课时梯级训练(5) 氮的固定（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中化学必修第二册（苏教版2019）

课时梯级训练(5)　氮的固定 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．众所周知，一氧化氮是一种大气污染物，是吸烟、汽车尾气及垃圾燃烧等释放出的有害气体，但是这种最常见、最简单的气体小分子在生物体内却是一种重要的信使分子，具有保护心血管，降低血压的作用。下列关于NO的说法错误的是(　　) A．NO属于一种大气污染物，易结合血红蛋白使人中毒 B．NO可以是某些低价含氮物质的氧化产物 C．可以用向上排空气法收集NO D．NO在一定条件下也可作氧化剂 C　解析：因NO可与空气中的O2反应生成NO2，故NO不能用向上排空气法收集，只能用排水法收集。 2．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，试管完全被水充满。原来试管中盛装的(　　) A．可能是N2与NO2的混合气体 B．可能是O2与NO2的混合气体 C．不可能是NO与NO2的混合气体 D．只能是NO2一种气体 B　解析：若是N2与NO2的混合气体，无论鼓入多少氧气，最后都有N2剩余，试管内不可能完全被水充满，A不符合题意；若是O2与NO2的混合气体，由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，可知，当＞4时，NO2有剩余，剩余的NO2和水反应产生NO，故试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内不断鼓入氧气后，4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，故试管能被水充满，B符合题意；若是NO与NO2的混合气体，开始时，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，气体体积减小，但有NO剩余，当向试管内不断鼓入适量的氧气后，4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，试管内的气体完全被水吸收，C不符合题意；O2与NO2可在溶液中发生反应，4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，试管内能完全被水充满，可能是NO2，D不符合题意。 3．氮的氧化物性质探究实验如下： 步骤1：在一支50 mL的注射器中充入20 mL无色气体NO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，如图所示。振荡注射器，无明显现象。 步骤2：打开弹簧夹，快速吸入少量O2后夹上弹簧夹，气体变成红棕色。 步骤3：振荡注射器，气体又变为无色，溶液仍无色。 下列说法不正确的是(　　) A．步骤1说明NO难溶于水 B．步骤2中红棕色气体是NO2 C．步骤3中发生反应的氧化剂和还原剂的质量之比为2∶1 D．重复步骤2、步骤3多次，可使NO充分转化 C　解析：NO不溶于水，不与水反应，A正确；步骤2中发生反应2NO＋O2===2NO2，NO2显红棕色，B正确；步骤3中发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，氧化剂、还原剂均为NO2，物质的量之比为1∶2，质量之比也为1∶2，C错误；重复步骤2、步骤3多次，发生总反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，D正确。 4．利用某分子筛作催化剂，NH3可脱除工厂废气中的NO、NO2(脱硝)，反应机理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．NO、NO2都能溶于水 B．反应①②中均有电子转移 C．M包含的物质为H2O和N2 D．反应④每生成0.1 mol N2，有0.2 mol H＋生成 C　解析：NO不溶于水，A错误；NH3、NH中氮元素均显－3价，反应①是非氧化还原反应，没有电子转移，B错误；[(NH4)2(NO2)]2＋＋NO―→[(NH4)(HNO2)]＋＋H＋＋M，由原子守恒可知，M中含H2O和N2，C正确；反应④为[(NH4)(HNO2)]＋===N2＋2H2O＋H＋，生成0.1 mol N2的同时，可生成0.1 mol H＋，D错误。 5．实验室以空气和镁为原料制备 Mg3N2 的装置如图所示(夹持和加热装置略去)： 下列说法正确的是(　　) A．装置A、B中可依次加入浓硫酸、NaOH溶液 B．若去掉装置C，对产品纯度无影响 C．实验时应先加热装置C，通入一段时间空气后再加热装置D D．装置E中碱石灰的作用是吸收尾气 C　解析：要制备氮化镁，需要除去空气中的氧气、CO2和水蒸气，则装置A、B中可依次加入NaOH溶液、浓硫酸，A错误；若去掉装置C，镁与氧气反应生成氧化镁，对产品纯度有影响，B错误；实验时，应先加热装置C，通入一段时间空气除去氧气，然后再加热装置D，C正确；装置E中碱石灰的作用是吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，避免进入装置D中干扰实验，D错误。 