专题七第一单元 氮的固定(五大题型）-2024-2025学年高一化学同步举一反三系列（苏教版2019必修第二册）

专题七第一单元 氮的固定 【题型1 氮元素 氮气】 【题型2 氮的固定】 【题型3 一氧化氮 二氧化氮】 【题型4 合成氨工业】 【题型5 自然界中的氮循环】 【题型1 氮元素 氮气】 【例1】氮气属于地球大气的主要成分，它是地球生命循环——氮循环的重要组成部分，下列关于氮气的说法错误的是 A．氮气不燃烧，也无法支持燃烧，不能供给呼吸 B．液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境 C．利用氮气的稳定性，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气 D．氮气可用于食品保鲜 【答案】A 【详解】A．氮气可支持镁的燃烧，A错误； B．氮气的沸点为-196℃，故液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境，B正确； C．利用氮气的稳定性，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气，C正确； D．氮气化学性质不活泼，可用于食品保鲜，D正确； 故选A。 【变式1-1】关于N2分子，有关说法错误的是 A．N2分子中含有共价键 B．N2分子的结构式可表示为N≡N C．氮气液化时，N2分子间平均距离变大 D．氮气液化，可通过增加压强或降低温度 【答案】C 【详解】 A．N2分子中两个氮原子形成共价键，A正确； B．N2分子的结构式可表示为N≡N，B正确； C．氮气液化时，从气态变为液态，N2分子间平均距离变小，C错误； D．增大压强或降低温度，能减小分子之间的距离，氮气液化，可通过增加压强或降低温度，D正确 故选C。 【变式1-2】下列关于N2的叙述正确的是 A．在雷雨天，空气中的N2与O2可反应生成NO2 B．将氨气转化为NO属于氮的固定 C．氮气是一种无色无味的有毒气体 D．在化学反应中，氮气既可作还原剂也可作氧化剂 【答案】D 【详解】A．雷雨天时，发生自然固氮，空气中N2和O2可反应生成NO，A错误； B．氮的固定是将空气中游离态的氮（N2）转化为含氮化合物的过程，B错误; C．氮气是一种无色无味的气体，空气约占78%， C项错误； D．N2中N元素的化合价可以降低生成NH3，也可以升高生成NO等，故N2既可作氧化剂又可作还原剂，D项正确； 答案选D。 【变式1-3】阅读分析，解决问题 世界之最 2021年1月13日，全球第一辆高温超导磁悬浮列车问世，它运用磁铁“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”的原理。运行时速可达620公里每小时，这一发明，再次向世界证明了中国速度。 高温超导的“高温”是左右的温度，是相对于至之间的温度而言的，不是我们传统认知里的“高温”。而超导就是超级导电。科学研究发现，当把超导体温度降到一定程度时，电阻会神奇消失，从而具有超级导电性。 液氮在磁悬浮列车中发挥着重要的作用，它可在时通过分离液态空气的方法获得。高温超导磁悬浮列车在运行时产生大量的热量，由于液氨具有制冷作用，经过一定的技术手段，向轨道上喷射液氮后，可以降低轨道和车轮的温度，既能保持轨道的超导性。同时也能在列车底部形成气垫，使列车与轨道隔离，减少摩擦和空气产生的气动阻力，大大提高了运行速度。 高温超导磁悬浮列车的运行不需要燃油，液氮的来源也比较丰富，有效地降低了运营成本。 （1）高温超导的“高温”，所指的温度是 。 （2）高温超导磁悬浮列车具有环保特性的原因是 。 （3）液氮在磁悬浮列车系统中的作用是 ，液氮来源丰富的原因是 。 （4）高温超导磁悬浮列车上磁铁的“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”，这种物质不需要发生化学变化就能表现出来的性质叫做 。 （5）高温超导磁悬浮列车利用了氮气的化学稳定性，但在一定条件下氮气能与氧气发生反应生成一氧化氮（），用化学方程式可表示为 。 【答案】 （1）左右 （2）运行效率高，能够显著降低能源消耗和碳排放。 （3） 用作冷剂，形成气垫 液氮可通过分离液态空气的方法获得 （4）物理性质 （5） 【详解】 （1）高温超导的“高温”，所指的温度是：左右； （2）高温超导磁悬浮列车的运行不需要燃油，具有环保特性的原因是：运行效率高，能够显著降低能源消耗和碳排放； （3）液氮在磁悬浮列车系统中的作用是：用作冷剂，形成气垫； 液氮来源丰富的原因是：空气中含有大量氮气，液氮可通过分离液态空气的方法获得； （4）高温超导磁悬浮列车上磁铁的“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”，这种物质不需要发生化学变化就能表现出来的性质叫做：物理性质； （5）高温超导磁悬浮列车利用了氮气的化学稳定性，但在一定条件下氮气能与氧气发生反应生成一氧化氮，用化学方程式可表示为：。 【题型2 氮的固定】 【例2】氮是动植物生长不可缺少的元素，含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如图所示的氮元素的循环过程。下列说法不正确的是 A．上图所示氮循环中，过程①、②都是氮的固定 B．