高中化學同步講義必修第二冊：氮氣與氮的固定（精講）（解析版）

5.2.1氮氣與氮的固定（精講）

思維導圖

物理性質(zhì)一種無色、無味的氣體，°（N2）〈p性氣，難溶于水

與氫氣反應生成NHJ：N?+3H方言2Mt

化與氧氣在放電或高溫條件下生成NO：

學

放電

性N2+O2—2NO（在閃電時會發(fā)生反應）

質(zhì)

Nz+Or通運2NO（在汽車引擎中會發(fā)生反應）

氮氣與活潑金屬（Mg、Li）反應：3Mg+N:且量MgjN?6Li+N:速些2LUN

氮化鎂與水的反應：MgjNJ+6H：O=3Mg（OH）：l+2NHjt

氮（金屬氮化物易水解，生成氨氣和相應的隨

氣加熱NH4C1飽和溶液和NaN6晶體的混合物

與實驗室制法NaNOH'H4clqNaCl+、H+2H：。

氮制取「液氟（沸點J95.8-C、fNit

弟化,有化

的25-------,.

5[

1液真（潴點?183C）

固工業(yè)制法林6

定概念將大氣中游高態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為氮的化合物的過程，叫做氮的固定

氮

的自然固氮自然通過閃電釋放的能量將空氣中的氮氣轉(zhuǎn)化為含氮的化合物

固:三

生物固氮豆科植物根瘤菌將N2轉(zhuǎn)化成氨

定途徑

人類通過控制條件，將氮氣氧化或還原為氮的化合物，

人工固氮最重要的人工固氮途徑是工業(yè)合成氨

1

NO

物理性偵無色、無味的氣體，密度比空氣略大，紅株色有剌激性氣味的氣體，易溶于水

難溶于水

化毒性有毒（與血紅蛋白結(jié)合）有毒

學與水反應不反應3N6+H：O=2HNOj+、O

性與氧氣反應2NO+O2=2NO2不反應

質(zhì)實驗制取原

3CU+8H、O3(稀)=3Cu(、(h)2+2、OfCu+4HN0XiS)=Cu(N03)!+2N(hf

理+411:0,只能用排水法收集+2H:O,只能用排空氣法收集

環(huán)境的影響導光化學煙霧和酸雨，破壞臭氧層

氮

的

3NO：+H:O=2HNOj+NO(i)

