第2節(jié)篇的循環(huán)

第1課時(shí)自然界中氮的循環(huán)和氮循環(huán)中的重要物質(zhì)

［目標(biāo)導(dǎo)航］…

一、氮?dú)?/p>

1.自然界中氮的循琰

(1)自然界：

①豆科植物根部的根瘤菌,把氮?dú)廪D(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}等含氮的化合物。

②在放電條件下,空氣中N2與氧氣化合為氮的氧化物，并隨降雨進(jìn)入水體和土壤中。

③微生物分解動(dòng)植物中的蛋白質(zhì)生成小分子的含氮化合物，回到水體和土壤中。

(2)人類活動(dòng)：

①將空氣中N?合成氫，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為其他含氮化合物，進(jìn)入水體和土壤中。

②化石燃料燃燒、森林和農(nóng)作物的枝葉燃燒所產(chǎn)生的氮氧化物通過大氣進(jìn)入陸地和海

2.氮?dú)獾奈锢硇再|(zhì)

溶解性

比空氣小難溶于水

3.氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)

⑴N2與。2反應(yīng)：

打雷時(shí)或汽車引擎中發(fā)生的反應(yīng)為Nz十O23=2NOo

⑵N2與H2的反應(yīng)：

①合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式為N2+3H2黑化胃2NH3O

②可逆反應(yīng)：

在相同條件下,能同時(shí)向正反兩個(gè)方向進(jìn)行的反應(yīng)為可逆反應(yīng),可逆反應(yīng)的化學(xué)方程式

用"”表示。

4.氮的固定

(1)概念：使空/工中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物。

(2)分類：

氮的固定

合成氨

人工固氮

仿生固氮

二、氮的氧化物

1.不同價(jià)態(tài)的氮的氧化物

氧化物N2QNON2O3NOgN2Q4N2Q5

對(duì)應(yīng)氮的化合價(jià)+1+2+3+4+4+5

2.NO和NCh

⑴物理性質(zhì)：

NONO?

顏色無色紅棕色

狀態(tài)氣態(tài)氣態(tài)

氣味無味刺激性氣味

毒性有毒有一

水溶性難溶易溶

(2)相互轉(zhuǎn)化：

?NO-*NO2：2NO+O2=2NO2,

@NO2-*NO：3NO2+H2O=2HNO3+NO1>

【練一練】

1.正誤判斷，正確的打“，錯(cuò)誤的打“X”

(1)不能用排空氣法收集N2()

(2)工業(yè)上合成氨及生產(chǎn)尿素均為氮的固定()

(3)向一定容積容器中充入1LN?和3LH?,充分反應(yīng)能得到2LNHK)

(4)除去NO中的NO?氣體可以使混合氣體通過蒸儲(chǔ)水()

答案(1)7(2)X(3)X(4)7

2.下列反應(yīng)必須加入氧化劑且一步反應(yīng)就能完成的是()

?N2-*NO2②NCh-NO③NO2-HNO3④2NO@N2-NH3

A.①B.②⑤

C.@D.③④

答案C

解析①不能一步完成，②③與HzO反應(yīng)即可，但H?0不是氧化劑，⑤加入的H2是還

原劑。

3.俗話說：“雷雨發(fā)莊稼”，試說出其中的原理，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。

答案雷電發(fā)生時(shí),Nz和02化合成NO,NO迅速被氧化為NO2,NO2溶于水生成HNO3,

HNO3跟土壤中的礦物作用生成硝酸鹽，N03可被植物吸收。

放電

N2+O2=2NO,2NO+O2=2NO2,3NO2+H2O=2HNO3+NO。

一、NO和NO?的比較

物質(zhì)

NONO2

色、態(tài)、毒性無色、無味、有毒氣體紅棕色、有刺激性氣味、有毒氣體

水溶性難溶于水易溶于水

與氧氣反應(yīng)2NO+O2=2NO2(還原性)不反應(yīng)

3NO2+H2O=2HNO3+N0(自身氧化

與水反應(yīng)不反應(yīng)

還原)

與氧氣、水

4NO+3O2+2H2O=4HNO34NO2+O2+2H2O=4HNO^

同時(shí)作用

【例1】一定體積的NO2氣體依次通過盛有以下物質(zhì)的容器，飽和NaHCCh溶液f濃

HzSOj-固體Na2O2,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：

(1)______________________________________________________________________

⑵_____________________________________________________________

⑶______________________________________________________________________

(4)______________________________________________________________________

解析NO2氣體通入飽和NaHCCh溶液，首先與H20反應(yīng)生成HNCh和NO,生成的

HNCh繼續(xù)與NaHCO3反應(yīng)生成CO2及水蒸氣，通過濃H2s0,除去水蒸氣，此時(shí)剩下氣體為

NO和CO?,通過因休NaQ?后CO?被吸收放出。2,O?與NO反應(yīng)生成NO”