氨气是生产氮肥的主要原料，工业上用氮气和氢气合成氨 C．过程③、⑤中氮元素均被氧化 D．过程④反应可能是 【答案】C 【分析】过程①中氮气和氧气化合生成生成NO，NO被氧气氧化生成NO2，NO2溶于水转化为硝酸，过程②中氮气转化为氨气或铵根，氨气或铵根被氧化转化为亚硝酸根，亚硝酸根继续被氧化转化为硝酸根，硝酸根被还原又转化为氮气。 【详解】A．过程①是氮气和氧气化合转化为NO，过程②中氮气转化为氨气或铵根，是由游离态氮元素转化为化合态氮元素的过程，是氮的固定，故A正确； B．工业上用氮气和氢气在高温、高压、催化剂作用下合成氨，故B正确； C．过程⑤中N元素化合价降低，氮元素被还原，故C错误； D．过程④中亚硝酸根被氧化转化为硝酸根，反应可能是，故D正确； 故选C。 【变式2-1】下列变化过程不属于氮的固定的是 A．氮气与氢气合成氨 B．氮气由气态变为固态 C．雷电时，空气中的N2与O2生成NO D．豆类植物的根瘤将游离态氮转化为化合态的氨 【答案】B 【详解】A．氢气与氮气合成氨，氮元素由单质转化为氮的化合物，属于氮的固定，不符合题意，不选A； B．氮气由气态变为固态，只是状态改变，不是氮的固定，符合题意，选B； C．雷雨天时氮气与氧气反应生成NO，是氮元素由单质转化为氮的化合物，属于氮的固定，不符合题意，不选C； D．大豆根瘤菌将氮气转化为氨态氮肥，是氮元素由单质转化为氮的化合物，属于氮的固定，不符合题意，不选D； 故选B。 【变式2-2】氮是生命活动不可缺少的重要元素，自然界中存在的下列过程属于氮的固定的是 A．动物体内将吸收的氨基酸转化为蛋白质 B．细菌作用下将氮气转化为NH4+ C．空气中少量的氨气被水体吸收 D．雨水中的HNO3与土壤作用转化成硝酸盐 【答案】B 【详解】A．动物体内将吸收的氨基酸转化为蛋白质是氮元素的化合物之间的转化，不属于氮的固定，A错误； B．细菌作用下将氮气转化为，属于氮的固体，B正确； C．空气中少量的氨气被水体吸收，生成一水合氨，是氮元素的化合物之间的转化，不属于氮的固定，C错误； D．水体中的与土壤作用转化成硝酸盐，是氮元素的化合物之间的转化，不属于氮的固定，D错误； 故合理选项是B。 【变式2-3】 将空气中游离态的氮转化成含氧化合物叫做氮的固定，包括自然固氮和人工圈氮。以N2、H2为原料，在高温、高压和铁催化条件下合成氨的人工固氮技术是20世纪人类最伟大的成就之一、1921年，我国化工先驱侯德榜创造了将制碱与制氨结合的“联合制碱法”，为纯碱和氨肥工业技术的发展作出了杰出贡献。最近科学家研究了一种在酸性介质中利用电解原理进行电化学固氨的方法，反应机理示意图如下氨气在催化剂电极表面产生。下列说法不正确的是 A．过程中存在H+发生还原反应转化为H B．在该过程中，氮气分子中N≡N断裂产生N原子 C．在催化剂作用下，N2与H原子反应可能生成N2H4 D．与传统工业合成氨法比较，电化学固氮法具有条件温和的优点 【答案】B 【详解】A．由图可知H+转化为H化合价降低，发生还原反应，A正确； B．由图可知，N2生成了NH3，但是不存在N原子，B错误； C．由图可知，在反应过程存在N2H4和NH3，可能生成N2H4，C正确； D．与传统工业合成氨法比较，电化学固氮法不需要高温高压，所以条件比较温和，D正确； 故选B。 【题型3 一氧化氮 二氧化氮】 【例3】一氧化氮和二氧化氮是氮的两种重要氧化物。回答下列问题： （1）工业上处理氮氧化物时，可用浓硝酸将NO氧化为NO2，有关反应的化学方程式为 ；再利用Na2CO3溶液吸收NO2，并通入空气使之全部转化为NaNO3，有关反应的化学方程式为 。 （2）用化学方程式表示汽车尾气中NO的产生原因： ；利用稀土金属等催化剂能将CO和NOx转化成无毒物质，从而减少汽车尾气对环境的污染，该反应中氧化剂是 （填化学式）。 （3）为了证明NO可以与氧气、水共同反应生成HNO3，某学生设计如图所示装置（夹持装置已略去）。 ①检查装置气密性良好后，打开K1，关闭K2，从U形管的长管口注入稀硝酸至U形管右侧胶塞下沿后，迅速关闭K1，观察到U形管内的现象是 。 ②蘸NaOH溶液棉花团的作用是 。 ③打开K2，至装置II中长玻璃管中的气体呈无色后，打开K3，反应一段时间后，长玻璃管中并未充满液体。设计简单方法检验长玻璃管中的气体是否为NO： 。 【答案】 （1） （2） （3） U形管右端液面下降，产生无色气体 吸收氮的氧化物，防止污染环境 再打开，若观察到长玻璃管中气体迅速变为红棕色，则证明余气含NO 【详解】（1）可用浓硝酸将NO氧化为，HNO3中N元素由+5价下降到+4价，NO中N元素由+2价上升到+4价，根据得失电子守恒和原子守恒配平化学方程式为：。 （2）汽车燃料中一般不含氮元素，汽缸中生成NO的原因为发动机工作时的高温使空气中的N2和O2反应生成NO，化学方程式为：；利用稀土金属等催化剂能将CO和转化成无毒物质N2和CO，N元素化合价下降，该反应中氧化剂是。 （3）①加入的硝酸应跟铜丝充分接触，反应生成NO关闭K2打开K1，U形管右侧因为生成不溶于水的无色气体NO压强增大，U形管右端液面下降； ②蘸NaOH溶液的棉花团的作用是吸收氮的氧化物，防止污染环境； ③NO是无色的气体，要想检验它的存在可以通过氧化反应转化成红棕色的NO2，化学方程式：2NO+O2=2NO2，检验长玻璃管中的气体是否为NO的方法为：再打开，若观察到长玻璃管中气体迅速变为红棕色，则证明余气含NO。 