3.2 氮及其重要化合物 第1课时（同步讲义） 化学沪科版2020必修第一册

第3章 硫、氮及其循环 3.2 氮及其化合物 第1课时 固氮 教学目标 1.了解自然界及人工固氮的常见方式，明确固氮对氮循环及农业生产的意义； 2. 掌握氨气的物理性质（色、味、态、溶解性）和化学性质（与水、酸、氧气的反应），能书写相关化学方程式； 3. 学会氨气的实验室制备原理、装置选择及收集方法，能分析尾气处理思路； 4. 能结合性质解释氨气的用途，培养运用化学知识解决实际问题的能力。 重点和难点 重点： 1.氨气的化学性质及相关化学方程式书写； 2.氨气的实验室制备原理、装置选择、收集方法及尾气处理。 难点： 1.氨水中的微粒组成及氨水的弱碱性原理； 2.实验室制备氨气时，装置气密性检查、收集时验满方法及尾气防倒吸装置的设计思路。 ◆知识点一 氮气 （一）氮的原子结构 氮原子最外电子层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。因此氮原子一般通过共用电子对与其它原子相互结合构成物质。 氮的原子结构 常见的化合价有 、 、 、 、 、 ， 其氧化物有 、 、 、 、 、 共有六种， 其中 是HNO3的酸酐， 是HNO2的酸酐（氮的氧化物都有毒）。 （二）氮元素的存在 a.游离态:以氮分子的形式存在于空气中。  b.化合态:存在于动植物体内的蛋白质中,以及土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。 （三）氮气 1.物理性质 纯净的N2是一种无色无味的气体，难溶于水，在空气中约占五分之四左右。 2.化学性质 （1）常温下，N2的化学性质不活泼，可代替稀有气体作保护气体。 原因： （2）在放电条件或高温下 跟氧气化合生成 （3）镁在氮气中燃烧： （4）人工合成氨： 即学即练 1．九江三中一年一度科技文化艺术节“跳蚤市场游园”活动异常火爆，各种“烘烤炸煮”美食挑逗味蕾。其中空气炸锅的工作原理是让高温空气吹烤食物，达到煎炸效果。高温空气中含量最多的是 A．氧气 B．氮气 C．稀有气体 D．二氧化碳 2．物质的性质决定用途。下列有关说法错误的是 A．氮气无色无味，可作保护气 B．熟石灰具有碱性，可改良酸性土壤 C．小苏打有弱碱性，可治疗胃酸过多 D．石墨具有导电性，可作电极 3．下列关于氮及其化合物的说法中错误的是 A．通常情况下性质很稳定，可以在电焊时作保护气 B．能使酚酞溶液变红，证明是碱 C．反应是汽车尾气造成污染的主要原因之一 D．反应证明铵盐受热易分解 ◆知识点二 固氮 1．氮元素的存在 （1）游离态：以氮 的形式存在于空气中。 （2）化合态：存在于动植物体内的 中,以及土壤、海洋里的 和铵盐中。 2.氮的固定 （1）含义：将大气中 的氮转化为含氮 的过程叫做氮的固定。 （2）途径分类： ①天然固氮：包括生物固氮、大气固氮。 a.生物固氮：豆科植物的根部常附有的小根瘤中含有 ，能把空气中游离的氮变成 作为养分吸收，所以这些植物可以少施肥，甚至不施肥。 b.大气固氮：闪电时，大气中的氮转化为 ，经降水生成极稀的 ，渗入土壤被植物根系吸收。化学反应方程式：N2+O2放电 (=====)2NO、2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO。 ②人工固氮：氮气和氢气在高温、高压并有催化剂存在的条件下，可以直接化合生成 。 N2+3H22NH3 即学即练 1．自然界中氮循环示意图如下，下列说法错误的是 A．图中共表示了两条固氮的途径 B．人类活动会对氮循环产生影响 C．硝酸盐参与到多条氮循环线路中 D．动植物体内氮主要存在于蛋白质中 2．以下起固定氮的作用的化学反应是 A．N2和H2在一定条件下反应生成NH3 B．NO与O2反应生成NO2 C．NH3经催化氧化生成NO D．由NH3制碳酸氢铵和硫酸铵 3．下列关于氮元素及氮气性质的说法中，错误的是 A．植物从土壤中吸收N、N转化为氨基酸 B．植物秸秆燃烧时释放出氮氧化物，参与了氮的循环 C．N2的化学性质不活泼，故N2不支持燃烧 D．大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环 ◆知识点三 氮的氧化物 1．氮元素的价态与氧化物 类别 N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 价态 +1 +2 +3 +4 +4 +5 特别提醒 ①氮的氧化物均为有毒气体； ②其中 N2O5 是HNO3的酸酐，N2O3是HNO2的酸酐，其它都不是酸酐。 