1、第3章物质的性质与转化第3节氮的循环第1课时自然界中的氮循环氮气和氮的氧化物课后篇素养形成合格考达标练1.下列关于N2性质的叙述错误的是()A.任何物质在氮气中都不能燃烧B.氮气既具有氧化性,又具有还原性C.将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定D.氮气与氧气在一定条件下反应生成一氧化氮答案A解析活泼金属钠、镁等可以在N2中燃烧。2.实验室收集NO、NO2两种气体,下列收集方法正确的是()A.均可用排水法B.均可用向上排空气法C.NO用向上排空气法,NO2用排水法D.NO用排水法,NO2用向上排空气法答案D解析NO2气体能与水反应产生硝酸和NO,不能用排水法收集;NO能与O2反应产生NO2
2、,所以NO不能用排空气法收集,D项正确。3.下列关于自然界中氮循环(如下图)的说法不正确的是()A.氮元素均被氧化B.工业合成氨属于人工固氮C.含氮无机物和含氮有机物可相互转化D.碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环答案A解析合成氨反应中,氮元素的化合价降低被还原,A项错误;工业合成氨属于人工固氮,B项正确;硝酸盐转化为蛋白质经动物消化使蛋白质转化为氨气和铵盐,实现了含氮无机物和含氮有机物的相互转化,并且碳、氢、氧三种元素也参加了氮的循环,C项、D项正确。4.下列变化中不属于氮的固定的是()A.豆科植物的根瘤菌把氮气变为NH3B.闪电时,空气中的O2和N2化合成NOC.工业上将NH3与CO2在高温
3、、高压下制成CO(NH2)2D.工业上用N2和H2合成NH3答案C解析氮气中的氮是游离态的氮,NH3中的氮是化合态的氮,由N2生成NH3属于固氮,故A不符合题意;N2中的氮是游离态的氮,NO中的氮是化合态的氮,属于固氮,故B不符合题意;NH3和CO(NH2)2中氮元素都以化合态存在,不属于固氮,故C符合题意;氮气中的氮是游离态的氮,NH3中的氮是化合态的氮,工业合成氨是人工固氮,故D不符合题意。5.对于NO2通入水中的反应,下列说法正确的是()A.NO2是氧化剂,H2O是还原剂B.NO2既是氧化剂,又是还原剂C.每当有1 mol NO2参加反应时,则转移2 mol电子D.H2O是氧化剂,NO2
4、是还原剂答案B解析根据可知,只有氮元素的化合价有升高和降低,所以NO2既是氧化剂,又是还原剂;3 mol NO2参加反应,转移2 mol电子,故每当有1 mol NO2参加反应时,转移 mol电子。6.将充满NO2和O2的量筒倒立于盛有水的水槽中,经过一段时间后,水上升到量筒体积的一半处停止,则剩余气体的成分是()A.NO2B.NOC.O2D.NO或O2答案C解析设量筒的体积为V L,剩余 L的气体可能是NO或O2。若剩余气体为NO,根据反应3NO2+H2O2HNO3+NO,则过量NO2为 L,不合题意。若剩余气体为O2,则有 L NO2与O2的混合气体发生反应4NO2+O2+2H2O4HNO
5、3,符合题意。7.某无色混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的一种或几种。现将此混合气体通过品红溶液后,品红溶液褪色,向剩余气体中通入空气,很快变为红棕色。下列对原混合气体成分的判断正确的是()A.肯定只有SO2B.肯定没有Cl2、O2和NO2C.可能有Cl2和O2D.肯定只有NO答案B解析原混合气体为无色气体,故一定不含氯气和二氧化氮,也不同时存在氧气和一氧化氮,混合气体通过品红溶液后,品红溶液褪色,故原混合气体中一定含有二氧化硫;向剩余气体中通入空气,很快变为红棕色,所以原混合气体中一定含有一氧化氮,则一定不含氧气。结合以上分析可知,B正确。8.将盛有N2和NO2(无N2
6、O4)混合气体的试管倒立于水中,经过足够长的时间后,试管内气体的体积缩小为原来的一半,则原混合气体中N2和NO2的体积比是()A.31B.13C.12D.11答案B解析设原混合气体中含有x mol N2,y mol NO2,相同条件下气体的物质的量与体积成正比。盛有N2和NO2的混合气体的试管倒立于水中发生3NO2+H2O2HNO3+NO,则3NO2+H2O2HNO3+NO31y则(x+)(x+y)=12,解得xy=13。9.氮在自然界中的转化是一个复杂的过程,涉及地球上生物圈的方方面面。(1)汽车尾气中的NO和NO2是大气污染物。写出NO造成酸雨的两个化学方程式:、。在汽车尾气排放管中安装一
7、个催化转化器,可以将尾气中另一种有害气体CO跟NO反应转化为无毒气体,该反应的化学方程式为。(2)用化学方程式表达工业上以NH3为原料生产HNO3的第一步反应:。.(1)用少量氯气消毒的自来水养金鱼时,通常需要先将自来水晒一晒,其原因是(用化学方程式表示)。(2)小苏打通常用来治疗胃酸过多,但同时患有胃溃疡的病人却不能服用,其原因是(用离子方程式表示)。答案.(1)2NO+O22NO23NO2+H2O2HNO3+NO2NO+2CON2+2CO2(2)4NH3+5O24NO+6H2O.(1)2HClO2HCl+O2(2)HC+H+H2O+CO2解析.(1)一氧化氮被氧气氧化生成二氧化氮,二氧化氮