【变式3-1】NO分子会污染空气。近年来，科学家发现少量的NO在生物体内许多组织中存在，它有扩张血管、提高免疫、增强记忆力的功能，而成为当前生命科学的研究热点。下列关于一氧化氮的叙述正确的是 A．一氧化氮是酸性氧化物，会形成酸雨 B．常温、常压下，一氧化氮只能通过人工合成 C．一氧化氮为无色气体，在与O2反应中体现还原性 D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集 【答案】C 【详解】A．一氧化氮既不与酸反应也不与碱反应，属于中性氧化物，不是酸性氧化物，A错误； B．电闪雷鸣的雨天，N2和O2在放电条件下能够生成NO，反应方程式为：N2+O22NO，即常温、常压下，一氧化氮不是只能通过人工合成，B错误； C．一氧化氮为无色气体，在与O2反应2NO+O2=2NO2中N的化合价升高被氧化，故NO体现还原性，C正确； D．一氧化氮不溶于水，且易被空气中的O2氧化，故一般只能用排水法收集，D错误； 故答案为：C。 【变式3-2】镁及其化合物是实验设计的热点载体。某学习小组设计实验，探究镁与二氧化氮反应的产物，实验装置如图所示。 已知： ①2NO2 +2NaOH=NaNO2 + NaNO3+H2O ②Mg3N2能与水反应。 回答下列问题： （1）仪器a的名称为 ；B中试剂是 。 （2）实验时，先启动A中反应，当C装置中充满红棕色气体时，点燃酒精灯，这样操作的目的是 。 （3）经测定，Mg与NO2反应生成MgO、Mg3N2和N2，其中Mg3N2和N2的物质的量相等，C中发生反应的化学方程式为 。 （4）D装置的作用是 。 （5）确定有氮气生成的实验现象是 。 （6）实验完毕后，设计实验确认产物中有氮化镁。取少量C中残留固体于试管中，滴加蒸馏水，若 则产物中有氮化镁。 【答案】 （1） 圆底烧瓶 P2O5等 （2）排尽装置内空气，避免O2、CO2、N2等与镁反应 （3）11Mg+4NO28MgO+Mg3N2+N2 （4）吸收E中挥发出来的水蒸气 （5）E中产生气泡，瘪气球缓慢鼓起 （6）有刺激性气味的气体逸出（产生的气体能使湿润红色石蕊试纸变蓝色） 【分析】A中浓硝酸与铜反应生成二氧化氮，B为干燥装置，可为P2O5等，C中加热条件下，二氧化氮和镁粉反应，可生成MgO、Mg3N2等，同时生成氮气，D为碱石灰，可避免E装置内水蒸气进入C中，导致氮化镁水解而变质，E可除去过量的二氧化氮，气球可用于检验氮气的生成，据此解答。 【详解】 （1）根据仪器构造可判断仪器a的名称为圆底烧瓶；装置B用来干燥二氧化氮气体，B中试剂是P2O5等。 （2）实验时，先启动A中反应，当C装置中充满红棕色气体时点燃酒精灯，可排尽装置内空气，避免O2、CO2、N2等与镁反应； （3）经测定，Mg与NO2反应生成MgO、Mg3N2和N2，其中Mg3N2和N2的物质的量相等，根据得失电子守恒和原子守恒可知反应的方程式为11Mg+4NO28MgO+Mg3N2+N2； （4）氮化镁易与水反应，装置D可吸收E中挥发出来的水蒸气，避免C中氮化镁反应而变质； （5）如生成氮气，不溶于水，且与氢氧化钠溶液不反应，则可观察到E中产生气泡，瘪气球缓慢鼓起； （6）氮化镁可与水反应生成氨气，可用检验氨气的方法检验，如有刺激性气味的气体逸出（产生的气体能使湿润红色石蕊试纸变蓝色），可证明有氮化镁生成。 【变式3-3】硝酸在生产生活及国防建设中非常重要，工业制备硝酸的流程如图： （1）①～④各步转化中，属于氮的固定的是 （填序号），②反应的化学方程式为 。 （2）硝酸工厂产生的氮氧化物的尾气需处理后才能排放，可用NaOH溶液吸收。主要反应为。、 ①下列措施能提高NO和去除率的有 （填字母）。 A．采用气、液逆流的方式吸收尾气 B．加快通入尾气的速率 C．吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液 ②用不同浓度的NaOH溶液吸收NO2含量不同的尾气，关系如图：（a表示尾气里NO、NO2中NO2的含量）。根据图和题中相关信息可得知 （填字母） a.含量越大，氮氧化物的吸收率越大 b.NaOH溶液浓度越大，氮氧化物的吸收率越大 ③当a小于50%时，加入H2O2能提升氮氧化物的吸收率，原因是 。 （3）也可用溶液吸收氮氧化物的尾气制备NaNO2、NaNO3。工艺流程如图： 已知： ①母液I进行转化时通入空气的目的是 。母液Ⅱ需回收利用，合理的处理方法是转入流程中 （填“中和液”或“转化液”）。 ②若将NaNO2、NaNO3，两种产品的物质的量之比设为2：1，则生产1.38t NaNO2时，Na2CO3的理论用量为 t（假定Na2CO3恰好完全反应）。 【答案】 （1） ① 4NH3+5O24NO+6H2O （2） AC a 氮氧化物的吸收率随NO2含量的增大而增大，当混合气体中NO2的含量小于50%时，具有氧化性的过氧化氢能将NO氧化成NO2，使NO2的含量增大，从而使氮氧化物的吸收率增大 （3） 将亚硝酸钠氧化为硝酸钠 转化液 1.59 【分析】反应①为氮气和氢气合成氨，②为NH3被O2氧化为NO，③为NO被O2氧化产生红棕色NO2，④为NO2与水反应产生HNO3；碳酸钠溶解后，“碱吸收”NOx发生的主要反应为Na2CO3+NO+NO2=2NaNO2+CO2，然后中和液进行蒸发Ⅰ、结晶Ⅰ操作，过滤分离出NaNO2，母液I中主要含NaNO2，母液Ⅰ进行转化时加入稀HNO3、通入空气将NaNO2转化为NaNO3，转化液进行蒸发Ⅱ、结晶Ⅱ、过滤Ⅱ分离出NaNO3，母液Ⅱ中主要含NaNO3，可转入转化液中提高利用率。 