2．一氧化氮和二氧化氮的性质 （1）物理性质 物质 颜色 状态 气味 毒性 水溶性 NO NO2 （2）化学性质 ①与O2反应：2NO+O22NO2（NO不能用排空气法收集），NO2不反应。 ②与H2O反应：3NO2+H2O2HNO3+NO（工业制硝酸），NO不反应。 特别提醒 工业上生产硝酸时，向吸收后的废气中再通入适量的氧气或空气,能充分利用原料，并能减少NO的排放以保护环境。 即学即练 4．下列对NO、NO2的描述正确的是 A．NO是红棕色气体，易溶于水，是酸性氧化物 B．NO在人体内作为“信使分子”能扩张血管，提高免疫力等，因此大气中的NO对人体无害 C．NO、NO2在一定条件下可相互转化 D．NO、NO2互为同素异形体，且NO2能与水反应，不能用排水法收集 5．下列说法正确的是 A．实验室能用排空气法收集N2、NO和NO2 B．工业上可以用N2冷却镁蒸气 C．除去NO中的NO2气体可以使混合气体通过蒸馏水 D．NO、NO2、N2O3、N2O5都属于酸性氧化物 6．下列关于和的说法正确的是 A．在一定条件下可相互转化 B．常温下都是无色气体 C．均可用排空气法收集 D．均可由和反应直接制备 一、一氧化氮和二氧化氮 1．NO和NO2性质的对比 NO NO2 色、态、 味、毒性 无色、无味 红棕色、刺激性气味 有毒气体 水溶性 不溶 易溶且与水反应 与O2反应 2NO＋O2===2NO2 与H2O反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 与O2、H2O 共同反应 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 氧化性 6NO＋4NH35N2＋6H2O 6NO2＋8NH37N2＋12H2O，NO2＋SO2===SO3＋NO，NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝 2.常见的NOx尾气处理方法 ①碱液吸收法 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。一般适合工业尾气中NOx处理。 ②催化转化法 在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。 3．氮的氧化物溶于水的计算 (1)原理 解答氮的氧化物溶于水的计算问题首先明确原理，无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,2NO＋O2===2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不能是NO2。 (2)方法——加合式法 ①NO2和O2混合气体溶于水的计算 由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知： V(NO2)∶V(O2) ③NO与O2同时通入水中 2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 总的化学方程式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 可知： V(NO)∶V(O2) ③NO2、NO、O2三种混合气体通入水中： a．可先将NO和O2转化为NO2，再按上述各种情况分别处理。 b．也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3情况处理。 实践应用 1．在同温同压下，将等体积混合而成的四组气体：①；②；③；④，分别通入体积相同的试管，并立即倒立于如图所示的水槽中，待试管内液面稳定后，剩余气体体积依次为、、、，则剩余气体体积最多的是 A． B． C． D． 2．同温、同压下，在3支体积相同的试管中分别充有体积比为1∶1的混合气体，它们是：①NO、；②、；③、。现将3支试管均倒置于水槽中充分反应后(假设溶液不扩散)，所得溶液浓度大小关系正确的是 A．①=③>② B．①=②>③ C．②>③>① D．③>①>② 3．足量的铜与一定量的浓硝酸充分反应，得到6.72L(已折算为标准状况)与NO的混合气体，这些气体与一定体积的混合后通入水中，恰好被完全吸收生成硝酸。向所得硝酸铜溶液中加入溶液，恰好沉淀完全。下列说法正确的是 A．