专题7 第一单元 氮的固定 讲义（知识点+练习）【新教材】2020-2021学年高一下学期化学（苏教版（2019）必修二）

专题7 氮与社会可持续发展第一单元　氮的固定学习导航1.能从分子结构的角度认识氮气的化学稳定性，熟知氮气与镁、氧气、氢气的化学反应及其条件。2.了解氮的固定。3.能从物质类别和氮元素的化合价认识氮氧化物的性质与转化，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。知识解读知识点一 氮气与氮的固定1．氮气(1)N2的物理性质通常情况下，氮气是无色、无味的气体，密度比空气的稍小，难溶于水。(2)氮分子的结构氮气分子的电子式和结构式分别为eq \o\al(·,·)N⋮⋮Neq \o\al(·,·)、N≡N。(3)N2的化学性质氮气分子是由两个氮原子通过共用三对电子结合而成的，氮气分子中存在氮氮三键。破坏氮气分子中氮原子之间的共价键需要很大的能量，所以氮气分子很稳定，通常情况下氮气与大多数物质很难发生化学反应，但在一定条件下氮气也可以和一些物质发生化学反应。氮气和下列物质反应的化学方程式。①金属镁：N2＋3Mgeq \o(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2，氮气表现氧化性；②氢气：N2＋3H2eq \o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3，氮气表现氧化性；③氧气：N2＋O2eq \o(=====,\s\up7(放电))2NO，氮气表现还原性。2．氮的固定(1)含义：将空气中游离态的氮转化成含氮化合物，简称固氮。(2)分类氮的固定eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(自然固氮\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(高能固氮N2＋O2\o(=====,\s\up7(放电))2NO,生物固氮豆科植物根瘤菌固氮)),人工固氮\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(合成氨N2＋3H2\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3,仿生固氮))))3．氮循环氮循环对生态系统的调节起着重要作用，为了促进氮的良性循环，我们要注意维护生态平衡，不能过渡使用含氮化肥，控制化学燃料燃烧排放的氮氧化物进入大气。重点归纳（1）氮的固定必须为将游离态的N2转化为化合态含氮物质的过程，为氧化还原反应。（2）氮气性质的“一惰性、两反应”。氮气化学性质很稳定，通常状况下，很难与其他物质反应，但是在一定条件下也能与氢气、氧气等反应。（3）氮元素是多价态元素，氮气中氮元素呈0价，处于中间价态，故氮气既有氧化性与H2反应，又有还原性与O2反应。知识点二 一氧化氮与二氧化氮1.一氧化氮、二氧化氮的物理性质2.一氧化氮、二氧化氮的化学性质(1)在一定条件下，NO和NO2可以相互转化①NO→NO2：2NO＋O2===2NO2(NO表现还原性)。②NO2→NO：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO(NO2既表现氧化性，又表现还原性)。(2)NO、NO2的其他性质①②3.NO、NO2性质应用：（1）NO的收集方法：排水法（2）NO2向NO的转化：通入水中（3）有关2NO2、N2O4的考察（4）NO的检验：通入O2变红棕色或无色气体遇空气变红棕色（5）NO2检验：通入H2O中变为无色气体重点归纳（1）NO和O2反应，不能用排空气法收集，可以用排水法收集，NO2和水反应，不能用排水法收集，可用向上排空气法收集。（2）NO不能和碱反应，NO2可以和碱反应生成硝酸盐、亚硝酸盐和水，但NO2不是酸性氧化物。（3）NO2可以使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色，不能用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2气体和溴蒸气。