【详解】 （1）氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮，所以①~④各步转化中，属于氮的固定的是①，反应②为NH3被O2氧化为NO，反应的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。 （2）①A．采用气、液逆流的方式吸收尾气，可使气体与氢氧化钠溶液充分反应，能提高NO和NO2去除率，A符合题意； B．加快通入尾气的速率，气体不能充分反应，不能提高NO和NO2去除率，B不符合题意； C．吸收尾气过程中NaOH被消耗，定期补加适量NaOH溶液，可使气体充分反应，能提高NO和NO2去除率，C符合题意； 故选AC； ②a．根据图示，氢氧化钠浓度相等时，NO2含量越大，氮氧化物的吸收率越大，故a正确； b．根据图示，NaOH溶液浓度约为1mol/L时，氮氧化物的吸收率最大，之后，随NaOH溶液浓度增大，氮氧化物的吸收率降低，故b错误； 选a。 ③当a小于50%时，加入H2O2能提升氮氧化物的吸收率，原因是：氮氧化物的吸收率随NO2含量的增大而增大，当混合气体中NO2的含量小于50%时，具有氧化性的过氧化氢能将NO氧化成NO2，使NO2的含量增大，从而使氮氧化物的吸收率增大。 （3）①碳酸钠溶液中通入NO和NO2，反应生成NaNO2，加入中和液蒸发结晶分离出NaNO2，母液Ⅰ中主要成分为NaNO2，通入空气的目的是将亚硝酸钠氧化为硝酸钠；母液Ⅱ中主要含有硝酸钠，要回收利用，合理的处理方法是转入流程中的转化液。 ②生产1.38tNaNO2时，n（NaNO2）=2×104mol，若将NaNO2、NaNO3两种产品的物质的量之比设为2∶1，则n（NaNO3）= 1×104mol，由Na原子守恒可知，2n（Na2CO3）=n（NaNO2）+n（NaNO3），理论上需n（Na2CO3）=1.5×104mol，m（Na2CO3） =1.5×104mol×106 g/mol=1.59×106g=1.59 t。 【题型4 合成氨工业】 【例4】氨气是世界上产量最多的无机化合物之一，具有广泛的用途。如图所示为合成氨以及氨催化氧化制硝酸的流程示意图。 回答下列问题： （1）常用作保护气（如填充灯泡、焊接保护等），原因是 。 （2）合成塔中发生反应的化学方程式为 ，其中氮元素的化合价 （填“升高”或“降低”）。 （3）氧化炉中发生反应的化学方程式为 ；常温常压下，氧化剂和还原剂的体积之比为 。 （4）吸收塔中通入空气是为了提供（填电子式） 。 （5）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，其反应原理如图所示。当与NO的物质的量之比为1：1时，二者与足量氨气在一定条件下发生脱氮反应，该反应的化学方程式为 。 【答案】 （1）中存在，化学性质稳定 （2） 降低 （3） 5：4 （4） （5） 【分析】氮气和氢气在催化剂下合成氨气，氨气和氧气发生催化氧化生成NO和水，NO和氧气和水发生化合反应生成硝酸； 【详解】 （1）氮的原子序数为7，最外层有五个电子，的结构式为，化学性质稳定，所以常用作保护气。 （2）工业上以氮气和氢气为原料合成氨，反应的化学方程式为，其中氮元素的化合价从0价降低至-3价。 （3）氨气在氧化炉中发生催化氧化，反应的化学方程催化剂式为；氨气是还原剂，氧气是氧化剂，氧化剂和还原剂的物质的量之比为5：4，常温常压下，氧化剂和还原剂的体积之比为5：4。 （4）吸收塔中NO最终可转化为，一氧化氮发生氧化反应，通入空气是为了提供氧化剂氧气，氧气的电子式为。 （5）与NO的物质的量之比不同，化合价变化的总数就会不同，就会出现多种配平结果，当限定了二者的比例为1：1时，反应的化学方程式为。 【变式4-1】下图为合成氨以及氨氧化制硝酸的流程示意图。下列推断错误的是 A．合成塔中发生的化学反应方程式为： B．从氨分离器中回到合成塔中的物质是、 C．A物质是 D．常温下，可用铝罐盛装浓硝酸 【答案】C 【分析】氮气和氢气在氨合成塔中合成氨气，进入氨分离器分离出氨气，氨气被氧气在氧化炉中氧化成一氧化氮，吸收塔内一氧化氮被氧气氧化为二氧化氮、二氧化氮和水生成硝酸，则A为氧气，尾气有毒需要处理排放； 【详解】A．氮气和氢气在氨合成塔中合成氨气，N2、H2合成NH3的反应为可逆反应，在高温高压催化剂下进行，A正确； B．N2、H2合成NH3的反应为可逆反应，N2、H2不能完全反应，则生成的氨气中混有N2、H2，氨气经液化分离后，剩余N2、H2回到合成塔中循环利用，提高原料的利用率，B正确； C．据分析，在氧化炉和吸收塔中，A即氧气均作为氧化剂，C错误； D．铝在浓硝酸中发生钝化，可用铝制容器来盛装浓硝酸，D正确； 故选：C。 【变式4-2】一种新型合成氨的方法如图所示。下列说法正确的是 A．的电子式为 B．过程①和过程②均属于氮的固定 C．上述流程涉及的反应均为氧化还原反应 D．总反应为 【答案】D 【详解】 A．HCl是共价化合物，H和Cl共用1对电子对，HCl的电子式为，A错误； B．过程①N2和Mg发生化合反应生成氮的化合物Mg3N2，属于氮的固定，将游离态的氮转化为化合态，过程②不属于氮的固定，B错误； C．