与浓硝酸反应的Cu为0.3mol B．消耗氧气的体积为，1.12L(标准状况) C．参加反应的是0.45mol D．混合气体中NO的体积分数约为33% 考点一 氮气 【例1】氮气在一定条件下会变为超临界流体，超临界氮气具有极强的扩散能力和溶解能力。下列说法不正确的是 A．超临界氮气可能在某些特定的条件下作溶剂使用 B．超临界氮气中氮气分子不再运动 C．超临界氮气中氮气分子与空气中氮气分子大小相同 D．超临界氮气与氮气的化学性质相同 解题要点 常温下，氮气化学性质稳定 【变式1-1】性质决定用途。下列物质性质与应用对应关系正确的是 A．氯化钠来源广泛，可用电解饱和氯化钠溶液的方法制备金属钠 B．淀粉来源广泛，可用于发酵法制备谷氨酸钠 C．氮气在空气中含量最高，可用作焊接镁铝合金的保护气 D．浓硫酸与铁常温下不反应，可用铁质容器储存浓硫酸 【变式1-2】空气是一种宝贵的自然资源。下列有关空气的说法不正确的是 A．火箭升空可使用氧气作燃料 B．空气中分离出来的氮气可用于食品防腐 C．稀有气体可用作霓虹灯 D．臭氧、二氧化氮、一氧化碳都是空气污染物 考点二 氮的固定 【例2】自然界的氮循环如图所示，下列说法正确的是 A．①中与反应生成是自然固氮 B．②中合成氨属于人工固氮 C．③中的氮元素被氧化 D．氮循环过程中没有氧元素参加 解题要点 【变式2-1】植物对氮元素的吸收过程如下，下列说法正确的是 植物吸收 A．高温有利于加快过程① B．浇水和松土有利于过程② C．过程③中被还原 D．过程④叫做氮的固定 【变式2-2】硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、农药、炸药、燃料等，工业上制硝酸的原理如下图所示，下列说法正确的是 A．反应①实现了氮的固定 B．反应②中，被还原 C．不能直接被氧化生成NO D．反应④中只是还原剂 考点三 氮的氧化物 【例3】下列对NO和NO2的描述正确的是 A．NO2与水的反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂 B．NO是无色气体，可用向上排空气法收集 C．NO2可由N2和O2直接化合得到 D．从元素化合价角度看，NO只有还原性 解题要点 氮氧化物 氮元素化合价 俗称 颜色、状态 主要性质 N2O +1 笑气 无色气体 具有麻醉作用 NO +2 / 无色气体 难溶于水，易被氧化成NO2（2NO+O2 = 2NO2） N2O3 +3 亚硝酐 蓝色气体 N2O3 + H2O = 2HNO2 NO2 +4 / 红棕色气体 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 有强氧化性 N2O5 +5 硝酐 白色固体 N2O5 + H2O = 2HNO3 【变式3-1】下列关于一氧化氮的叙述正确的是 A．一氧化氮是一种红棕色气体 B．常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合 C．一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到 D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集 【变式3-2】下列关于的性质描述中，不正确的是 A．呈红棕色 B．有刺激性气味 C．难溶于水 D．与水反应能够生成 基础达标 1．（24-25高一上·上海·期中）若仅通过下列物质消耗空气中O2后直接得到氮气，最宜选用以下可燃物中的是 A．H2 B．C C．S D．Cu 2．（23-24高一下·上海·期中）下列过程中不属于氮的固定的是 A．氮气在根瘤菌作用下生成NO B．工业合成氨 C．氨气转化为氯化铵晶体 D．雷雨天产生NO 3．（23-24高一下·上海·期中）氮循环和硫循环是自然界中两种重要的元素循环过程。关于这两种循环正确的是 编号 比较 氮循环 硫循环 ① 异 氮元素会进入大气 硫元素不会进入大气 ② 氮元素可以有机化合物形式参与循环 硫元素都以无机物形式参与循环 ③ 同 人类活动对氮循环和硫循环都造成了巨大影响 ④ 氮循环和硫循环对环境的影响都能导致温室效应 A．① B．② C．③ D．④ 4．（22-23高一下·上海静安·期中）下列属于氮的固定的是 A．雷雨闪电时空气中的N2和O2化合生成NO B．NH4Cl和Ca(OH)2反应生成NH3 C．豆科作物把含氮化合物转变为蛋白质 D．将氨转化为硝酸，再转化为其他含氮的化合物 5．