氧

2NO+OZ==2NO2②

化

?x2+②清NO=>4NO?+O,+2H,O=4HNO,③

物

原理①x2+②x3清、O,=>4、O+3O,+2HQ=4H、O,④

氣體體積比反應方程式剩余氣體

NO：①NO

氮

的NOi+NO?NO

氧

③

化N(h+O:V(NO2):V(O2)=4:1無

物③

V(NO2):V(O2)<4:102

溶

于V(NOI):V(OI)>4:1先③后①NO

水

④

NO+O：V(NO):\(O2)=4:3無

V(NO):\(OI)<4:3?6

V(NO):\(O)>4:3④NO

類型2

2

常見考點

考點一氨氣

考點二氮的固定

氮氣及氮的固定

氮的氧化物考點三一氧化氮與二氧化氮

考點四氮氧化物溶于水的計算

考點一氮氣

【例1-1】（2022四川南充）液氮能長時間保存活體組織和生物樣品，主要利用氮氣的性質(zhì)是

A.密度小B.沸點低C.難溶于水D.無色無味

【答案】B

【解析】液氮能長時間保存活體組織和生物樣品說明氮氣的沸點低，故選B。

【例1-2】（2022山東濟）N2是空氣的重要組成部分，因此有科學家根據(jù)蒸汽機的原理，設計制造出液氮

蒸汽機，即利用液態(tài)氮的蒸發(fā)來驅(qū)動機車，從而達到環(huán)境保護的目的。其主要依據(jù)是

A.液態(tài)氮的沸點為-195.8°C,遠低于常溫

B.N2在空氣中燃燒放熱

C.N2與H2反應放熱

D.N?在空氣中約占78%（體積分數(shù)）

【答案】A

【解析】氮氣化學性質(zhì)穩(wěn)定，不容易參加化學反應；液氮的沸點很低，極易汽化，汽化時吸收熱量，體積

膨脹而驅(qū)動機車轉(zhuǎn)動，此過程中不產(chǎn)生污染物，保護了環(huán)境，跟氮氣的化學性質(zhì)及在空氣中的體積分數(shù)無

關(guān)；故選A。

【一隅三反】

1.（2022秋?海南彳詹州?高一?？茧A段練習）下列敘述錯誤的是

A.氮元素位于元素周期表的第二周期，第VA族

B.氮元素主要以氮分子的形式存在自然界中

C.氮元素最外層有5個電子

3

D.氮分子中的兩個氮原子通過離子鍵結(jié)合

【答案】D

【解析】A.氮原子核外電子數(shù)為7,核外K、L層依次排有2、5個電子，氮元素位于元素周期表的第二

周期、第VA族，A項正確；

B.在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空氣中，部分氮元素存在于動植物體內(nèi)的蛋臼質(zhì)中，

還有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸鹽和鏤鹽中，B項正確；

C.氮原子核外電子數(shù)為7,核外K、L層依次排有2、5個電子，即最外層有5個電子，C項正確；

D.氮分子中兩個氮原子間以共價三鍵（N三N）結(jié)合，D項錯誤；

答案選D。

2.（2022秋?黑龍江佳木斯?高一?？计谀┫铝嘘P(guān)于氮氣性質(zhì)的說法中正確的是

A.點燃條件下，N2在氧氣中燃燒生成NO

B.點燃時，N2與金屬Mg反應生成Mg3N2，N2作還原劑

C.合成氨反應中，N2發(fā)生氧化反應

D.氮氣的化學性質(zhì)穩(wěn)定，其原因是兩個氮原子之間以共價三鍵結(jié)合

【答案】D

【解析】A.氮氣在放電或高溫條件下生成一氧化氮，A錯誤；

B.點燃時，用與金屬Mg反應生成MgsNa，N2得電子化合價降低作氧化劑，B錯誤；

C.合成氨反應中，用得電子化合價降低發(fā)生還原反應，C錯誤；

D.氮氣的化學性質(zhì)穩(wěn)定，其原因是兩個氮原子之間以共價三鍵結(jié)合，鍵能大，不易斷裂，物質(zhì)化學性質(zhì)

