1、自然界中的氮循环氮的固定学习理解共45分一、选择题(本题共6小题，每小题5分，共30分)1(2021济南高一检测) N2是空气的重要组成部分，因此有科学家根据蒸汽机的原理，设计制造出液氮蒸汽机，即利用液态氮的蒸发来驱动机车，从而达到环境保护的目的。其主要依据是()A液态氮的沸点为195.8 ，远低于常温BN2在空气中燃烧放热CN2与H2反应放热DN2在空气中约占78%(体积分数)【解析】选A。液态氮沸点低，常温时汽化体积膨胀做功，A正确；N2在空气中不能燃烧，B错误；N2与H2反应需高温、高压、有催化剂的条件，生成NH3不利于环保，C错误；N2在空气中的比例大与蒸汽机工作原理无关，D错误。2(
2、2021深圳高一检测)火箭推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温无色气体(CO2、H2O、N2、NO)从火箭尾部喷出。但在发射现场看到火箭尾部喷出大量红棕色的气体，产生红棕色的气体的原因是()ANO遇空气生成NO2B高温下N2遇空气生成NO2CCO2与N2反应生成CO和NO2DNO和H2O反应生成H2和NO2【解析】选A。从产生的气体中可以看出能变红棕色的情况就是NO遇空气生成NO2。3用碱液吸收工业制硝酸的尾气的化学方程式为NONO22NaOH=2NaNO2H2O，其中生成物NaNO2为()A既是氧化产物又是还原产物B既是氧化剂又是还原剂C只是还原剂的氧化产物D只是氧化剂的还原产物【解析】选
3、A。NO中2价的氮元素与NO2中4价的氮元素在反应后变为NaNO2中的3价，因此NaNO2既是氧化产物也是还原产物。4(2021合肥高一检测)实验探究小组按如图进行实验。试管中装有12 mL NO，然后间歇而又缓慢地通入8 mL O2，下列是有关最终状态的描述：试管内气体呈红棕色试管内气体呈无色试管内液面不变试管内液面上升试管内气体是O2试管内气体是NO。其中正确的是()ABC D【解析】选C。根据4NO3O22H2O=4HNO3可得，剩余气体应为NO，体积为 mL，试管内液面上升。5在同温同压下，将充有等体积混合而成的四组气体：NO2O2；NO2NO；HClN2；SO2O2，分别通入体积相同
4、的试管，并立即倒立于水槽中，如图所示，待试管内液面稳定后，剩余气体体积依次为V1、V2、V3、V4，则剩余气体体积最多的是()AV1BV2CV3DV4【解析】选B。在同温同压下，将充有等体积混合而成的四组气体：NO2O2、NO2NO、HClN2、SO2O2，分别通入体积相同的试管，并立即倒立于水槽中。二氧化氮和氧气、水能反应生成硝酸4NO2O22H2O=4HNO3，根据方程式知，氧气剩余，参加反应的氧气的体积为氧气总体积的，二氧化氮全部参加反应，所以混合气体减少的体积为试管体积的，故水面上升的高度为试管的；二氧化氮和水能反应生成硝酸和一氧化氮3NO2H2O =2HNO3NO，一氧化氮和水不反应
5、，根据方程式知，气体减少的体积是二氧化氮的，二氧化氮占混合气体的，所以试管内气体减少的体积为试管体积的，故水面上升的高度为试管的；氯化氢全部溶于水，氮气不溶，所以试管内气体减少的体积为试管体积的，故水面上升的高度为试管的；在题设条件下二者不反应，二氧化硫溶于水生成亚硫酸，氧气不溶，所以试管内气体减少的体积为试管体积的，故水面上升的高度为试管的。待试管内液面稳定后，剩余气体体积最多的是V2。6无色的混合气体甲，可能含NO、CO2、NO2、N2中的几种，将一定量的甲气体经过如图实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则甲气体的组成为()ANO2、N2BNO、CO2CNO2、CO2 DNO、