答案(1)3NO2+H20=2HN0.3+NO

(2)NaHCO3+HNO3=NaNO3+CO2t+H20

(3)2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2

(4)2NO+O2=2NO2

【解題反思】因?yàn)镹O極易與02生成N02,顏色由無色變?yōu)榧t棕色，所以一般用。2與

其反應(yīng)，通過顏色的變化確定NO的存在。

變式訓(xùn)練1NO是________色________溶于水的有毒氣體。易與血液中結(jié)合，

使人中毒，同時(shí)微量的NO會(huì)促進(jìn)________擴(kuò)張，防止血管栓塞。NO的化學(xué)性質(zhì)主要表現(xiàn)

在兩個(gè)方面：一是極易與氨氣反應(yīng)，化學(xué)方程式為：

二是與氨氣或NO?發(fā)生歸中反應(yīng)，NO與NH3發(fā)生反應(yīng)生成N2，化學(xué)方程式為

;NO與N02和NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為

上述兩反應(yīng)可消除NO對(duì)環(huán)境的污染。

4

2H2O=4HNO3進(jìn)行。所以NO?的體積為mL,O2體積為10mL。

答案若剩余的氣體是NO,則NO?和。2mL：若剩余的氣體是。2,則NO?和。2mL°

【解題反思】（l）NOr和0?的混合氣體溶于水，剩余氣體可能為02,也可能為NO。

（2）可以利用電子守恒法解答NO、和0?混合氣體溶亍水的有關(guān)問題。

變式訓(xùn)練2在一定條件下，將6體積的NOM不考慮N2O4）和一定體積的NO置于試管

中，并將試管倒置于水中，2充分反應(yīng)后，，則原NO體積可能為（）

A.4體積B.5體積

C.D.3體枳

答案C

解析本題的關(guān)鍵在于理解剩余的1.5體積氣體，可能是一氧化氮，也有可能是氧氣。

若是一氧化氮，則氧氣全部反應(yīng)，二氧化氮完全反應(yīng)用掉了1.5體積氧氣，剩余3體枳應(yīng)該

被一氧化氟消耗，所以一氧化鼠體積為4體積+1.5體積=5.5體積；若剩余的為氧氣，則此

過程中一氧化趣消耗的氧氣為1.5體積，所以一氧化缸的體積是2體積。

1.關(guān)于氮?dú)獾男再|(zhì)的說法中，錯(cuò)誤的是（）

A.氮在自然界中既以游離態(tài)存在又以化合態(tài)存在

B.通常情況下，氮?dú)庑再|(zhì)很不活潑

C.可在氧氣中燃燒生成一氧化氮

D.大氣、陸地和水體中的氮元素在不停地進(jìn)行著氮的循環(huán)

答案C

解析通常情況下缸氣的性質(zhì)很不活洸，在放電或高溫條件下，能跟氧氣反應(yīng)。

2.氮?dú)饽艽罅看嬖谟诳諝庵械母驹蚴牵ǎ?/p>

A.氮?dú)庑再|(zhì)穩(wěn)定，即使在高溫下也不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)

B.氮?dú)獗瓤諝廨p且不溶于水

C.氮?dú)夥肿又袃蓚€(gè)氮原子結(jié)合很牢固，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

D.氮?dú)饧葻o氧化性，也無還原性，不與其他物質(zhì)反應(yīng)

答案C

解析N2性質(zhì)穩(wěn)定，但高溫下可與02等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，在反應(yīng)中表現(xiàn)出氧化性或還原

性：氮,氣比空氣較且不溶于水并不是N2能大量存在于空氣中的根本原因；N2能大量存在于

空氣中的根本原因是聶氣分子中兩個(gè)藏原子結(jié)合很牢固，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3.下列各項(xiàng)屬于自然固氮的是（）