反应②③没有涉及到化合价升降，不是氧化还原反应，C错误； D．根据图可知反应物是氮气和HCl，生成物是氯气和氨气，总反应为，D正确； 故本题选D。 【变式4-3】某实验小组拟在实验室模拟工业合成氨，并进行氨的催化氧化。 I．实验室模拟合成氨的流程如下： 已知：实验室可用饱和亚硝酸钠（）溶液与饱和氯化铵溶液经加热后反应制取氮气。 （1）图甲中实验室制取氢气的装置是 （填a、b或者c）。写出用饱和亚硝酸钠溶液与饱和氯化铵溶液制取的化学方程式： 。 （2）氮气和氢气通过乙装置，乙装置的作用除了将气体混合外，还有 、 。 II．氨的催化氧化 （3）氨合成器出来经冷却的气体连续通入丙装置的水中，吸收氨气不会发生倒吸，原因是 。 （4）用丙装置吸收一段时间氨后，再通入空气，同时将经加热的铂丝插入丙装置的锥形瓶内，铂丝表面发生主要反应的化学方程式为 ，能使铂丝保持红热的原因是 ，锥形瓶中还可观察到的现象是 。 （5）反应结束后锥形瓶中的溶液含有的离子有、、 、 。 【答案】 （1） b （2） 干燥气体 根据气泡流速控制氢气和氮气的流速 （3）有大量的氮气和氢气未能转化为氨，这样会缓解氨气极易溶于水导致的气压差，不会倒吸 （4） 反应放热 有红棕色气体生成 （5） 【分析】用锌和稀硫酸反应制取氢气，用饱和亚硝酸钠溶液与饱和氯化铵溶液反应制取氮气，氢气和氮气在浓硫酸中干燥并充分混合后，在催化剂作用下合成氨气，氨气催化氧化生成一氧化氮和水。 【详解】 （1）实验室中用锌和稀硫酸在常温下反应制取氢气，装置是b。饱和亚硝酸钠溶液与饱和氯化铵溶液反应生成氯化钠、氮气、水，根据得失电子守恒，反应的化学方程式为； （2）氮气和氢气通过乙装置，浓硫酸具有吸水性，乙装置的作用除了将气体混合外，还有干燥气体、根据气泡流速控制氢气和氮气的流速。 （3）有大量的氮气和氢气未能转化为氨，这样会缓解氨气极易溶于水导致的气压差，不会倒吸。 （4）铂丝表面氨气发生催化氧化生成一氧化氮和水，发生主要反应的化学方程式为，该反应放热，能使铂丝保持红热；NO会和氧气反应生成NO2，锥形瓶中还可观察到的现象是有红棕色气体生成。 （5）二氧化氮和水反应生成硝酸，硝酸和氨水反应生成硝酸铵，反应结束后锥形瓶中的溶液含有一水合氨、硝酸铵，含有的离子有、、、。 【题型5 自然界中的氮循环】 【例5】回答下列问题。 （1）下图所示为自然界中的氮循环。下列说法中错误的是___________。 A．氧元素参与了氮循环 B．②中合成氨属于人工固氮 C．①和③中氮元素均被氧化 D．含氮有机物和含氮无机物可相互转化 （2）氮是地球上含量丰富的元素。下列关于氮的化合物说法正确的是_________。 A．溶于水呈碱性，所以是电解质 B．图中呈现了三种固氮方式 C．“雷雨发庄稼”的原因是生成铵态氮肥 D．和在通常状况下不发生化学反应 （3）化肥氯化铵可以补充土壤中的N元素，施用氯化铵时需要注意避免烈日曝晒，请写出氯化铵中存在的化学键为 。 （4）与某含氮化合物常用于检验的存在，该含氮化合物的化学式为 。 （5）写出N在周期表中的位置 ，N2的结构式为 。 （6）铵态氮（）与亚硝态氮（）可以在氨氧化细菌的作用下转化为氮气。该反应中，当产生氮气时，转移电子的物质的量为 。 【答案】 （1）C （2）BD （3）离子键、共价键 （4） （5） 第二周期第VA族 N≡N （6）0.06 【分析】工业上通过氮气与氢气高温高压条件下合成氨，属于人工固氮；在土壤中的微生物作用下，含氮有机物和含氮无机物可相互转化；N2和O2在放电条件下反应生成一氧化氮，通常条件下不反应； 【详解】（1）A．由图可知，氧元素参与了氮循环，故A正确； B．工业上通过氮气与氢气高温高压条件下合成氨，属于人工固氮，故B正确； C．①中氮元素被还原，③中氮元素被氧化，故C错误； D．在土壤中的微生物作用下，含氮有机物和含氮无机物可相互转化，故D正确； 答案为：C； （2）A．NH3溶于水发生生成一水合氨，电离出氢氧根离子使溶液呈碱性，但本身不能电离出氢氧根离子，是非电解质，故A错误； B． 高能固氮：通过闪电等高能量途径把N2固定的方式为高能固氮，约占自然固氮的10%，生物固氮：大豆、蚕豆等豆科植物的根部含有根瘤菌，把空气中的N2转变为硝酸盐，被植物吸收，图中①是高能固氮，②是人工固氮，③是生物固氮，呈现了三种固氮方式，故B正确； C．“雷雨发庄稼”的原因是闪电使空气中的氮气转化一氧化氮，一氧化氮继续氧化为二氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸，进入土壤中成了含氮元素的硝酸根离子，即植物生长需要的硝态氮肥，故C错误； D．N2和O2在放电条件下反应生成一氧化氮，通常条件下不反应，故D正确； 故答案为：BD； （3）氯化铵是离子化合物，铵根离子和氯离子存在离子键，铵根离子内N和H存在共价键，存在的化学键为离子键、共价键； （4）与硝酸银溶液常用于检验，该含氮化合物的化学式为； （5）N是7号元素，在周期表中的位置是第二周期第VA族，N2中N和N原子共用3对电子对，结构式为N≡N； （6）氧化生成H2O和N2，离子方程式为+= N2↑+2H2O，生成1mol氮气转移3e-，当产生氮气时，转移电子的物质的量为3×0.02mol=0.06mol。 【变式5-1】自然界的氮循环如图所示，回答下列问题。 （1）写出氮分子的电子式 。 （2）①、②、③中，属于氮的固定的是 。 （3）雷雨天转化为的流程为： ①转化为NO的化学方程式是 。 ②转化为的反应中，体现的化学性质为 （请填写代码）。 a．氧化性        b．还原性            c．氧化性和还原性 （4）也可以转化为，写出工业合成氨的化学方程式 。 【答案】 （1） （2）①② （3） c （4） 【详解】 （1）氮气的电子式为：； （2）将氮气转变为氮的化合物属于氮的固定。①、②、③中，属于氮的固定的是①和②，③不属于氮的固定。 （3）①放电条件下，N2和O2反应生成NO，化学方程式为； ②NO2转化为HNO3，反应方程式为，N元素化合价从+4价变为+2价和+5价；即表现出氧化性也表现出还原性，故选c； （4）N2也可以转化为NH3，工业合成氨的化学方程式为：。 【变式5-2】自然界中的氮循环部分过程如图所示，回答下列问题： （1）①自然界中实现路径Ⅰ的固氮方式可能是 （任写一种）。 ②在哈伯等科学家的努力下，路径Ⅱ已实现工业大规模合成氨，反应方程式为 。 （2）实验室的硝酸一般储存在棕色瓶中，涉及的化学方程式为 。 （3）除反硝化作用外，铵态氮（）与亚硝态氮（）也可以在细菌的作用下转化为氮气。请写出所涉及的离子反应方程式 。该反应中，当产生0.02mol氮气时，转移电子的物质的量为 。 【答案】 （1） 生物固氮 （2） （3） +N2+2H2O 0.06 【详解】 （1）①自然界中实现路径Ⅰ中N2转化为亚硝酸根和硝酸根，自然界中实现该过程的固氮方式可能是：生物固氮。 ②在哈伯等科学家的努力下，路径Ⅱ已实现工业大规模合成氨，反应方程式为。 （2）硝酸见光易分解，则实验室的硝酸一般储存在棕色瓶中，涉及的化学方程式为。 （3）除反硝化作用外，铵态氮（）与亚硝态氮（）也可以在细菌的作用下转化为氮气和水，所涉及的离子反应方程式+N2+2H2O。该反应中，当产生0.02mol氮气时，转移电子的物质的量为0.02mol×3=0.06mol。 【变式5-3】下图所示的氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分。 （1）下列说法中错误的是________（填字母）。 A．图中①和②的转化过程属于氮的固定 B．③和④的转化说明含氮有机物和含氮无机物可以相互转化 C．发生⑤转化的过程中，氮元素被还原 D．⑥是在反硝化细菌作用下的反硝化过程，该过程有助于弥补人工固氮对氮循环造成的影响 （2）氮循环过程中发生的反应之一可表示为，该反应中每生成转移的电子数目是 NA。 【答案】 （1）C （2）8 【详解】 （1）A．图中①和②的转化过程都是将N2转化为氮的化合物，属于氮的固定，A正确； B．③是将含氮有机物转化为含氮无机物，④是将含氮无机物转化为含氮有机物，则③和④的转化说明含氮有机物和含氮无机物可以相互转化，B正确； C．发生⑤转化的过程中，氮元素由-3价转化为+3、+5价，氮元素被氧化，C错误； D．⑥是在反硝化细菌作用下的反硝化过程，将氮的化合物转化为氮气，该过程有助于弥补人工固氮对氮循环造成的影响，D正确； 故选C。 （2）由反应可建立关系式：——8e-，则该反应中每生成转移的电子数目是8mol。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题七第一单元 氮的固定 【题型1 氮元素 氮气】 【题型2 氮的固定】 【题型3 一氧化氮 二氧化氮】 【题型4 合成氨工业】 【题型5 自然界中的氮循环】 【题型1 氮元素 氮气】 【例1】氮气属于地球大气的主要成分，它是地球生命循环——氮循环的重要组成部分，下列关于氮气的说法错误的是 A．氮气不燃烧，也无法支持燃烧，不能供给呼吸 B．液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境 C．利用氮气的稳定性，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气 D．氮气可用于食品保鲜 【变式1-1】关于N2分子，有关说法错误的是 A．N2分子中含有共价键 B．N2分子的结构式可表示为N≡N C．氮气液化时，N2分子间平均距离变大 D．氮气液化，可通过增加压强或降低温度 【变式1-2】下列关于N2的叙述正确的是 A．在雷雨天，空气中的N2与O2可反应生成NO2 B．将氨气转化为NO属于氮的固定 C．氮气是一种无色无味的有毒气体 D．在化学反应中，氮气既可作还原剂也可作氧化剂 【变式1-3】阅读分析，解决问题 世界之最 2021年1月13日，全球第一辆高温超导磁悬浮列车问世，它运用磁铁“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”的原理。运行时速可达620公里每小时，这一发明，再次向世界证明了中国速度。 高温超导的“高温”是左右的温度，是相对于至之间的温度而言的，不是我们传统认知里的“高温”。而超导就是超级导电。科学研究发现，当把超导体温度降到一定程度时，电阻会神奇消失，从而具有超级导电性。 液氮在磁悬浮列车中发挥着重要的作用，它可在时通过分离液态空气的方法获得。高温超导磁悬浮列车在运行时产生大量的热量，由于液氨具有制冷作用，经过一定的技术手段，向轨道上喷射液氮后，可以降低轨道和车轮的温度，既能保持轨道的超导性。