随堂演练1．物质的性质决定物质的用途。下列因果关系成立的是：A．因为稀有气体化学性质很不活泼，所以稀有气体不能与任何物质发生反应B．因为氧气可以供给呼吸，所以我们应该尽可能多吸纯氧保持健康C．因为氮气化学性质不活泼，所以可用于食品包装袋内防腐D．因为氧气能支持燃烧，所以可用作卫星变轨发动机的燃料2．下列不涉及氧化还原反应的是A．灰肥相混损肥分——灰中含有碳酸钾，肥中含有铵盐B．雷雨肥庄稼——自然固氮C．补铁剂(有效成分为)与含维生素共服效果更佳D．从沙滩到用户——由二氧化硅制晶体硅3．江西九江是一座有着2200多年历史的江南文化名城，古称浔阳、江州、柴桑等，其滨临长江、面向鄱阳湖、背靠庐山。下列有关说法正确的是A．白居易《琵琶行》“浔阳江头夜送客，……，举酒欲饮无管弦。”古人在酿酒过程中，葡萄糖在酒化酶的作用下发水解反应生成乙醇。B．杨万里《舟次西径》“芦荻渐多人渐少，鄱阳湖尾水如天。”中国最大淡水湖鄱阳湖与长江交汇处，不容易因胶体聚沉而形成三角洲。C．李白《望庐山瀑布》“日照香炉生紫烟，遥看瀑布挂前川。”诗中“紫烟”指香炉中碘升华现象。D．陶渊明《归园田居·其三》“种豆南山下，草盛豆苗稀。”诗中庐山脚下“豆苗稀”的主要原因是土壤中缺少氮肥。4．化学反应常常伴随能量的变化，以下是H2与Cl2反应的能量变化示意图，下列说法正确的是A．氯化氢分子的电子式：B．该反应既是氧化还原反应又是放热反应C．形成1 mol H—Cl键要吸收431 kJ的能量D．反应物断键时吸收的能量大于产物形成化学键时释放的能量5．在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能一步实现的是A．FeFeCl2Fe(OH)2 B．SSO3H2SO4C．N2NO2HNO3 D．CaCO3CaOCaSiO36．我国四大发明之一黑火药的爆炸反应为S+3C+2KNO3=K2S+N2↑+3CO2↑，下列说法正确的是A．中子数为8的碳原子符号：8CB．KNO3的危险品标志：C．K2S的电子式：D．N2的结构式：N—N7．按要求回答下列问题：(1)实验室制取氯气反应的离子方程式为_______(2)写出铁与水蒸气反应方程式：_______(3)某反应为：，用单线桥表示出该反应中电子转移的方向和数目_______。(4)中各原子均满足8电子稳定结构。写出的电子式_______(5)请解释的熔沸点高于的原因_______8．查阅资料知，铜的硫化物有和两种。某学生为探究铜与硫的反应产物和产物的性质做了如下实验：I．将灼热的细铜丝放在硫蒸气里燃烧，产生黑色固体A；II．冷却后，将硫与固体A分离；III．取少量固体A于试管中，加入稀硫酸无明显现象，再加入适量浓溶液，黑色固体全部溶解，出现浅黄色沉淀，溶液变为蓝色，并产生在空气中变红的无色气体；IV．取少量黑色于试管中，加入稀硫酸无明显现象，再加入适量浓溶液，也无明显现象。回答下列问题：(1)实验IV的目的是___________。(2)实验II中将硫粉与固体A分离的试剂是___________(填化学式)，分离方法是___________。(3)实验I可以在试管中进行，首先将硫加热成蒸气且充满试管，然后将灼热的细铜丝插入试管。将硫蒸气充满试管的主要目的是___________；该实验中发生反应的化学方程式为___________。(4)实验III中发生的反应是___________(填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”)；该反应的离子方程式为___________。答案解析1．C【详解】A．稀有气体化学性质很不活泼，但一定条件下也能与一些物质发生反应，A错误；B．氧气可以供给呼吸，但是纯氧不能直接供人呼吸，会造成氧中毒，B错误；C．氮气化学性质不活泼，所以可用于食品包装袋内防腐，C正确；D．氧气能支持燃烧，但不能燃烧，所以不能做燃料，D错误；故合理选项是C。2．A【详解】A．