6、CO2、N2【解析】选B。混合气体无色，气体中不含NO2，气体通过Na2O2后显红棕色，说明原混合气体中含有NO，且有与Na2O2反应生成O2的气体CO2，通入水中，溶液呈酸性，且几乎无气体剩余，说明原气体中不含N2。二、非选择题(本题共1小题，共15分)7. (2021西安高一检测) 探究小组进行如图所示的实验，在B水槽中装有500 mL水，容积为a mL的试管A充满了NO2和NO的混合气体(标准状况)，将试管A倒插入B水槽的水中。充分反应后，试管A中余下气体的体积为0.5a mL。(1)将A倒插入B水槽中发生的反应为_，该反应中氧化剂与还原剂的质量比_，原混合气体中NO2和NO的物质的量之
7、比为_。(2)通过导气管C向余下0.5a mL气体的试管A中持续通入氧气，A中可能观察到的现象是_。(3)当试管A中充满气体时停止通入氧气，然后将试管取出水槽，水槽B中溶液的物质的量浓度为_ molL1(设溶液的体积仍为500 mL)。【解析】(1)试管A倒插入B水槽中后，发生反应3NO2H2O=2HNO3NO，氧化剂与还原剂均为NO2，质量比为12。根据题意有n(NO2)n(NO)n(NO2)n(NO)，n(NO2)n(NO)31。(2)试管A中剩余0.5a mL气体为NO，通入氧气后，发生反应2NOO2=2NO2，4NO2O22H2O=4HNO3，可写为4NO3O22H2O=4HNO3，无
8、色气体变为红棕色气体，试管中液面不断上升至全充满，继续通入氧气后，试管中液面下降，最后充满无色气体O2。(3)试管中充满气体时，根据原子守恒，n(HNO3)n(气体)，c(HNO3) molL1。答案：(1)3NO2H2O=2HNO3NO1231(2)无色气体变为红棕色，试管中液面不断上升至全充满，继续通入氧气后，试管中液面下降，最后充满无色气体O2(3)应用实践共35分一、选择题(本题共5小题，每小题3分，共15分)8(2021石家庄高一检测)将一量筒倒立于水槽中， 其中装有50 mL NO2和NO混合气体，反应后气体体积缩小为30 mL，则原混合气体中NO2和NO的体积比是()A53B35
9、C32D23【解析】选C。运用差量法计算。设混合气体中NO2的体积为x则原混合气体中NO为50 mL30 mL20 mL。所以V(NO2)V(NO)30 mL20 mL32。9向盛有15 mL NO气体，倒立于水槽的试管中通入O2，充分反应后试管中还剩余气体3 mL，则通入的O2体积可能是()9 mL12.25 mL14.25 mL15.0 mLA BCD【解析】选C。此题属于混合气体与水反应的计算，应分析讨论试管中剩余的3 mL气体为何物，依据有关反应的化学方程式进行计算。(1)若剩余气体是NO，则反应的NO为15 mL3 mL12 mL。据总反应式：4NO3O22H2O=4HNO34 31
10、2 mL V(O2)V(O2)9 mL。(2)若剩余的气体为O2，则反应的NO为 15 mL，4NO3O22H2O=4HNO34 315 mL V(O2)V(O2)11.25 mL。则通入O2的总体积为11.25 mL3 mL14.25 mL。10(2021烟台高一检测)如图所示，试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物)，当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内液面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中液面继续上升。经过多次重复后，试管内完全被充满，原来试管中盛装的气体是()A可能是N2和NO2的混合气体B一定是NO2气体C可能是NO与NO2的混合气体D不可能是NO2一种气体【解