溫度，D正確：

故選D。

3.（2022春?江蘇?高二江蘇省包場高級中學?？奸_學考試）M是空氣的主要成分之一，叫作為原料廣泛

用于合成氨工業(yè)、硝酸工業(yè)等。工業(yè)上用氨催化氧化生產(chǎn)硝酸，發(fā)生的反應為4NH、+5O2=4NO+6Hq,

2NO+O2=2NO2,3NO2+H2O=2HNO,+NO；生產(chǎn)硝酸的尾氣中主要含有NO、NO?等大氣污染物，可

將其與石灰乳反應轉(zhuǎn)化成Ca（NC>3）2、Ca（NOJz等而除去。下列物質(zhì)的性質(zhì)與對應用途不正確的是

A.氮氣性質(zhì)穩(wěn)定，可作保護氣B.氧氣具有助燃性，可作燃料

C.氨氣易液化，可作制冷劑D.氫氧化鈣能吸水，可作常干燥劑

【答案】B

4

【解析】A.氮氣化學性質(zhì)穩(wěn)定，一般不參加化學反應，可以用作保護氣，A正確；

B.氧氣具有助燃性、沒有可燃性，所以不能作燃料，B錯誤；

C.氨氣易液化，液氨汽化吸收大量的熱，所以液氨常用作制冷劑，C正確；

D.氫氧化鈣可以吸收水蒸氣，可以用作干燥劑，D正確：

故選Bo

考點二氮的固定

【例2-1］（2022秋?高一單元測試）下列反應屬于氮的固定作用的是

A.N%與氯化氫反應B.硝酸工廠用N%氧化制取NO

C.雷雨時空氣中的N2轉(zhuǎn)化為NOD.由NH3制碳酸氫錢和硫酸錢

【答案】C

【解析】A.N%與氯化氫反應時，NK分子中含有化合態(tài)的氮，A不符合題意；

B.硝酸工廠用N出氧化制取NO時，N%分子中含有化合態(tài)的氮元素，B不符合題意；

C.雷雨時空氣中的N2轉(zhuǎn)化為NO時，N2中含有游離態(tài)的氮元素，C符合題意；

D.由NH3制碳酸氫鏤和硫酸鏤時，反應物NH3中含有化合態(tài)的氮元素，D不符合題意；

故選C。

【例2-2］（2022.上海.高一專題練習）下列反應屬于氮的固定的是

A.2NO+O2=2NO2B.3NO2+H2O=2HNO3+NO

C.NH3+HC1=NH4CID.N2+3H2.*，bL2NH

忖向、MAh3

【答案】D

【解析】氮的固定是將空氣中的游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過程，NO,Nth、NH3、N2中只有N2為

游離態(tài)的氮，綜上所述N2+3H2.，媼2-2NH3反應屬于氮的固定，故選D。

【一隅三反】

1.（2022上海?高一專題練習）下列屬于氮的固定的是

A.植物從土壤中吸收氮肥

B.大豆的根瘤菌將含氮的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锏鞍踪|(zhì)

C.將空氣中的氮氣轉(zhuǎn)變?yōu)楹衔?/p>

D.NO和O2反應生成NO?

【答案】C

【解析】A.氮的固定是指由游離態(tài)的氮元素轉(zhuǎn)化為氮的化合物，植物從土壤中吸收的氮元素，是含氮化

5

合物，小屬于氮的固定，A錯誤；

B.含氮的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锏鞍踪|(zhì)是含氮化合物之間的相互轉(zhuǎn)化，不屬于單的固定，B錯誤；

C.空氣中的氮氣轉(zhuǎn)變?yōu)楹衔?，是從單質(zhì)到化合物，屬于單的固定，C正確；

D.NO和反應生成NO?是含氮化合物之間的轉(zhuǎn)化，不是氮的固定，D錯誤；

故選C。

2.（2022?上海閔行?統(tǒng)考一模）下列轉(zhuǎn)化屬于工業(yè)固氮的是

A.N2->NH,B.NH4HCO3NH,

C.NHjfNH4clD.叫fNO

【答案】A

【解析】工業(yè)固氮是人為將空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過程。

A.N2^NH3,游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮，符合氮的固定定義，屬于工業(yè)固氮，故A選；

B.NH4HCO3^NH,,是同種價態(tài)的氮的化合物之間轉(zhuǎn)化，不屬于固氮，故B不選；

C.NH.fNH4c1,為不同化合態(tài)氮之間轉(zhuǎn)化，不屬于固氮，故C不選；

D.NO,氮元素由游離態(tài)變?yōu)榛蠎B(tài)，屬了咱然固氮，故D不選；

故選Ao

3.（2022秋?黑龍江?高二統(tǒng)考學業(yè)考試）下圖為自然界氮循環(huán)的示意圖，其中哪一過程屬于人工固氮

大氣中的柔

①

豆

化

科

電

肥

植

作

物

用廠

工

帙鹽或硝酸鹽

A.①B.②C.③D.④

【答案】B

【解析】過程①氮氣和氧氣在閃電作用下反應生成NO,是自然固氮，過程②氮氣和氫氣在催化劑、高溫

下反應生成氨氣，屬于人工固氮，過程③為含氮部分轉(zhuǎn)化為尿素，不是氮的固定，過程④是細菌分解生成

氨氣，則屬于人工固氮的是過程②，故選：Bo

6

4.（2022春?遼寧）自然界中的氮循環(huán)部分轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示。

下列說法錯誤的是

A.氮氣分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，常溫很難和其他物質(zhì)發(fā)生反應

