1、氮气与氮的固定一氧化氮和二氧化氮(40分钟70分)一、选择题(本题包括8小题,每小题6分,共48分)1.下列有关环境问题的说法正确的是()A.燃煤时加入适量石灰石,可减少废气中SO2的量B.“雾霾天气”“温室效应”“光化学烟雾”的形成都与氮氧化物有关C.pH在5.67.0之间的降水通常称为酸雨D.NO使人体的中毒原理与CO不同【解析】选A。温室效应的形成与CO2等有关,B错误;酸雨是pH小于5.6的雨水,C错误;CO与NO均与人体中的血红蛋白结合,中毒原理相同,D错误。2.下列不属于氮的固定的是()A.在根瘤菌作用下氮气转变成氮肥B.打雷时氮气转变成一氧化氮C.氨气与二氧化碳反应生成尿素D.氮
2、气与氢气合成氨【解析】选C。氨气与二氧化碳反应生成尿素不属于氮的固定。3.某氮的氧化物和一氧化碳在催化剂的作用下充分反应,生成氮气和二氧化碳。若测得氮气和二氧化碳的物质的量之比为12,则该氮的氧化物是()A.N2OB.NOC.NO2D.N2O5【解析】选B。设氮的氧化物化学式为NxOy,则NxOy+2CON2+2CO2,则xy=11,即为NO。【补偿训练】某种氮的氧化物中氮与氧的质量比为716,则这种氮的氧化物的化学式是()A.NOB.NO2C.N2OD.N2O5【解析】选B。设该氧化物的化学式为NxOy,由氮、氧两种元素的质量比为716,则(14x)(16y)=716,解得xy=12,即该氧
3、化物的化学式为NO2。4.如图所示,夹子开始处于关闭状态,将液体A滴入试管与气体B充分反应,打开夹子,发现试管内的水立刻沸腾了。则液体A和气体B的组合不可能是下列的()A.亚硫酸钠溶液、氯气B.水、二氧化氮C.水、一氧化氮D.氢氧化钠溶液、二氧化碳【解析】选C。中水沸腾说明中气体压强减小,在C项中水与NO不反应,不能使气体压强减小。【方法规律】NO2溶于水的规律把一支充满NO2气体的试管倒置在水槽中充分反应后,由反应3NO2+H2O2HNO3+NO可知:当NO2与H2O充分反应后,试管内气体变为无色,且剩余气体占试管体积的。5.(2020全国卷)下列气体去除杂质的方法中,不能实现目的的是()气
4、体(杂质)方法ASO2(H2S)通过酸性高锰酸钾溶液BCl2(HCl)通过饱和的食盐水CN2(O2)通过灼热的铜丝网DNO(NO2)通过氢氧化钠溶液【解析】选A。SO2会被酸性高锰酸钾溶液氧化,A错误;这是实验室制取氯气的除杂步骤,通过Cl2和HCl在饱和食盐水中的溶解度差异进行除杂和分离,B正确; N2性质极其稳定,不会与灼热的Cu发生反应,而氧气则会氧化Cu发生反应:2Cu+O22CuO,可以达到除杂目的,C正确;NO不会与NaOH发生反应,而NO2可以与NaOH反应:2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O,因此可以达到除杂目的,D正确。 6.(2020武汉高一检测)把少量的N
5、O2气体通入过量的小苏打溶液中,再使逸出的气体通过装有足量过氧化钠颗粒的干燥管,最后收集到的气体是()A.O2B.NO2C.NO2和O2D.CO2和NO【解析】选C。设NO2为3 mol,涉及的反应有:3NO2+H2O2HNO3+NO,HNO3+NaHCO3NaNO3+CO2+H2O,2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2,2NO+O22NO2,则3 mol NO2生成2 mol HNO3和1 mol NO,通入小苏打后气体为2 mol CO2和1 mol NO,通入足量过氧化钠后气体为1 mol O2和1 mol NO,1 mol O2和1 mol NO反应后生成1 mol NO2,剩余
6、0.5 mol O2,故最后收集到的气体为1 mol NO2和0.5 mol O2。7.如图所示,相同条件下,两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体,分别倒置于水槽中,然后通过导管缓慢通入氧气,边通边慢慢摇动试管,直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散,则(1)和(2)两个试管内溶液物质的量浓度之比为()A.11B.43C.57D.75【解析】选A。设试管的体积为1 L,水充满整个试管,溶液的体积是1 L,无论是NO2还是NO都转变成了HNO3,根据氮元素守恒,生成的HNO3的物质的量相等,即硝酸的物质的量浓度相等。8.某氮的氧化物是大气污染物之一,在一定温度和有催化剂存在