6．为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如下实验：按图组装好实验装置，并检查装置气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。 (1)打开止水夹，推动针筒活塞，使O2进入烧瓶，关闭止水夹，观察到的现象是________________________，原因是________________________________________________。 (2)然后轻轻摇动烧瓶，烧瓶中观察到的现象是______________________，产生此现象的原因是______________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)若最后烧瓶中充满了水，则原烧瓶中NO与通入O2的体积之比为________(同温同压下)。用化学方程式说明原因______________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)烧瓶中气体由无色变为红棕色　发生了反应2NO＋O2===2NO2 (2)烧瓶中红棕色气体又变为无色　烧杯中水倒吸到烧瓶中(或烧瓶中液面上升)，发生了反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO (3)4∶3　4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 解析：(1)无色的NO能与O2反应产生红棕色的NO2。 (2)轻轻摇动烧瓶，使得NO2与水发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，所以烧瓶中红棕色气体又变为无色，因为烧瓶内气体的量减少，引起烧瓶内气体的压强降低，所以烧杯内的水会倒吸入烧瓶中，使烧瓶中液面上升。 (3)发生的反应为①2NO＋O2===2NO2，②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，①×3＋②×2可得化学方程式：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，当NO与O2的体积之比为4∶3时，NO完全溶于水。 7．氮元素在海洋中的循环，是整个海洋生态系统的基础和关键。海洋中无机氮的循环过程可用如图表示。下列关于海洋氮循环的说法正确的是(　　) A．海洋中的氮循环起始于氮的氧化 B．海洋中的氮循环属于固氮作用的是③ C．海洋中的反硝化作用一定有氧气的参与 D．向海洋排放含NO的废水，会影响海洋中NH的含量 D　解析：海洋中的氮循环起始于N2―→NH，即起始于氮的还原，A错误；海洋中的氮循环属于固氮作用的是②，B错误；反硝化作用中氮元素化合价降低，被还原，而O2是常见的氧化剂，不需要有O2参与，C错误；根据转化关系图可知，若向海洋排放含NO的废水，会使NO增多，反硝化作用增强，海洋中N2增多，从而影响海洋中NH的含量，D正确。 8．NH3和NO2在催化剂作用下反应：8NH3＋6NO2===7N2＋12H2O。若还原产物比氧化产物少0.1 mol，则下列判断不正确的是(　　) A．转移电子2.4NA B．生成的气体冷却至标准状况，体积为15.68 L C．还原剂比氧化剂多0.2 mol D．被还原的氮原子是11.2 g D　解析：在该反应中NH3被氧化为N2，NO2被还原为N2，反应每产生7 mol N2，还原产物比氧化产物少1 mol，电子转移24 mol。若还原产物比氧化产物少0.1 mol，则反应产生0.7 mol N2，转移电子2.4 mol，则转移的电子数目为2.4NA，A正确；反应产生0.7 mol N2，其在标准状况下的体积V(N2)＝0.7 mol×22.4 L·mol－1＝15.68 L，B正确；当反应产生7 mol N2时，消耗8 mol还原剂NH3，消耗6 mol氧化剂NO2，还原剂比氧化剂多2 mol，还原产物比氧化产物少1 mol。若还原产物比氧化产物少0.1 mol，则消耗的还原剂比氧化剂的物质的量多0.2 mol，C正确；根据化学方程式可知：反应产生7 mol N2时，被还原的N的物质的量是6 mol，还原产物比氧化产物少1 mol。则当还原产物比氧化产物少0.1 mol时，被氧化的N的物质的量是0.6 mol，其质量m(N)＝0.6 mol×14 g·mol－1＝8.4 g，D错误。 9．用如图所示装置探究Cl2和NO2在NaOH溶液中的反应，若通入适当比例的Cl2和NO2，即发生化学反应Cl2＋2NO2＋4NaOH===2NaNO3＋2NaCl＋2H2O。 下列叙述正确的是(　　) A．实验室中用二氧化锰与1 mol·L－1的盐酸共热制备氯气 B．装置Ⅰ中盛放的试剂是浓硫酸，作用是干燥氯气 C．