11、析】选C。2NOO2=2NO23NO2H2O=2HNO3NO由32得：4NO3O22H2O=4HNO3由2得：4NO2O22H2O=4HNO3NO或NO2都可与适量O2完全溶于水生成硝酸，又因为该气体为红棕色，所以该气体可能是NO2，也可能是NO和NO2的混合气体。11(2021合肥高一检测)实现氮气按照一定方向转化一直是科学领域研究的重要课题，如图为N2分子在催化剂的作用下发生的一系列转化示意图。下列叙述正确的是()A.N2NH3、NH3NO均属于氮的固定B.催化剂a在反应过程中不参与中间过程，两个反应前后催化剂质量不变C.人工合成NH3的反应条件是高温、催化剂两个D.在催化剂a作用下氮原子
12、发生了还原反应【解析】选D。A.NH3NO是不同化合态的氮的转化，不属于氮的固定，故A错误；B.在催化剂a作用下，N2NH3，氮原子化合价从0降低至3价，发生了还原反应，参与中间过程，两个反应前后催化剂质量不变，故B错误；C.工业合成氨反应是一个放热的可逆反应，反应条件是高温、高压，并且需要合适的催化剂，故C错误；D.在催化剂a作用下N2转化为NH3，化合价降低，氮原子发生了还原反应，故D正确。12(2021烟台高一检测)关于氮及其化合物间的转化关系图如下：则下列说法不正确的是()A路线是人工固氮生产硝酸的主要途径B路线、是自然固氮生成硝酸的主要途径C上述所有反应都属于氮的固定D上述所有反应都
13、是氧化还原反应【解析】选C。工业上生产硝酸的流程是N2和H2反应生成NH3，NH3与O2反应生成NO和H2O，NO与O2反应生成NO2，NO2被水吸收得到HNO3，故A正确；在放电条件下，N2和O2反应生成NO，NO与O2反应生成NO2，NO2被水吸收得到HNO3，故B正确；反应中氮气转变为含氮化合物属于氮的固定，其他反应是氮的化合物之间的转化而不属于氮的固定，故C不正确；题述所有反应都有元素化合价的变化，都是氧化还原反应，故D正确。二、非选择题(本题共1小题，共20分)13为了探究几种气态氧化物的性质，某同学设计了以下实验：用三只集气瓶收集二氧化硫、二氧化氮气体，倒置在水槽中。然后分别缓慢通
14、入适量氧气或氯气，如图所示。一段时间后，A、B装置中集气瓶充满溶液，C装置中集气瓶里还有气体。(1)如果装置A中通入的氧气恰好使液体充满集气瓶，假设瓶内液体不扩散。写出A中总反应的化学方程式：_；该实验对工业上生产硝酸的启示是_。假设该实验条件下，气体摩尔体积为a Lmol1，集气瓶中溶液的物质的量浓度为_。(2)实验前在C水槽里滴加几滴紫色石蕊溶液，通入氧气前后，实验现象可能为_；写出化学方程式： _。(3)溶液充满集气瓶后，在B水槽里滴加硝酸钡溶液，可能观察到的现象为_；写出所有反应的离子方程式：_；证明B水槽反应后溶液里有Cl的操作方法是_。【解析】(1)A瓶中发生的反应有3NO2H2O
15、=2HNO3NO，2NOO2=2NO2，总反应的化学方程式为4NO2O22H2O=4HNO3。工业上利用二氧化氮与水反应制硝酸，为了使原料充分利用，不排放大气污染物NO，应向吸收塔(向NO2中)通入足量空气，使氮的氧化物全部转化成硝酸。设A装置中集气瓶体积为V L，NO2气体体积为V L，n(NO2) mol，最后充满液体，硝酸溶液体积为V L，c(HNO3) molL1。(2)SO2溶于水生成H2SO3，H2SO3是中强酸，通入O2反应后，生成强酸(硫酸)，溶液红色变深。(3)Cl2在水中将SO2氧化成H2SO4，检验Cl前要除去SO。答案：(1)4NO2O22H2O=4HNO3在吸收塔里充入足量空气 molL1(2)红色由浅变深2SO2O22H2O=2H2SO4(3)出现白色沉淀Cl2SO22H2O=2ClSO4H，Ba2SO=BaSO4取少量反应后的溶液于试管中，向试管里加入过量的硝酸钡溶液，待沉淀完全后静置，取上层清液加硝酸银溶液，若产生白色沉淀，则说明原溶液中含有Cl