B.I過程屬于氮的固定

C.工業(yè)上也是利用圖中I、II、HI三個轉(zhuǎn)化來生產(chǎn)硝酸的

D.圖中H、HI為硝化過程，均可通過加入氧化劑實現(xiàn)

【答案】C

【解析】A.氮氣分子中含有氮氮三鍵結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，常溫很難和其他物質(zhì)發(fā)生反應，故A正確；

B.氮的固定是指游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮，I過程從N2到NH：,屬于氮的固定，故B正確；

C.工業(yè)上是通過氨的催化氧化生成NO、NO被氧化為NO2、NO2和水反應三個轉(zhuǎn)化來生產(chǎn)硝酸的，故C

錯誤；

D.圖中H中氮從-3價升高到+3價、III中氮從+3價升高到+5價，都為硝化過程，均可通過加入氧化劑實

現(xiàn)，故D正確；

故答案為：C?

考點三一氧化氮與二氧化氮

【例3-1］（2022秋.黑龍江綏化.高一?？计谥校┎《緦W研究證實，一氧化氮對病毒有直接控制作用。下列

關(guān)于一氧化氮的敘述正確的是

A.一氧化氮是一種紅棕色氣體

B.一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集

C.一氧化氮可由氮氣和氧氣在放電條件下直接化合得到

D.常溫常壓下，一氧化氮不能與空氣中的氧氣直接化合

【答案】C

【解析】A.一氧化氮是一種無色氣體，A錯誤；

B.一氧化氮難溶于水，可以用排水法收集，B錯誤;

7

C.氮氣和氧氣在放電條件下生成一氧化氮，c正確；

D.常溫常壓下，一氧化氮與空氣中的氧氣直接反應生成二氧化氮，D錯誤；

故選C。

【例3-2］（2022遼寧?）銅與濃硝酸反應能生成NO2。下列關(guān)于NCh敘述正確的是

A.NO?是無色氣體B.NCh是紅棕色氣體

C.NO?可用排水法收集D.NO2可用向下排空氣法收集

【答案】B

【解析】NO為無色氣體，而NO?為紅棕色氣體，NCh與水反應，不能用排水法收集，NO2的密度比空氣

大，可用向上排空氣法收集，綜上所述故選B。

【例3-3】（2022秋?廣西南寧?高一校考階段練習）為了有效實現(xiàn)NO和NO?的相互轉(zhuǎn)化，設計如下實驗：

按圖組裝好實驗裝置，并檢驗裝置氣密性，實驗前用排水法收集半瓶NO氣體。

（1）打開止水夾a,推動針筒活塞，使02進入燒瓶。關(guān)閉止水夾，首先觀察到燒瓶中的現(xiàn)象：,產(chǎn)

生此現(xiàn)象的化學方程式為o

（2）輕輕搖動燒瓶，觀察到燒瓶中的現(xiàn)象為

①燒瓶中的氣體從______色變成_______色；

②燒杯中導管的水位______（填上升、下降或不變）。產(chǎn)生此現(xiàn)象的化學方程式為。

【答案】（1）燒瓶內(nèi)，無色氣體變?yōu)榧t棕色2NO+O2=2NCh

（2）紅棕無色上升3NO2+H2O=2HNO3+NO

【解析】（1）無色的NO能與02反應產(chǎn)生紅棕色的NO2,發(fā)生反應的化學方程式為2NO+O2=2NO2，故觀

察到燒瓶中氣體由無色變?yōu)榧t棕色；

（2）①輕輕搖動平底燒瓶，使得NCh與水發(fā)生反應3NO2+H2O2HNO3+NO,所以燒杯中紅棕色氣體又變

為無色，燒瓶中液面上升；

②燒瓶中發(fā)生反應3NO2+H2O=2HNO3+NO,氣體壓強減小，故燒杯中導管水位上升。

【一隅三反】

1.（2022吉林白山）1998年，三位科學家因發(fā)現(xiàn)NO在心血管系統(tǒng)中起信號分子的作用而獲得諾貝爾醫(yī)