A.植物從土壤中吸收含氮肥料

B.合成氨制取氮肥

C.豆科植物的根瘤菌將氮?dú)廪D(zhuǎn)變成硝酸鹽等含氮的化合物

D.仿生固氮

答案C

解析A、B兩項(xiàng)是化合態(tài)氤之間的轉(zhuǎn)化，不屬于衰的固定；D屬于人工固就；C屬于

自然固氮。

4.對(duì)3NO2+H2O=2HNO3+NO反應(yīng)的下列說法正確的是（）

A.氧化劑與還原劑的質(zhì)量比為1：2

B.氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1：2

C.NO?是氧化劑，比0是還原劑

D.在反應(yīng)中若有6moiNO?參與反應(yīng)時(shí)，有3moi電子發(fā)生轉(zhuǎn)移

答案A

5.把少量NOz氣體通入過量小蘇打溶液中，再使逸出的氣體通過裝有足量的過氧化鈉

顆粒的干燥管，最后收集到的氣體是（）

A.氧氣B.二氧化氮

C.二氧化氮和氧氣D.二氧化氮和一氧化氮

答案C

解析少量NO2氣體通入過量小蘇打溶液中，逸出的氣體為NO、C02,二者物質(zhì)的量

比為1：2,同時(shí)還有少量水蒸氣逸出，再使逸出的氣體通過裝有足量的過氧化鈉顆粒的干

燥管，CO?與過氧化鈉反應(yīng)生成的。2與NO反應(yīng)生成N02,有剩余，同時(shí)逸出的少量水

蒸氣與過氧化鈉反應(yīng)生成所以最后收集到的氣體是NO?和。2。

6.按圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。試管中裝有l(wèi)2mLNO,然后間歇而又緩慢地通入8mLO2,下列是

有關(guān)最終狀態(tài)的描述：

①試管內(nèi)氣體呈棕色②試管內(nèi)氣體呈無色③試管內(nèi)液面不變④試管內(nèi)液面上升

⑤試管內(nèi)氣體是⑥試管內(nèi)氣體是NO

其中正確的是（）

A.①③B.②④⑤

C.②④⑥D(zhuǎn).②?@

答案C

4

解析根據(jù)4NO+3O2+2H2O=4HNO3可得，剩余氣體應(yīng)為NO,體積為？mL,試管

內(nèi)液面上升。

分層訓(xùn)練

［基礎(chǔ)過關(guān)］

題組一氮?dú)獾男再|(zhì)及氮的固定

1.下列關(guān)于氮?dú)獾恼f法中，錯(cuò)誤的是（）

A.通常情況下，氮?dú)庑再|(zhì)比較穩(wěn)定

B.氮?dú)饪山?jīng)?步反應(yīng)轉(zhuǎn)化成二氧化氮

C.通常情況下，氮?dú)庠谒械娜芙舛群苄?/p>

D.跟氫氣在一定條件下發(fā)生反應(yīng)時(shí)，氮?dú)馐茄趸瘎?/p>

2.下列關(guān)于自然界中氮循環(huán)（如下圖）的說法不正確的是（）

A.氮元素均被氧化

B.工業(yè)合成氨屬于人工固氮

C.含氮無機(jī)物和含氮有機(jī)物可相互轉(zhuǎn)化

D.碳、氫、氧三種元素也參加了氮循環(huán)

答案A

解析A項(xiàng)，人工固氮合成氮反應(yīng)中，氮元素的化合價(jià)降低被還原，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，工業(yè)

合成氨屬于人工固氮，正確；C項(xiàng)，硝酸鹽轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)及經(jīng)動(dòng)物消化使蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為氮?dú)?/p>

和就鹽，實(shí)現(xiàn)了含氮無機(jī)物和含藏有機(jī)物的相互轉(zhuǎn)化；并且碳、氫、氧三種元素也參加了藏

的循環(huán)，C正確，D正確.

3.下列反應(yīng)屬于氮的固定的是（）

和比在一定條件下合成

①NzNH3

和反應(yīng)生成和

②NChH2OHNO3NO

在中燃燒生成

③MgN2Mg3N2

被空氣氧化為

@NONO2

A.①②B.②③

C.①③D.①④

答案C

解析氟的固定是將游離態(tài)的直轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的直。

題組二NO、NO2性質(zhì)的定性判斷

4.為除去混入NO中的少量NO?,應(yīng)將氣體通過（）

A.Na2c溶液B.NaHCCh溶液

濃硫酸

C.H2OD.