7、的条件下,该氧化物与氨气反应只生成氮气和水,若生成的氮气和水的物质的量之比为56,该氧化物的化学式为()A.NOB.N2O3C.NO2 D.N2O5【解析】选A。可设氧化物的化学式为NxOy,然后配平求解。NxOy+yNH3N2+yH2O依题意有y=56,x=y,选A。二、非选择题(本题包括2小题,共22分)9.(12分)以下是氮循环的一部分:(1)通常状况下,NO2的颜色是_。(2)反应的化学方程式是_。(3)NO2易溶于水,并和水发生化学反应。该反应中,氧化剂是_。(4)化合物A的化学式是_。(5)治理汽车尾气的一种方法是用催化剂使NO与CO发生反应:2NO+2CO2CO2+N2。当生成2
8、 mol N2时,被还原的NO为_mol。【解析】(1)NO2的颜色是红棕色。(2)反应是N2和O2在放电条件下的反应,反应的化学方程式是N2+O22NO。(3)NO2易溶于水,发生的反应是3NO2+H2O2HNO3+NO。该反应中NO2的氮元素化合价既有降低又有升高,NO2既是氧化剂又是还原剂。(4)由3NO2+H2O2HNO3+NO知A的化学式是HNO3。(5)从2NO+2CO2CO2+N2看出NO和N2的比为21,则生成2 mol N2时反应的NO为4 mol。答案:(1)红棕色(2)N2+O22NO(3)NO2(4)HNO3(5)410.(10分)某化学学习小组为探究NO2和SO2的反
9、应,特进行如下实验(如图所示)。(1)图1两集气瓶中_(填“上”或“下”)瓶颜色深。(2)图2中反应的现象是_。(3)图3中“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有_,说明NO2在该反应中显_性。(4)由图2和图3中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式_。【解析】图3中反应生成的气体遇空气显红棕色,说明图2中反应生成了NO,即NO2和SO2反应,NO2转化为NO,表现氧化性,而SO2则表现还原性,被氧化,S元素化合价升高,只能变成+6价,应转化为SO3。答案:(1)下(2)两气体混合后,颜色消失(3)NO 氧化(4)NO2+SO2NO+SO3(20分钟30分)1.(6分)将3
10、mol的NO2气体依次通入下列三个分别装有足量NaHCO3饱和溶液、浓硫酸、Na2O2的装置后,用排水法把残留气体收集起来,则收集到的气体是(同温、同压下测定)()A.1 mol NO B.1 mol NO2和0.05 mol O2C.2 mol O2 D.0.25 mol O2【解析】选D。3NO2+H2O2HNO3+NO由此可知有1 mol NO产生,有2 mol HNO3生成,根据HNO3+NaHCO3NaNO3+H2O+CO2可知,2 mol HNO3与足量NaHCO3反应有2 mol CO2产生。2CO2+2Na2O22Na2CO3+O2由此可知有1 mol O2产生此时剩余气体为1
11、 mol NO和1 mol O2。用排水法收集时,发生如下反应:4NO+3O2+2H2O4HNO3。由此可知最后剩余0.25 mol O2,故选D。2.(6分)2020年5月22日,十三届全国人大三次会议开幕,李克强总理作政府工作报告,报告中5次提及生态。工业废气NO、NO2是造成大气污染的气体之一。工业上常用原理:NOx+NH3N2+H2O,使其转化为无毒的N2,现有NO、NO2的混合气体3.0 L,可与3.5 L相同状况的NH3恰好完全反应,全部转化为N2,则在原混合气体中NO和NO2的物质的量之比是()A.11B.21C.31D.13【解析】选D。相同状况下,气体的体积比等于物质的量之比
12、,则3.0 mol NO、NO2混合气体与3.5 mol NH3恰好反应生成N2,设NO为x mol,则NO2为(3-x) mol,由得失电子守恒可知2x+4(3-x)=33.5,x=0.75,故原混合气体中NO和NO2的物质的量之比为13。3.(8分)(2019安阳高一检测)一定条件下,含氮元素的物质可发生如图所示的循环转化。回答下列问题:(1)氮的原子结构示意图为_。(2)图中属于“氮的固定”的是_(填字母,下同);写出属于雷电作用固氮的化学方程式_。转化过程中发生非氧化还原反应的是_。(3)氮的循环中,亚硝酸盐是重要的一环,利用化合价可推知亚硝酸盐具有_性和_性,亚硝酸盐和酸性高锰酸钾反