8、溶于水生成硝酸和一氧化氮,反应的化学方程式为2NO+O22NO2,3NO2+H2O2HNO3+NO;在汽车尾气排放管中安装一个催化转化器,可将尾气中另一种有害气体CO跟NO反应转化为无毒气体二氧化碳和氮气,反应的化学方程式为2NO+2CON2+2CO2。(2)工业上以NH3为原料生产HNO3的第一步是氨气的催化氧化生成一氧化氮和水,该反应的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。.(1)用少量氯气消毒的自来水中,发生了反应Cl2+H2OHCl+HClO,其中次氯酸见光分解反应为2HClO2HCl+O2。(2)小苏打通常用于治疗胃酸过多,但同时患有胃溃疡的病人却不能服用,因为反应时生成的二
9、氧化碳易造成胃穿孔,该过程发生的反应为HC+H+CO2+H2O。等级考提升练10.(2020四川邻水实验中学期中)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,试管内水面上升,但不能充满试管,当向试管内鼓入氧气后,可以观察到试管中水柱继续上升,经过多次重复后,试管内完全被水充满,对原试管中盛装气体的说法正确的是()A.可能是N2与NO2的混合气体B.可能是H2与NO2的混合气体C.可能是NO与NO2的混合气体D.只可能是NO2一种气体答案C解析最终试管内完全被水充满,因此不可能含有氮气,所以A项错误;如果有H2,水不可能完全充满试管,所以B项错误;NO虽然不溶于
10、水,但通入氧气后也可以发生反应而溶于水,能完全充满试管,所以C项正确;根据上述分析可知,除一定有NO2气体外,还可能有NO,所以D项错误。11.N2O俗称“笑气”,曾用作可吸入性麻醉剂。以下反应能产生N2O:3CO+2NO23CO2+N2O。下列关于N2O的说法正确的是()A.上述反应中每生成1 mol N2O,转移的电子数为3NAB.等物质的量的N2O和CO2含有相同的原子数C.N2O只具有氧化性,无还原性D.N2O会迅速与人体血红蛋白结合,使人中毒答案B解析题给反应中N由+4价变为+1价,生成1 mol N2O时转移6 mol电子,所以A项错误;1 mol N2O与1 mol CO2都含有
11、3 mol原子,所以B项正确;N2O中氮元素为+1价,是氮元素的中间价态,因此N2O既具有氧化性又具有还原性,所以C项错误;由题意知,N2O可用作吸入性麻醉剂,因此不可能迅速与人体血红蛋白结合而使人中毒,所以D项错误。12.将装有50 mL NO2和NO混合气体的量筒倒立于水槽中,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()A.53B.35C.32D.23答案C解析运用差量法计算。设混合气体中NO2的体积为x,3NO2+H2O2HNO3+NOV312x50 mL-30 mL=20 mL,解得x=30 mL。则原混合气体中NO为50 mL-30 mL=20 mL。所以
12、V(NO2)V(NO)=30 mL20 mL=32。13.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下图实验的处理,结果得到酸性溶液,而几乎无气体剩余,则甲气体的组成为()A.NO2、N2B.NO、CO2C.NO2、CO2D.NO、CO2、N2答案B解析混合气体无色,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。14.(2020湖南长沙雅礼中学月考)已知HNO2在低温下较稳定,酸性比醋酸略强,既有氧化性又有还原性,其氧化产物、
13、还原产物与溶液pH的关系如下表。下列有关说法错误的是()pH范围77产物NNO、N2O、N2中的一种A.碱性条件下,NaNO2与NaClO反应的离子方程式为+ClO-+Cl-B.向冷的NaNO2溶液中加入滴有淀粉的氢碘酸,溶液变蓝色C.向冷的NaNO2溶液中通入SO2得不到HNO2D.低温时不用其他试剂不能区分HNO2溶液与Na2CO3溶液答案D解析由表中数据知,碱性条件下HNO2可被氧化为,ClO-有强氧化性,能将N氧化为N,同时ClO-被还原为Cl-,所以A项正确;酸性条件下,NaNO2有氧化性,而I-具有强还原性,能将I-氧化成I2,淀粉遇碘变蓝,所以B项正确;HNO2具有氧化性,SO2