（高一上·上海浦东新·期末）我国科学家实现了用氮气、二氧化碳和水在常温下合成尿素。该方法属于 A．人工固氮 B．自然固氮 C．大气固氮 D．生物固氮 6．（高一下·上海·期中）“雷雨发庄稼”是一句俗语，它包涵一定的科学道理，从化学的角度分析，下列化学反应在这个过程中不会发生的是 A．N2+O22NO B．2NO+O22NO2 C．3NO2+H2O2HNO3+NO↑ D．N2+2O22NO2 7．（高一下·上海浦东新·期末）下列物质不能用单质之间反应制得的是 A． B．CuS C． D．NO 综合应用 1．（23-24高一下·上海·阶段练习）自然界中需要细菌参与的氮循环过程如图示。下列说法正确的是 A．根瘤菌可参与过程② B．硝化细菌可参与过程⑥ C．过程①、③均属于固氮过程 D．过程④、⑤过程中氮元素均被还原 2．（23-24高一上·上海宝山·期中）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．氨气溶于水呈碱性，所以NH3是电解质 B．自然固氮有三种方式 C．“雷雨发庄稼”的原因是生成硝态氮肥 D．氨气和水在通常状况下不发生化学反应 3．（25-26高一·上海·假期作业）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，其部分工艺流程如下： 已知：在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解反应生成NO。下列说法错误的是 A．上述工艺的“吸收”过程中，硝酸工业的尾气从吸收塔底部进入，石灰乳从吸收塔顶部喷淋，目的是提高尾气中NO、NO2的吸收效率 B．为提高Ca(NO2)2的产率及纯度，n(NO)∶n(NO2)应控制为1∶2 C．滤渣的主要成分为Ca(OH)2 D．生产中溶液需保持弱碱性 4．（23-24高一下·上海·阶段练习）用溶液可处理(和的混合物，假设不含)。已知不能与溶液反应。 ①； ②。 当被溶液完全吸收时，x的值不可能是 A．1.9 B．1.7 C．1.5. D．1.3 5．（24-25高一下·上海·期中）有研究表明，有氧条件下，NO在催化剂V2O5作用下可被NH3还原为N2，该过程称为脱硝反应，其机理如图所示。 (1)脱硝总反应的化学方程式为 。 (2)按上述过程进行催化脱硝。反应一定的时间，NH3和NO的转化率与温度的关系如图所示。试推测，超过200℃后，NO转化率急剧下降，而NH3仍维持较高的原因是 。 6．（24-25高一下·上海·期中）汽油车排气管含有一段负载“三元催化剂”的蜂窝状陶瓷管结构，能将NO和CO高效催化转化成两种无污染的气体。柴油车中柴油更难充分燃烧，尾气中含大量颗粒物。相比于汽油车，柴油车需要更大的空燃比(空气/燃料气的体积比)来充分反应。 (1)三元催化剂的载体为蜂窝状的原因是 ，该处发生的化学方程式为 。 (2)柴油车需要添加一定的尿素可以明显减少其产生的NO污染。尿素的化学式为 ，该过程利用了尿素的 (填“氧化性”或“还原性”)。 (3)根据信息推测，柴油车不带有三元催化剂的原因可能是 。 拓展培优 1．（高一上·上海·期末）有mmLNO2、nmLNO、nmLO2(m＞n)混合气体通入过量水，剩余气体体积为 A． B． C． D． 2．（高一下·上海松江·期末）实验室可用烧碱溶液吸收NO2和NO，(已知，)，当消耗100mL，的烧碱溶液时，标准状况下共吸收混合气体的体积为 A．1.12L B．2.24L C．3.36L D．4.48L 3．（24-25高一下·上海青浦·期中）为探究某种催化剂在有氧条件下还原NOx的最佳温度，将一定比例的O2、NH3和NOx混合，以一定的流速通过催化NOx还原反应器[如图(a)]，反应相同时间后测得NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图(b)所示。 (1)配平化学方程式： 。(注：NOx和NH3按物质的量1：1发生反应) (2)上述反应中，N2属于___________(双选) A．氧化剂 B．还原剂 C．氧化产物 D．还原产物 (3)当反应温度高于380℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是 。 (4)在一个容积为500mL的烧瓶中，按体积比4：1充入NO2与O2，在S.T.P。状态下进行喷泉实验，充分反应后所得溶液浓度为 mol·L-1(写出计算过程，结果保留三位小数)。 