碳酸钾与铵盐发生相互促进的水解反应，反应过程中不存在化合价变化，不涉及氧化还原反应，A项正确；B．放电过程中氮气与氧气反应生成一氧化氮，氮、氧元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，B项错误；C．维生素具有还原性，能防止补铁剂被氧化，属于氧化还原反应，C项错误；D．由二氧化硅制晶体硅，硅的化合价降低，涉及氧化还原反应，D项错误；故答案为A。3．B【详解】A．葡萄糖属于单糖，不能发生水解，故A错误；B．形成三角洲是胶体的聚沉性质，一般在入海口形成，海水含有大量的电解质，胶体遇电解质发生聚沉，鄱阳湖和长江水都为淡水，不易因胶体聚沉形成三角洲，故B正确；C．“紫烟”是含有尘埃的空气对阳光的散射作用，导致光线呈紫色，与碘单质升华无关，故C错误；D．豆科植物含有根瘤菌，能将空气中的氮气固定，转化成氮肥，“豆苗稀”的主要原因不是土壤缺少氮肥，而是草与豆苗争阳光、水分等，出现了草盛豆苗稀，故D错误；答案为B。4．B【详解】A．HCl是共价化合物，其电子式为。故A说法错误；B．根据提供的数据，化学键断裂吸收的能量为679kJ，形成化学键放出的能量为862kJ,吸收热量小于放出热量，故该反应为放热反应，另外该反应是有单质参加的化合反应，属于氧化还原反应，则B说法正确；C．形成1 mol H—Cl键要放出431 kJ的能量，则C说法错误；D．化学键断裂吸收的能量为679kJ，形成化学键放出的能量为862kJ,吸收热量小于放出热量，则D说法错误；本题答案B。5．D【详解】A．氯气氧化性较强，Fe在氯气中燃烧生成FeCl3，A不符合题意；B．S在氧气中燃烧只能生成SO2，B不符合题意；C．N2和O2在放电条件下生成NO，NO再和O2反应生成NO2，C不符合题意；D．碳酸钙高温分解生成CaO，CaO和SiO2在高温条件下生成硅酸钙，D符合题意；综上所述答案为D。6．C【详解】A．中子数为8的碳原子质量为14，所以元素符号为14C，A错误；B．KNO3受热易发生爆炸，所以危险品标志为，B错误；C．K2S是离子化合物，电子式为，C正确；D．N2中氮原子间形成氮氮三键，所以结构式为，D错误；故选C。7．MnO2+4H++2Cl-Mn2+ +Cl2↑+2H2O 3Fe+4H2O（g） Fe3O4+4H2 水分子间存在氢键 【详解】(1)实验室用浓盐酸和二氧化锰加热制备氯气，反应离子方程式为：MnO2+4H++2Cl-Mn2+ +Cl2↑+2H2O，故答案为：MnO2+4H++2Cl-Mn2+ +Cl2↑+2H2O；(2)铁与水蒸气高温时反应生成四氧化三铁和氢气，反应方程式为：3Fe+4H2O（g）Fe3O4+4H2，故答案为：3Fe+4H2O（g） Fe3O4+4H2；(3)此反应中铬元素化合价由+3价升高为+6价，Cr2(SO4)3失电子，H2O2得电子，转移电子数为6，用单线桥表示出该反应中电子转移的方向和数目为：，故答案为：；(4)氮气分子中两个氮原子形成三对共用电子对，电子式为：，故答案为：；(5)水分子间存在氢键，氢键强于范德华力，故的熔沸点高于，故答案为：水分子间存在氢键。8．证明实验III中的固体A不是CuS CS2 过滤 将空气排出，防止铜被空气氧化 氧化还原反应 【详解】（1）实验IV使用CuS，按照实验III的步骤进行实验，现象与实验III不同，可以通过这一点来证明实验III中的固体A不是CuS；（2）硫粉易溶于CS2，而题干中的铜化合物不溶于CS2，故可以用CS2来溶解硫粉，通过过滤进行分离；（3）铜在加热的条件下，易被空气氧化为氧化铜，将硫蒸气充满试管，可以将空气排出，防止铜被空气氧化；铜丝和硫蒸气反应生成Cu2S，该反应的化学方程式为；（4）实验III中，向黑色固体Cu2S中，加入稀硫酸无名现象，再加入NaNO3浓溶液，黑色固体溶解，出现浅黄色沉淀，溶液变为蓝色，有在空气中会变红的无色气体生成，说明有硫单质、Cu2+、NO这些物质产生，可以得知该化学反应中有元素化合价的升降，故该反应是氧化还原反应，该反应的离子方程式为。氧化物颜色状态气味水溶性毒性NO无色气态无味微溶有毒NO2红棕色气态刺激性气味易溶有毒