装置Ⅲ的作用是便于控制通入NO2的量 D．若制备的NO2中含有NO，应将混合气体通入水中以除去NO C　解析：实验室中用二氧化锰与浓盐酸共热制取氯气，而1 mol·L－1的盐酸是稀盐酸，因此不能发生反应制取氯气，A错误；该实验不需要保证氯气是干燥的，所以装置Ⅰ中盛放的试剂是饱和NaCl溶液，作用是除去氯气中的杂质HCl气体，B错误；由于NO2气体不能在CCl4中溶解，气体通过装置Ⅲ，可根据导气管口气泡的多少，观察气体流速，因此其作用是便于控制通入NO2的量，C正确；若制备的NO2中含有NO，将混合气体通入水中，会发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，最后导致气体完全变为NO，D错误。 10．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很有必要。 (1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下： NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O　① 2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O　② 在反应①中，氧化剂是_______，还原剂是________，在反应②中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。 (2)汽车尾气中含有CO和NO，减少这两种物质对大气污染的方法是安装催化转化器，将它们转化为N2和CO2，反应的化学方程式为__________。 (3)由反应②判断二氧化氮是否为酸性氧化物(填“是”或“不是”)________，原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)目前有一种治理方法是在一定条件下，用NH3将二氧化氮转化为无污染的物质，请写出该反应的化学方程式：_______________________________________________________ ________________________________________________________________________，该反应中，氧化剂是______，氧化产物是______，生成1.4 mol氮气时，转移电子的物质的量为________。 (5)为了保护环境，工业上常通入NH3使氮的氧化物转化为无毒的N2。现有NO2和NO的混合气体3 L，通入3 L(同温同压下)NH3，恰好使其完全转化为N2，则原混合气体中NO2和NO的物质的量之比为________。 答案：(1)NO2　NO　1∶1 (2)2NO＋2CON2＋2CO2 (3)不是　二氧化氮与碱反应生成两种盐，且氮元素化合价发生变化 (4)6NO2＋8NH37N2＋12H2O　NO2　N2　4.8 mol (5)1∶1 解析：(1)在反应①中NO2中的氮元素化合价降低作氧化剂，NO中氮元素化合价升高作还原剂；在反应②中氧化剂和还原剂都是NO2，它们的物质的量之比为1∶1。 (2)根据原子守恒定律结合题目信息可知，反应的化学方程式为2NO＋2CON2＋2CO2。 (3)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。 (4)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和NH3中－3价的N转化为N2，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。 (5)设NO2的体积为x，则NO的体积为(3 －x)。NO2N2，NON2，NH3N2。根据得失电子守恒原理得：×4＋×2＝×3，解得x＝1.5 L。因为同温同压下气体的物质的量之比等于其体积之比，所以n(NO2)∶n(NO)＝1∶1。 11．氮在自然界中的转化是一个复杂的过程，涉及地球上生物的方方面面。 (1)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、氧三种元素也参与了氮循环 (2)汽车尾气中的NO和NO2，是造成大气污染的主要物质。 ①写出NO生成酸雨反应的两个化学方程式_____________________________________ _____________________________________________。 ②在汽车尾气排放管中安装一个催化转化器，可让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___________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③用O2­NaOH吸收法可以除去烟道气中的NO2，反应的化学方程式是_______________ ________________________________________________________________________。 (3)用化学方程式表示工业上以NH3为原料生产HNO3的第一步_____________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)A (2)①2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　②2NO＋2CON2＋2CO2　③4NO2＋O2＋4NaOH===4NaNO3＋2H2O (3)4NH3＋5O24NO＋6H2O 解析：(1)硝酸盐中氮元素的化合价为＋5，被细菌分解变成大气中氮气，氮元素的化合价由＋5→0，属于被还原，A错误；工业合成氨是将N2与H2在一定条件下反应生成NH3，属于人工固氮，B正确；氮循环中铵盐和蛋白质可相互转化，铵盐属于无机物，蛋白质属于有机物，含氮无机物和含氮有机物可相互转化，C正确；碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环，如蛋白质的制造需要碳元素，又如N2在放电条件下与O2直接化合生成无色且不溶于水的一氧化氮气体，N2＋O22NO，氧元素参与，二氧化氮易与水反应生成硝酸(HNO3)和一氧化氮，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，氢元素参加，D正确。 (2)①一氧化氮易被氧气氧化为二氧化氮，2NO＋O2===2NO2，二氧化氮可以和水反应生成硝酸和一氧化氮，即3NO2＋H2O===2HNO3＋NO；②在汽车尾气排放管中安装一个催化转化器，可让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；③用O2­NaOH吸收法除去烟道气中的NO2生成NaNO3和水，根据得失电子守恒，发生反应的化学方程式是4NO2＋O2＋4NaOH===4NaNO3＋2H2O。 (3)工业上利用NH3催化氧化生成NO，NO氧化为NO2，NO2溶于水得到HNO3，其中氨催化氧化生成NO的化学方程式为4NH3＋5O24NO＋6H2O。 12．一位同学在复习时遇到这样一道习题：某无色溶液中可能含有H＋、OH－、Na＋、NO，加入铝粉后，只产生H2，问该无色溶液中能大量存在哪几种离子。已知：铝与稀硝酸反应时，主要生成气体NO，NO在空气中会进一步氧化为红棕色的NO2气体。 (1)未开始实验前，________(填“能”或“不能”)确定溶液的酸碱性；加入铝粉产生H2，说明铝具有________(填“氧化性”或“还原性”)。 (2)该同学分析：若H＋大量存在，则NO就不能大量存在。设计实验证实如下： 装置 现象 ⅰ.实验初始，未见明显现象 ⅱ.过一会儿，出现气泡，液面上方呈浅棕色 ⅲ.试管变热，溶液沸腾 ①盐酸溶解Al2O3薄膜的离子方程式是_________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②根据现象ⅱ，推测溶液中产生了NO，将生成NO的离子方程式补充完整： ________Al＋________NO＋________===________Al3＋＋________NO↑＋________。 (3)再假设：若OH－大量存在，NO也可能大量存在。重新设计实验证实如下： 装置 现象 ⅰ.实验初始，未见明显现象 ⅱ.过一会儿，出现气泡，有刺激性气味，经检验该气体含NH3 在NaOH溶液中加入铝粉，结果只检验出有H2生成，其化学方程式是_______________ ________，该反应的氧化剂为________。 (4)由上述实验得出：该溶液的溶质为________。 答案：(1)能　还原性 (2)①Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O　②Al＋NO＋4H＋===Al3＋＋NO↑＋2H2O (3)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑　H2O　(4)NaOH 解析：(1)无色溶液中可能含有H＋、OH－、Na＋、NO，加入铝粉后，只产生H2，因硝酸具有强氧化性，若有硝酸则会产生红棕色气体，则无色溶液应为NaOH溶液，开始实验前能确定溶液的酸碱性；加入铝粉产生H＋，Al失去电子，H＋得到电子，则Al为还原剂，具有还原性。 (2)①盐酸与氧化铝反应生成氯化铝和水，该离子方程式为6H＋＋Al2O3===2Al3＋＋3H2O；②Al与H＋、NO发生氧化还原反应生成硝酸铝、NO和水，根据得失电子守恒配平得离子方程式为Al＋NO＋4H＋===Al3＋＋NO↑＋2H2O。 (3)NaOH溶液中加入铝粉，结果只检验出有H2生成，即反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的化学方程式为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑；反应中H2O中氢元素化合价降低，得电子作氧化剂。 (4)由习题中只检验出H2生成，则说明是铝和氢氧化钠溶液反应，则溶质为NaOH。 学科网（北京）股份有限公司 $$