气和沼气的主要成分是甲烷，其化学式为CH4 ， 故答案为：CH4；
（C）上述物质中，有剧毒的是CO，故答案为：CO；
（D）宇宙火箭发动机里使用液氧是支持燃料的燃烧，则O2能用于发射宇宙火箭，故答案为：O2；
（E）空气中含量最多的气体是氮气，其化学式为N2 ， 故答案为：N2；
（F）使燃着的木条熄灭，还能使澄清的石灰水变浑浊的是CO2 ， 故答案为：CO2 ．

例2.实验室模拟合成氨和氨催化氧化的流程如下，气体混合的装置如图甲所示，合成氨的装置如图乙所示，氨吸收和氨氧化的装置如图丙所示．

（1）已知实验室可用饱和亚硝酸钠（NaNO2）溶液与饱和氯化铵溶液经加热后反应制取氮气．则制取氮气的装置为________ （从图A、B、C中选择，下同），制取氢气的装置为________ ．
（2）甲装置的作用除了使气体充分混合外，还有①________ 、②________ ．
（3）乙装置发生反应的化学方程式为________ ．其中催化剂为Fe粉，它能否用Fe2O3代替？________ ．说明理由________ ．
（4）丙装置吸收一段时间氨气后，再通入空气，同时将经加热的铂丝插入到锥形瓶内，可观察到：有红棕色气体和白烟生成，请用化学方程式说明催化氧化后，产生以上现象的原因：________ ；________ ，________ 　．
【答案】 C；A；干燥气体；通过观察气泡控制气体比例和气流速度；N2+3H22NH3；能；因为H2能还原Fe2O3成Fe；2NO+O2=2NO2；3NO2+H2O=2HNO3+NO；HNO3+NH3=NH4NO3
【解析】解：（1）实验室可用饱和亚硝酸钠（NaNO2）溶液与饱和氯化铵溶液经加热后反应制取氮气，是溶液与溶液反应，应选择C装置，制取氢气不需要加热，应选用A装置；

故答案为：C；A；
（2）氮气和氢气通过甲装置，甲装置中的浓硫酸可以将氮气和氢气干燥，同时可以根据甲装置中冒气泡的速率来控制气体流量，混合气体，
故答案为：干燥气体；通过观察气泡控制气体比例和气流速度；
（3）合成氨的化学方程式为：N2+3H22NH3 ， H2能还原Fe2O3成Fe，照样起到催化作用，故答案为：N2+3H22NH3；能；因为H2能还原Fe2O3成Fe；
（4）氨的催化氧化反应产物是一氧化氮和水，一氧化氮极易与空气中的氧气变为二氧化氮，二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，硝酸会和氨水反应生成硝酸铵（白烟），涉及的反应为2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO、HNO3+NH3=NH4NO3 ， 故答案为：2NO+O2=2NO2；3NO2+H2O=2HNO3+NO、HNO3+NH3=NH4NO3 ．

【能力提升】
1.关于氮气的性质的说法中，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. 氮气的化学性质比较稳定，其原因是两原子间的结合比较牢固
D. 跟氢气在一定条件下发生反应，氮气是氧化剂
2.氮气进入超导试验、麻醉等领域，是应用了氮气性质中的（   ）
A. 能与氢气反应             B. 高温下能与金属反应              C. 沸点低             D. 密度与空气接近
3.关于氮气的性质的说法中，错误的是    (   )
A. 氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在    
B. 通常情况下，氮气性质很不活泼
C. 可在氧气中燃烧生成一氧化氮                             
D. 在反应3Mg＋N2 Mg3N2中N2作氧化剂
4.氮气化学性质稳定的原因是（   ）
A. 氮的非金属性弱       B. 氮气的熔沸点低      
C. 氮气难溶于水       D. 氮分子中原子间共价键不易断裂
5.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跟其他物质发生反应
B. 氮气比空气轻，且不溶于水
C. 氮分子中两个氮原子结合很牢固，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

【参考答案】
1.【答案】 B
【解析】A.因为N≡N键能大，通常情况下氮气的性质很不活泼，选项A不符合题意；
B.氮气不能在氧气中燃烧，氮气与氧气在放电（或高温）下会反应生成一氧化氮，选项B符合题意；
C.氮气的化学性质比较稳定，其原因是两原子间存在N≡N，N≡N键能大，即结合比较牢固，选项C不符合题意；
D.跟氢气在高温高压催化剂存在的条件下会发生反应生成氨气，N元素化合价降低，所以氮气是氧化剂，选项D不符合题意。
故答案为：B。
2.【答案】 C
【解析】氮气沸点低，气化时吸热，可用于超导试验、麻醉等领域，C项符合题意；
故答案为：C。
3.【答案】 C
【解析】A.氮在自然界中以游离态（N2）和化合态（硝酸盐、铵盐）的形式存在，选项正确，A不符合题意；
B.通常情况下， N2的化学性质稳定，选项正确，B不符合题意；
C.N2不能燃烧，也不支持燃烧，故N2与O2不反应，选项错误，C符合题意；
D.在该反应中，氮元素的化合价由0价变为-3价，化合价降低，被还原，为氧化剂，选项正确，D不符合题意；
故答案为：C
4.【答案】 D
【解析】A．氮的原子半径小，最外层电子数多，非金属性强，不符合题意；
B．氮气虽然熔沸点低，但与化学稳定性无关，不符合题意；
C．氮气难溶于水，与化学稳定性无关，不符合题意；
D．氮分子中原子间共价键不易断裂，化学性质稳定，符合题意。
故答案为：D。
5.【答案】C
【解析】解：A．氮气的性质稳定，但高温下和氧气反应生成一氧化氮，镁在氮气中燃烧生成氮化镁，故A错误． B．氮气密度与空气相近，不是其在空气中稳定存在的原因，故B错误；
C．氮气分子中存在N≡N，三键中1个σ键、2 个π键，键能大，键长短，分子结构稳定，是氮气能大量存在于空气中的根本原因，故C正确；
D．氮气和氢气反应生成氨气体现氮气的氧化性，氮气和氧气反应生成一氧化氮，体现氮气的还原性，故D错误；
故选C．