同时也能在列车底部形成气垫，使列车与轨道隔离，减少摩擦和空气产生的气动阻力，大大提高了运行速度。 高温超导磁悬浮列车的运行不需要燃油，液氮的来源也比较丰富，有效地降低了运营成本。 （1）高温超导的“高温”，所指的温度是 。 （2）高温超导磁悬浮列车具有环保特性的原因是 。 （3）液氮在磁悬浮列车系统中的作用是 ，液氮来源丰富的原因是 。 （4）高温超导磁悬浮列车上磁铁的“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”，这种物质不需要发生化学变化就能表现出来的性质叫做 。 （5）高温超导磁悬浮列车利用了氮气的化学稳定性，但在一定条件下氮气能与氧气发生反应生成一氧化氮（），用化学方程式可表示为 。 【题型2 氮的固定】 【例2】氮是动植物生长不可缺少的元素，含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如图所示的氮元素的循环过程。下列说法不正确的是 A．上图所示氮循环中，过程①、②都是氮的固定 B．氨气是生产氮肥的主要原料，工业上用氮气和氢气合成氨 C．过程③、⑤中氮元素均被氧化 D．过程④反应可能是 【变式2-1】下列变化过程不属于氮的固定的是 A．氮气与氢气合成氨 B．氮气由气态变为固态 C．雷电时，空气中的N2与O2生成NO D．豆类植物的根瘤将游离态氮转化为化合态的氨 【变式2-2】氮是生命活动不可缺少的重要元素，自然界中存在的下列过程属于氮的固定的是 A．动物体内将吸收的氨基酸转化为蛋白质 B．细菌作用下将氮气转化为NH4+ C．空气中少量的氨气被水体吸收 D．雨水中的HNO3与土壤作用转化成硝酸盐 【变式2-3】 将空气中游离态的氮转化成含氧化合物叫做氮的固定，包括自然固氮和人工圈氮。以N2、H2为原料，在高温、高压和铁催化条件下合成氨的人工固氮技术是20世纪人类最伟大的成就之一、1921年，我国化工先驱侯德榜创造了将制碱与制氨结合的“联合制碱法”，为纯碱和氨肥工业技术的发展作出了杰出贡献。最近科学家研究了一种在酸性介质中利用电解原理进行电化学固氨的方法，反应机理示意图如下氨气在催化剂电极表面产生。下列说法不正确的是 A．过程中存在H+发生还原反应转化为H B．在该过程中，氮气分子中N≡N断裂产生N原子 C．在催化剂作用下，N2与H原子反应可能生成N2H4 D．与传统工业合成氨法比较，电化学固氮法具有条件温和的优点 【题型3 一氧化氮 二氧化氮】 【例3】一氧化氮和二氧化氮是氮的两种重要氧化物。回答下列问题： （1）工业上处理氮氧化物时，可用浓硝酸将NO氧化为NO2，有关反应的化学方程式为 ；再利用Na2CO3溶液吸收NO2，并通入空气使之全部转化为NaNO3，有关反应的化学方程式为 。 （2）用化学方程式表示汽车尾气中NO的产生原因： ；利用稀土金属等催化剂能将CO和NOx转化成无毒物质，从而减少汽车尾气对环境的污染，该反应中氧化剂是 （填化学式）。 （3）为了证明NO可以与氧气、水共同反应生成HNO3，某学生设计如图所示装置（夹持装置已略去）。 ①检查装置气密性良好后，打开K1，关闭K2，从U形管的长管口注入稀硝酸至U形管右侧胶塞下沿后，迅速关闭K1，观察到U形管内的现象是 。 ②蘸NaOH溶液棉花团的作用是 。 ③打开K2，至装置II中长玻璃管中的气体呈无色后，打开K3，反应一段时间后，长玻璃管中并未充满液体。设计简单方法检验长玻璃管中的气体是否为NO： 。 【变式3-1】NO分子会污染空气。近年来，科学家发现少量的NO在生物体内许多组织中存在，它有扩张血管、提高免疫、增强记忆力的功能，而成为当前生命科学的研究热点。下列关于一氧化氮的叙述正确的是 A．一氧化氮是酸性氧化物，会形成酸雨 B．常温、常压下，一氧化氮只能通过人工合成 C．一氧化氮为无色气体，在与O2反应中体现还原性 D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集 【变式3-2】镁及其化合物是实验设计的热点载体。某学习小组设计实验，探究镁与二氧化氮反应的产物，实验装置如图所示。 已知： ①2NO2 +2NaOH=NaNO2 + NaNO3+H2O ②Mg3N2能与水反应。 回答下列问题： （1）仪器a的名称为 ；B中试剂是 。 （2）实验时，先启动A中反应，当C装置中充满红棕色气体时，点燃酒精灯，这样操作的目的是 。 （3）经测定，Mg与NO2反应生成MgO、Mg3N2和N2，其中Mg3N2和N2的物质的量相等，C中发生反应的化学方程式为 。 （4）D装置的作用是 。 （5）确定有氮气生成的实验现象是 。 （6）实验完毕后，设计实验确认产物中有氮化镁。取少量C中残留固体于试管中，滴加蒸馏水，若 则产物中有氮化镁。 【变式3-3】硝酸在生产生活及国防建设中非常重要，工业制备硝酸的流程如图： （1）①～④各步转化中，属于氮的固定的是 （填序号），②反应的化学方程式为 。 （2）硝酸工厂产生的氮氧化物的尾气需处理后才能排放，可用NaOH溶液吸收。主要反应为。、 ①下列措施能提高NO和去除率的有 （填字母）。 A．采用气、液逆流的方式吸收尾气 B．加快通入尾气的速率 C．吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液 ②用不同浓度的NaOH溶液吸收NO2含量不同的尾气，关系如图：（a表示尾气里NO、NO2中NO2的含量）。根据图和题中相关信息可得知 （填字母） a.