13、应的离子方程式为_。(4)若“反应i”是在酸性条件下由N与Zn的作用实现,则该反应的离子方程式为_。【解析】(1)N位于第2周期A族,其原子结构示意图为。(2)氮的固定是游离态的氮转化为化合态的氮,根据循环图可知,属于氮的固定的是k和c;雷电作用固氮的是N2+O22NO;发生非氧化还原反应,说明反应前后各元素化合价没有发生变化,则属于非氧化还原反应的是a和l。(3)亚硝酸盐中氮元素是+3价,可推知亚硝酸盐具有氧化性和还原性,亚硝酸盐和酸性高锰酸钾反应的离子方程式为5N+2Mn+6H+2Mn2+5N+3H2O。(4)根据信息,Zn+H+NZn2+N2O+H2O,根据电荷守恒、得失电子守恒以及原子
14、守恒得离子方程式为4Zn+2N+10H+4Zn2+N2O+5H2O。答案:(1)(2)k和cN2+O22NOa和l(3)氧化还原5N+2Mn+6H+2Mn2+5N+3H2O (4)4Zn+2N+10H+4Zn2+N2O+5H2O4.(10分)2019年1月西班牙马德里市议会重新启动了二氧化氮(NO2)高污染议定书。该议定书旨在改善城市的空气质量,从而加强对公民健康的保护,使其免受高污染事件的有害影响,特别是对患有呼吸问题的人和孕妇的有害影响。氮氧化物进入大气后,不仅会形成硝酸型酸雨,还可能形成光化学烟雾,对含有氮氧化物的废气进行处理。(1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物,反应的化学方程
15、式如下:NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O 2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O 在反应中,氧化剂是哪种物质?在反应中,氧化剂和还原剂的物质的量之比为多少?由反应判断二氧化氮是否为酸性氧化物?解释原因。(2)汽车尾气中含有CO和NO,消除这两种物质对大气的污染的方法是安装催化转化器,使它们发生反应得到空气中的成分,从而消除污染,试写出该反应的化学方程式。(3)目前有一种治理方法是在一定条件下,用氨气将氮氧化物转化为无污染的物质。请写出NO2发生该反应的化学方程式。生成1.4 mol氮气时,转移电子的物质的量为多少?【解析】(1)在反应中NO2中的氮元素化合价降低作氧化剂
16、;在反应中氧化剂和还原剂都是NO2,它们的物质的量之比为11。二氧化氮与碱反应生成两种盐,且氮元素化合价发生变化,二氧化氮不是酸性氧化物。(2)根据原子守恒定律结合题目信息可知,一氧化氮与一氧化碳反应后生成的对大气无污染的物质应为氮气和二氧化碳。(3)根据原子守恒定律结合题目信息可知,氨气和二氧化氮反应后生成的无污染的物质为氮气和水。NO2中+4价的N被NH3中-3价的N还原为N2中0价的N,剩下的氢、氧元素结合成水,因而氧化剂是NO2,氧化产物、还原产物均为N2;生成7 mol N2时,转移电子24 mol;则生成1.4 mol N2时,转移电子4.8 mol。答案:(1)NO211不是因为
17、二氧化氮与碱反应生成两种盐,且氮元素化合价发生变化(2)2NO+2CON2+2CO2(3)6NO2+8NH37N2+12H2O 4.8 mol【补偿训练】雾霾天气严重影响人们的生活质量,其中氮氧化物和硫氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一。消除氮氧化物有多种方法。(1)NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。反应原理如图1所示:由图1可知SCR技术中的氧化剂为_。用Fe作催化剂时,在氨气足量的情况下,不同对应的脱氮率如图2所示,脱氮效果最佳的=_。(2)利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应,既能净化尾气,又能获得应用广泛的Ca(NO2)2,其部分工
18、艺流程如下:上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底进入,石灰乳从吸收塔顶喷淋),其目的是_;滤渣可循环使用,滤渣的主要成分是_(填化学式)。该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近11。若n(NO)n(NO2)11,则会导致_;若n(NO)n(NO2)11,则会导致排放气体中NO含量升高;若n(NO)n(NO2)11,NO2与H2O反应生成HNO3,则会导致产品Ca(NO2)2中Ca(NO3)2含量升高。在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解。答案:(1)NO、NO211(2)使尾气中的NO、NO2被充分吸收 Ca(OH)2排放气体中NO含量升高产品Ca(NO2)2中Ca(NO3)2含量升高3N+2H+N+2NO+H2O