答案C

解析通過A、B兩項(xiàng)都會(huì)生成CO2,導(dǎo)致帶入新的雜質(zhì)；濃H2s不與NO?反應(yīng)，

故不能除去中的由反應(yīng)：知，水洗可除去中的

NONO2;3NO2+H2O=2HNO3+NONO

NO2O

5.下列關(guān)于NO的說法正確的是（）

A.NO是酸性氧化物

B.NO只能通過人工合成

C.NO是大氣污染物，會(huì)形成酸雨

D.NO可以用向上排空氣法收集

答案C

6.某研究小組借助如圖儀器裝置收集NO氣體，正確的操作是（）

A.從①口進(jìn)氣，用排水法集氣

B.從①口進(jìn)氣，用排氣法集氣

C.從②口進(jìn)氣，用排水法集氣

D.從②口進(jìn)氣，用排氣法集氣

答案C

解析NO易與氧氣反應(yīng)，只能用排水法集氣，當(dāng)集氣瓶內(nèi)充滿水時(shí)，氣體要從上部進(jìn)

入，使水從底部排出。

7.如圖所示，試管中盛裝的是紅棕色氣體（可能是混合物），當(dāng)?shù)箍墼谑⒂兴乃壑?/p>

時(shí)，試管內(nèi)液面上升，但不能充滿試管，當(dāng)向試管內(nèi)鼓入氧氣后，可以觀察到試管中液面繼

續(xù)上升，經(jīng)過多次重復(fù)后，試管內(nèi)完全被充滿，原來試管中盛裝的氣體是（）

A.可能是Nz和NO：的混合氣體

B.一定是NO2氣體

C.可能是NO與NO2的混合氣體

D.只可能是NCh一種氣體

答案C

解析試管內(nèi)氣體為紅棕色，故一定含有NO2,也可能含有NO,因?yàn)?NO+O2=2NO2,

生成的NO?又可與水反應(yīng)，使液面上升，NO?、Ch與水反應(yīng)的總反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NO?

4-O2+2H2O=4HNO3,:攵當(dāng)試管內(nèi)氣體為NO2或NO2與NO的混合物時(shí)，通入適量。2,

最終試管內(nèi)可完全充滿液體。由于N2不溶于水，故不可能含有N2。由此可知答案為C。

8.無色的混合氣體甲，可能含NO、CO2、NO?、N?中的幾種，將一定量的甲氣體經(jīng)過

下圖實(shí)驗(yàn)的處理，結(jié)果得到酸性溶液，而幾乎無氣體剩余，則甲氣體的組成為（）

A.NO?、N2B.NO、C02

C.NO2、CO2D.NO、82、N2

答案B

解析混合氣體無色，氣體中不含NO2,氣體通過Na?。?后顯紅棕色，說明原混合氣體

中含有NO,且有與Na?。？反應(yīng)生成O2的氣體CO2,通入水中，溶液呈酸性，且?guī)缀鯚o氣

體剩余，說明原氣體中不含N2。

題組三NO、NO?溶于水的定量計(jì)算

9.現(xiàn)有NO?、02的混合氣體12mL,通入足量水中，充分反應(yīng)后逸出氣體2mL（同溫

同壓下），則原混合氣體中氧氣的體積是（）

A.mLB.mL

C.3mLD.4mL

答案D

解析(總反應(yīng)式法)根據(jù)有關(guān)的反應(yīng)：

4NO2+02+2H2O=4HNO3

3NO2+H2O=2HNO3+NO

設(shè)原混合氣體中02的體積為V(O2),剩余氣體可能是O2,也可能是NO。

①若剩余6,則V*,=V(O2)-1[12mL-l/(O2)]=2mLo

解得V(O2)=4mLo

②若剩余NO,則V?=|[12mL-l/(O2)-4l/(O2)]=2mL。

解得V(O2)=1.2mLo

10.同溫同壓卜，在3支相同體積的試管中分別充有等體枳混合的兩種氣體，它們是

①NO和NO2,②NO2和02,③NO和N2。現(xiàn)將3支試管均倒置「水槽中，充分反應(yīng)后，試

管中剩余氣體的體積分別為弘、匕、匕，則下列關(guān)系正確的是()

A.Vi>V2>V3B.Vi>V3>V2

C.V2>V3>V1D.V3>V1>V2

答案D

解析可假設(shè)試管體積均為2K每種氣體的體積均為V：當(dāng)?shù)怪糜谒壑袝r(shí)：①中有

4

反應(yīng)：3NO2+H2O=2HNO3+NO,則剩余氣體的體積匕=5匕②中有反應(yīng)：4NO+O+

?22

2H2O=4HNO3,則剩余O2的體積6=工匕③中氣體與水不反應(yīng)，故試管中氣體體枳匕

=2Vo綜上所述，V3>Vi>V2o

[能力提升]

