1、二十三 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
2、误；N2 在空气中的比例大与蒸汽机工作原理无关，D 错误。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
3、 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 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
4、 NO，体积为43 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()AV1 BV2 CV3 DV4【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14，二
5、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58，故水面上升的高度为试管的58；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，根据方程式知，气体减少的体积是二氧化氮的23，二氧化氮占混合气体的12，所以试管内气体减少的体积为试管体积的13，故水面上升的高度为试管的13；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12，故水面上升的高度为试管的12；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12，故水面上升的高度为试管的12。待试管内液面稳定后，剩余气体体积最多的是 V
6、2。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、CO2DNO、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
7、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
8、反应 3NO2H2O=2HNO3NO，氧化剂与还原剂均为 NO2，质量比为 12。根据题意有13 n(NO2)n(NO)12n(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)a103 L22.4 Lmol1，c(HNO3)a22.4103 mol0.5 L
9、a11 200 molL1。答案：(1)3NO2H2O=2HNO3NO 12 31(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)a11 200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()A53 B35 C32 D23【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
10、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 mL 12.25 mL 14.25 mL15.0 mLA B C D【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 312 mL V(O2)V(O2)9 mL。(2)若剩余的气体为
11、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【解析】选 C。2NOO2=2
12、NO23NO2H2O=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
13、 a 作用下氮原子发生了还原反应【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
14、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，
15、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
16、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=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)V La Lmol1 Va mol，最后充满液体，硝酸溶液体积为 V L，c(HNO3)Va molV L1a 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 SO24。答案：(1)4NO2O22H2O=4HNO3 在吸收塔里充入足量空气 1a molL1(2)红色由浅变深 2SO2O22H2O=2H2SO4(3)出现白色沉淀 Cl2SO22H2O=2ClSO244H，Ba2SO24=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