8

學獎，使得NO成為保健藥物的”明屋“分子。下列關(guān)于NO的說法正確的是

A.NO是酸性氧化物B.NO具有還原性，在空氣中極易被氧化

C.NO的大量排放導致霧霾D.人工合成是產(chǎn)生NO的唯一途徑

【答案】B

【解析】A.NO不能與堿反應生成鹽和水，屬于不成鹽氧化物，故A錯誤；

B.NO具有還原性，在空氣中極易被氧化為二氧化氮，故B正確；

C.固體顆粒的大量排放導致霧霾，NO是氣體，故C錯誤：

D.自然界中的雷電也會使氮氣和氧氣反應生成NO,故D錯誤。

故選B。

2.（2022秋?新疆塔城?高一烏蘇市第一中學校考階段練習）汽車尾氣的處理反應為：

2N0,2co催化劑用。0）2。下列有關(guān)說法正確的是

A.NO為紅棕色氣體

B.NO易溶于水

C.反應中NO是還原劑

D.NO在大氣中可轉(zhuǎn)化為HNO3

【答案】D

【解析】A.二氧化氮為紅棕色氣體，一氧化氮為無色氣體，故A錯誤；

B.一氧化氮不溶于水，故B錯誤；

C.N元素化合價降低，則NO做氧化劑，故C錯誤；

D.一氧化氮和氧氣反應轉(zhuǎn)化成二氧化氮，二氧化氮與水反應生成硝酸，故D正確；

故選：Do

3.（2022?四川?涼山）下列關(guān)于NO和NO2的敘述正確的是

A.一氧化氮是一種紅棕色的氣體

B.常溫常壓下，一氧化氮不能與空氣中的氧氣直接化合

C.一氧化氮可由氮氣和氧氣在放電條件下直接化合得到

D.NO?被水吸收的反應中，發(fā)生還原反應和氧化反應的物質(zhì)的量之比為2：1

【答案】C

【解析】A.NO為無色氣體，二氧化氮為紅棕色氣體，故A錯誤：

B.常溫常壓下，NO能與空氣中的氧氣反應生成二氧化氮，故B錯誤；

9

C.氮氣和氧氣在放電條件下直接化合物成NO,故C正確；

D.NCh與H?O發(fā)生反應3NO2+H2O2HNO3+NO,氧化反應為化合價升高的反應，還原反應為化合價降低

的反應，根據(jù)反應方程式以及氮原子守恒，氧化反應：2NO??2HNCh,還原反應：NO2-NO,即發(fā)生還

原反應和氧化反應的物質(zhì)的量之比為1：2,故D錯誤；

答案為C?

考點四氮的氧化物溶于水的計算

【例4-1］（2022春?河南安陽?高二林州一中?？奸_學考試）在容積為672mL的燒瓶里充滿NO、NO2的混

合氣體，將其倒立在水槽里，去塞后再通入280mL氧氣，恰好完全反應，且水充滿燒瓶（氣體體積都折合

成標準狀況下）。下列有關(guān)敘述中，正確的是

A.總反應為NO+NOz+Oz+HgHNO：

B.總反應為4NO+8NO2+50,+6Hq=l2HNO,

C.生成HNO3的物質(zhì)的量濃度接近0.3mol?L"

D.生成HNO3的物質(zhì)的量濃度約為0.45molL'

【答案】B

【解析】無論是NO還是NO?都能在水中與氧氣按?定比例反應生成HNO3,同溫同壓下氣體物質(zhì)的量之

比等于體積之比，n（NO+NO2）:n（O2）=672:280=12:50所以由電子守恒可知恰好反應時總反應為

n72T

4NO+8NO+5O+6HO=12HNO.280mL氧氣的物質(zhì)的量為=0.0125moL可以生成

222o22.4L/mol

0.01257W>/x—=0.03molHNO,,容器容積為672mL,所以硝酸溶液濃度為"即必=0.045mol.L，故選

50.672L

Bo

【例4-2】（2022秋?湖北襄陽?高一?？茧A段練習）有一充有l(wèi)OmLNO和NO2混合氣體的試管，倒置于盛有

水的水槽中，充分反應后，仍有6mL無色氣體，則原混合氣體中NO和NO2體積比為

A.3：2B.2：3C.1：4D.4：1

【答案】B

【解析】二氧化氮和水反應生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮和水不反應，所以，剩余的氣體為一氧化氮，