14、具有强还原性,因此亚硝酸能将SO2氧化成硫酸根离子,HNO2被还原为NO、N2O和N2中的一种,所以C项正确;由信息可知,HNO2在低温下较稳定,且亚硝酸的酸性强于醋酸,醋酸的酸性强于碳酸,即亚硝酸的酸性强于碳酸,亚硝酸和碳酸钠溶液采用互滴的方法进行区分,把碳酸钠溶液滴入亚硝酸溶液,立即产生气体,将亚硝酸溶液滴入碳酸钠溶液,过一段时间后才产生气体,所以D项错误。15.氮的氧化物(用NOx表示)是大气污染物,必须进行处理。(1)NOx能形成酸雨,写出NO2转化为HNO3的化学方程式:。(2)在汽车尾气系统中安装催化转化器,可有效降低NOx的排放,当尾气中空气不足时,NOx在催化转化器中被还原成N
15、2排出。写出NO和CO反应生成N2和另一种无毒气体的化学方程式:。(3)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。已知:4NH3+6NO5N2+6H2O,8NH3+6NO27N2+12H2O。同温同压下,3.5 L NH3恰好将3.0 L NO和NO2的混合气体完全转化为N2,则原混合气体中NO和NO2的体积之比是。(4)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理,若NO与NO2按物质的量之比11被足量NaOH溶液完全吸收后得到一种钠盐,该钠盐的化学式是。答案(1)3NO2+H2O2HNO3+NO(2)2NO+2CON2+2CO2(3)13(4)NaNO2解析(1)NO2转化为HNO3的化学方程式为3NO
16、2+H2O2HNO3+NO。(2)根据题目信息可知,NO被CO还原为N2,而CO被氧化成CO2,化学方程式为2NO+2CON2+2CO2。(3)V(NO)+V(NO2)=3.0 L,V(NO)+V(NO2)=3.5 L,则V(NO)=0.75 L,V(NO2)=2.25 L,V(NO)V(NO2)=13。(4)NO中氮的化合价为+2价,NO2中氮的化合价为+4价,二者按物质的量之比11混合时与NaOH反应生成盐中氮元素的化合价必然为+3价,即为NaNO2。16.氮元素是地球上含量丰富的一种元素,氮单质及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。请回答下列问题:(1)二氧化氮溶于水时与水反应生成
17、硝酸和一氧化氮,请写出该反应的化学方程式:。(2)下列有关氮元素的说法正确的是。A.氮气因为其化学性质不活泼,可以做保护气,比如充填食品包装,充填电灯泡,保存贵重书画等B.医学上常用液氮作冷冻剂,在冷冻麻醉条件下做手术,是利用氮气化学性质的不活泼性C.氮、磷、钾是植物生长必需的营养元素D.用NO2与水反应制取硝酸时,水做还原剂(3)豆科植物种植时不需施加氮肥的原因是。(4)在一定条件下氨气亦可用来将氮氧化物转化为无污染的物质。写出氨气与二氧化氮在一定条件下反应的化学方程式:。答案(1)3NO2+H2O2HNO3+NO(2)AC(3)豆科植物的根瘤菌能够把空气中的氮气转化为含氮化合物,供自身生长
18、使用(4)8NH3+6NO27N2+12H2O新情境创新练17.汽车尾气中常含有CO、NOx等气体,为减轻污染,一般汽车都加装了“催化净化器”,可将汽车尾气中的有毒气体转化为无污染的气体。某化学兴趣小组在实验室模拟汽车尾气处理,设计了下图所示装置(部分夹持装置已略去)。(1)装置()的主要作用为。(2)停止加热,打开活塞K,通入适量氧气时,装置()中可观察到的现象是。(3)该套装置中有不完善之处,还应在装置()后补充。(4)工业上常用纯碱液来吸收NOx,有关反应的化学方程式为2NO2+Na2CO3NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO32NaNO2+CO2。现有标准状况下a
19、L NO2和b L NO的混合气体恰好被200 mL Na2CO3溶液完全吸收,则a、b应满足的关系为。Na2CO3溶液的物质的量浓度为 molL-1(不必化简)。答案(1)检验CO是否转化为CO2(2)出现红棕色气体(3)尾气处理装置(4)ab11解析(1)CO和NO在催化剂和加热条件下转化为N2和CO2,CO2与澄清石灰水反应生成CaCO3而出现浑浊,所以装置()的主要作用是检验CO是否转化为CO2。(2)由于有部分NO没有转化为N2,向装置中通入氧气时,装置()中的NO与O2反应生成红棕色的NO2。(3)由于尾气中仍残留未反应的CO、NO,所以该套装置应增加尾气处理装置。(4)根据反应2NO2+Na2CO3NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO32NaNO2+CO2可知,NO2和NO的物质的量之比应大于或等于11,气体才会反应完全。与NO2和NO在同一反应中反应的Na2CO3的物质的量为 mol,与NO2单独反应的Na2CO3的物质的量为 mol,故Na2CO3的总物质的量为 mol,Na2CO3的物质的量浓度c(Na2CO3)= molL-1。10