含量越大，氮氧化物的吸收率越大 b.NaOH溶液浓度越大，氮氧化物的吸收率越大 ③当a小于50%时，加入H2O2能提升氮氧化物的吸收率，原因是 。 （3）也可用溶液吸收氮氧化物的尾气制备NaNO2、NaNO3。工艺流程如图： 已知： ①母液I进行转化时通入空气的目的是 。母液Ⅱ需回收利用，合理的处理方法是转入流程中 （填“中和液”或“转化液”）。 ②若将NaNO2、NaNO3，两种产品的物质的量之比设为2：1，则生产1.38t NaNO2时，Na2CO3的理论用量为 t（假定Na2CO3恰好完全反应）。 【题型4 合成氨工业】 【例4】氨气是世界上产量最多的无机化合物之一，具有广泛的用途。如图所示为合成氨以及氨催化氧化制硝酸的流程示意图。 回答下列问题： （1）常用作保护气（如填充灯泡、焊接保护等），原因是 。 （2）合成塔中发生反应的化学方程式为 ，其中氮元素的化合价 （填“升高”或“降低”）。 （3）氧化炉中发生反应的化学方程式为 ；常温常压下，氧化剂和还原剂的体积之比为 。 （4）吸收塔中通入空气是为了提供（填电子式） 。 （5）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，其反应原理如图所示。当与NO的物质的量之比为1：1时，二者与足量氨气在一定条件下发生脱氮反应，该反应的化学方程式为 。 【变式4-1】下图为合成氨以及氨氧化制硝酸的流程示意图。下列推断错误的是 A．合成塔中发生的化学反应方程式为： B．从氨分离器中回到合成塔中的物质是、 C．A物质是 D．常温下，可用铝罐盛装浓硝酸 【变式4-2】一种新型合成氨的方法如图所示。下列说法正确的是 A．的电子式为 B．过程①和过程②均属于氮的固定 C．上述流程涉及的反应均为氧化还原反应 D．总反应为 【变式4-3】某实验小组拟在实验室模拟工业合成氨，并进行氨的催化氧化。 I．实验室模拟合成氨的流程如下： 已知：实验室可用饱和亚硝酸钠（）溶液与饱和氯化铵溶液经加热后反应制取氮气。 （1）图甲中实验室制取氢气的装置是 （填a、b或者c）。写出用饱和亚硝酸钠溶液与饱和氯化铵溶液制取的化学方程式： 。 （2）氮气和氢气通过乙装置，乙装置的作用除了将气体混合外，还有 、 。 II．氨的催化氧化 （3）氨合成器出来经冷却的气体连续通入丙装置的水中，吸收氨气不会发生倒吸，原因是 。 （4）用丙装置吸收一段时间氨后，再通入空气，同时将经加热的铂丝插入丙装置的锥形瓶内，铂丝表面发生主要反应的化学方程式为 ，能使铂丝保持红热的原因是 ，锥形瓶中还可观察到的现象是 。 （5）反应结束后锥形瓶中的溶液含有的离子有、、 、 。 【题型5 自然界中的氮循环】 【例5】回答下列问题。 （1）下图所示为自然界中的氮循环。下列说法中错误的是___________。 A．氧元素参与了氮循环 B．②中合成氨属于人工固氮 C．①和③中氮元素均被氧化 D．含氮有机物和含氮无机物可相互转化 （2）氮是地球上含量丰富的元素。下列关于氮的化合物说法正确的是_________。 A．溶于水呈碱性，所以是电解质 B．图中呈现了三种固氮方式 C．“雷雨发庄稼”的原因是生成铵态氮肥 D．和在通常状况下不发生化学反应 （3）化肥氯化铵可以补充土壤中的N元素，施用氯化铵时需要注意避免烈日曝晒，请写出氯化铵中存在的化学键为 。 （4）与某含氮化合物常用于检验的存在，该含氮化合物的化学式为 。 （5）写出N在周期表中的位置 ，N2的结构式为 。 （6）铵态氮（）与亚硝态氮（）可以在氨氧化细菌的作用下转化为氮气。该反应中，当产生氮气时，转移电子的物质的量为 。 【变式5-1】自然界的氮循环如图所示，回答下列问题。 （1）写出氮分子的电子式 。 （2）①、②、③中，属于氮的固定的是 。 （3）雷雨天转化为的流程为： ①转化为NO的化学方程式是 。 ②转化为的反应中，体现的化学性质为 （请填写代码）。 a．氧化性        b．还原性            c．氧化性和还原性 （4）也可以转化为，写出工业合成氨的化学方程式 。 【变式5-2】自然界中的氮循环部分过程如图所示，回答下列问题： （1）①自然界中实现路径Ⅰ的固氮方式可能是 （任写一种）。 ②在哈伯等科学家的努力下，路径Ⅱ已实现工业大规模合成氨，反应方程式为 。 （2）实验室的硝酸一般储存在棕色瓶中，涉及的化学方程式为 。 （3）除反硝化作用外，铵态氮（）与亚硝态氮（）也可以在细菌的作用下转化为氮气。请写出所涉及的离子反应方程式 。该反应中，当产生0.02mol氮气时，转移电子的物质的量为 。 【变式5-3】下图所示的氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分。 （1）下列说法中错误的是________（填字母）。 A．图中①和②的转化过程属于氮的固定 B．③和④的转化说明含氮有机物和含氮无机物可以相互转化 C．发生⑤转化的过程中，氮元素被还原 D．⑥是在反硝化细菌作用下的反硝化过程，该过程有助于弥补人工固氮对氮循环造成的影响 （2）氮循环过程中发生的反应之一可表示为，该反应中每生成转移的电子数目是 NA。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 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