設混合氣體中二氧化氮的體積為V,則

10

3NO2+H2O=2HNO3+NO氣體體積減少

312

VWmL-6mL

所以V=6mL,即二氧化氮的體積為6mL,則混合氣體中一氧化氮的體積為4mL,所以原混合氣體中NO

和NO?體積比為4mL：6mL=2：3。

故選B?

【例4-3】（2022秋?新疆塔城?高一烏蘇市第一中學?？茧A段練習）將盛有8mLCh、NO混合氣體的試管倒

立于水中，經(jīng)過足夠長的時間后，試管內(nèi)氣體的體積剩余1mL,則原氣體中NO的體積是

A.5mL或3mLB.4mL或3mLC.5mL或2mLD.4mL或5mL

【答案】D

【解析】設原混合氣體中NO和Ch的體積分別是ami和bml,

（1）如果NO過量，NO和氧氣反應之后，得到NO和NCh的混合氣體，則根據(jù)方程式2NO+O2

=2NCh,NO2的體積為2bm1,消耗掉的NO的體積為2b,再根據(jù)方程式3NCh+H2O=NO+2HNCh,可知

22

生成的NO的體積為5bm1,根據(jù)所剩余ImlNO,可知8-3b+,b=l,又因為a+b=8,解之得a=5ml,

b=3mlo

（2）如果O2過量，則NO與氧氣反應之后，得到N02和02的混合氣體，則根據(jù)方程式2NO+O2

=2NO2,NO2的體積為ami,消耗掉的氧氣體積為gaml,再根據(jù)方程式4NCh++2H?O=4HNO3,消耗

掉的氧氣的體積為［ami,根據(jù)所剩余可知b-!a-ga=l,乂因為a+b=8,解之得a=4ml,b=4ml。

綜上所述，原混合氣體中NO的體積為5ml或4ml,故選D。

【一隅三反】

1.（2022春?云南玉溪?高一?？计谀?0mLNO和N02的混合氣體通入裝滿水的倒立在水槽中的量

筒，充分反應后，最后剩余4mL氣體，（已知一氧化氮與水不反應，二氧化氮與水反應：

3NO2+H2O2HNO3+NO）則原混合氣體中NO的體積為

A.1mLB.3mLC.5mLD.7mL

【答案】A

【解析】NO、NO2混合氣體通入裝滿水的倒立在水槽中的量筒中，N02氣體發(fā)生反應：

3NO2+H2O=2HNO3+NO,根據(jù)方程式可知：每反應消耗3體積NCh,反應產(chǎn)生1體積NO,反應后氣體體

積減少2體積?，F(xiàn)在氣體體積減少了10mL-4mL=6mL,則混合氣體中NCh的體枳“NCh）=

11

3

jx6mL=9mL,則混合氣體中含有NO的體積V(NO)=10mL-9mL=lmL,故合理選項是A。

2.(2022秋?廣西南寧?高一?？茧A段練習)某集氣瓶中的氣體呈紅棕色，加入足量水，蓋上玻璃片振蕩，

得橙色溶液，氣體顏色消失。再拿走玻璃片后，瓶中氣體又變?yōu)榧t棕色，則該氣體可能是下列混合氣體中

的

A.比、NO?、NOB.NO2、NO、N2C.NO2、NO、O2D.NCh、82、Br2

【答案】D

【解析】某集氣瓶中的氣體呈紅棕色，其中可能含有NO2和Bn中的至少一種；加入足量水，蓋上玻璃片

振蕩，得橙色溶液，說明氣體中一定含有Br?蒸氣；同時氣體顏色消失，再拿走玻璃片后，瓶中氣體又變

為紅棕色，說明該無色氣體中含有NO,NO遇空氣中的O2反應