11.氮氧化物進(jìn)入大氣后，不僅會(huì)形成硝酸型酸雨，還可能形成光化學(xué)煙霧，因此必須

對(duì)含有氮氧化物的廢氣進(jìn)行處理。

(1)用氫氧化鈉溶液可以吸收廢氣中的氮氧化物，反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：

2NO2+2NO+4NaOH=4NaNO2+2H2O①，

2NO：+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O②，在反應(yīng)①中，氧化劑是,還原

劑是O在反應(yīng)②中，氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為。

(2)汽車尾氣中含有CO和NO,消除這兩種物質(zhì)對(duì)大氣的污染的方法是安裝催化轉(zhuǎn)化器,

使它們發(fā)生反應(yīng)生成對(duì)大氣無污染的氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

答案(1)NO2NO1：1(2)2NO+2CO^S^N2+2CO2

解析(1)在反應(yīng)①中NO2中的氮元素化合價(jià)降低做氧化劑，NO中氮元素化合價(jià)升高

做還原劑；在反應(yīng)②中氧化劑和還原劑都是NO?,它們的物質(zhì)的量之比為1：lo(2)根據(jù)質(zhì)

量守恒定律結(jié)合題目信息可知，一氧化氮與一氧化碳反應(yīng)后生成的對(duì)大氣無污染的物質(zhì)應(yīng)為

氮?dú)夂投趸肌?/p>

12.為了有效實(shí)現(xiàn)NO和NCh的相互轉(zhuǎn)化，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)：按圖組裝好實(shí)驗(yàn)裝置，并

檢驗(yàn)裝置氣密性，實(shí)驗(yàn)前用排水法收集半瓶NO氣體。

(I)打開止水夾，推動(dòng)針筒活塞，使02進(jìn)入燒瓶。關(guān)上止水夾，首先觀察到燒瓶中的現(xiàn)

象：,

產(chǎn)生此現(xiàn)象的化學(xué)方程式為______________________________________________

(2)輕輕搖動(dòng)燒瓶，觀察到燒瓶中的現(xiàn)象為

①____________________________________________________________________________

②____________________________________________________________________________

產(chǎn)生此現(xiàn)象的化學(xué)方程式為__________________________________________________

答案(1)燒瓶中氣體由無色變?yōu)榧t棕色

2NO+O2=2NO2

(2)①燒杯中紅棕色氣體乂變?yōu)闊o色

②燒杯中水倒吸到燒瓶中(或燒瓶中液面上升)3NO2+H2O=2HNO3+NO

13.如圖所示：在B水槽中裝有500mL水，容積為。mL的試管A充滿了NO?和NO

的混合氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，將試管A倒插入B水槽的水中。充分反應(yīng)后，試管A中余下氣體

的體積為amLo

(1)將A倒插入B槽中發(fā)生的反應(yīng)為_________________________________________

該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的質(zhì)量比為,原混合氣體中NCh和NO的物質(zhì)的量

之比為o

(2)通過導(dǎo)氣管C向余下?mL氣體的試管A中持續(xù)通入氧氣，A中可能觀察到的現(xiàn)象

是。

(3)當(dāng)試管A中充滿氣體時(shí)停止通入氧氣，然后將試管取出水槽，水槽B中溶液的物質(zhì)

的量濃度為molL「(設(shè)溶液的體積仍為500mL)。

答案(1)3NO2+H2O=2HNO3+NOI：23：1

(2)無色氣體變?yōu)榧t棕色，試管中液面不斷上升至全充滿。繼續(xù)通入氧氣后，試管中液

面下降，最后充滿無色氣味

解析(1)試管A倒插入B水槽水中后，發(fā)生反應(yīng)：3NO2+H2O=2HNO3+NO,氧化

劑與還原劑均為NO2,質(zhì)量比為1：2。根據(jù)題意有挑出02)+〃例0)=/網(wǎng)02)+“網(wǎng)0)］,

/I(NO2)：〃(NO)=3：1;(2)試管A中剩余amL氣體為NO,通入氧氣后，發(fā)生反應(yīng)2NO+

O2=2NO2,4NO2+O2+2H2O=4HNO3,可寫為4NO+3O2+2H2(D=4HNO3,無色氣體變

為紅棕色氣體，試管中流而不斷上升至全克.滿，繼續(xù)通入氧氣后，試管中液而下降，最后克.

滿無色氣體(02)。(3)試管中充滿氣體時(shí),根據(jù)戴原子守恒，〃(HN03)=〃(氣體)=錯(cuò)誤！X10一

3mol,c(HNC)3)=錯(cuò)誤