4．（23-24高一下·上海·期末）过量使用尿素会造成水体中氨氮(和中的氮元素)浓度过量。可向水体中加入溶液，氨氮被氧化为而除去。对氨氮去除率和总氮去除率的影响如下图所示。 (1)较大时，氨氮去除率较高，但总氮去除率有所下降，此时留在水体中的含氮微粒可能是___________。 A． B． C． D． (2)某废水中氨氮浓度为，先用沉淀法处理废水，氨氮去除率为81%。过滤后再向滤液中加入溶液，氨氮浓度下降为，则处理每升废水需要物质的量是 (写出计算过程)。 注：①氮元素只被氧化为；②废水1L，去除氨氮后溶液体积为2L。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3章 硫、氮及其循环 3.2 氮及其化合物 第1课时 固氮 教学目标 1.了解自然界及人工固氮的常见方式，明确固氮对氮循环及农业生产的意义； 2. 掌握氨气的物理性质（色、味、态、溶解性）和化学性质（与水、酸、氧气的反应），能书写相关化学方程式； 3. 学会氨气的实验室制备原理、装置选择及收集方法，能分析尾气处理思路； 4. 能结合性质解释氨气的用途，培养运用化学知识解决实际问题的能力。 重点和难点 重点： 1.氨气的化学性质及相关化学方程式书写； 2.氨气的实验室制备原理、装置选择、收集方法及尾气处理。 难点： 1.氨水中的微粒组成及氨水的弱碱性原理； 2.实验室制备氨气时，装置气密性检查、收集时验满方法及尾气防倒吸装置的设计思路。 ◆知识点一 氮气 （一）氮的原子结构 氮原子最外电子层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。因此氮原子一般通过共用电子对与其它原子相互结合构成物质。 氮的原子结构 常见的化合价有 ＋1 、 ＋2 、 ＋3 、 ＋4 、 ＋5 、 －3 ， 其氧化物有 N2O 、 NO 、 N2O3 、 NO2 、 N2O4 、 N2O5 共有六种， 其中 N2O5 是HNO3的酸酐， N2O3 是HNO2的酸酐（氮的氧化物都有毒）。 （二）氮元素的存在 a.游离态:以氮分子的形式存在于空气中。  b.化合态:存在于动植物体内的蛋白质中,以及土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。 （三）氮气 1.物理性质 纯净的N2是一种无色无味的气体，难溶于水，在空气中约占五分之四左右。 2.化学性质 （1）常温下，N2的化学性质不活泼，可代替稀有气体作保护气体。 原因：氮分子内两个氮原子间以共价三键结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常难以与其它物质反应。 （2）在放电条件或高温下 氮气 跟氧气化合生成 一氧化氮 N2＋O22NO （3）镁在氮气中燃烧：3Mg＋N2Mg3N2； （4）人工合成氨：N2＋3H22NH3； 即学即练 1．九江三中一年一度科技文化艺术节“跳蚤市场游园”活动异常火爆，各种“烘烤炸煮”美食挑逗味蕾。其中空气炸锅的工作原理是让高温空气吹烤食物，达到煎炸效果。高温空气中含量最多的是 A．氧气 B．氮气 C．稀有气体 D．二氧化碳 【答案】B 【分析】空气中各成分的体积分数分别是：氮气大约占空气体积的78%、氧气大约占空气体积的21%、稀有气体大约占空气体积的0.94%、二氧化碳大约占空气体积的0.03%、水蒸气和其它气体和杂质大约占0.03%，据此分析。 【详解】高温空气和普通空气中各成分的含量—致。由于空气中各成分的体积分数分别是：氮气大约占空气体积的78%、氧气大约占空气体积的21%、稀有气体大约占空气体积的0.94%、二氧化碳大约占空气体积的0.03%、水蒸气和其它气体和杂质大约占0.03%，所以高温空气中含量最多的是N2，故合理选项是B。 2．物质的性质决定用途。下列有关说法错误的是 A．氮气无色无味，可作保护气 B．熟石灰具有碱性，可改良酸性土壤 C．小苏打有弱碱性，可治疗胃酸过多 D．石墨具有导电性，可作电极 【答案】A 【详解】A．氮气可用作保护气，是因为它的性质不活泼，与它的无色无味无关，A错误； B．熟石灰具有碱性，能与酸发生中和反应，可改良酸性土壤，B正确； C．小苏打有弱碱性，能与胃酸的主要成分盐酸反应，可治疗胃酸过多，C正确； D．石墨具有导电性，能传导电流，可作电极，D正确； 故选A。 3．下列关于氮及其化合物的说法中错误的是 A．通常情况下性质很稳定，可以在电焊时作保护气 B．能使酚酞溶液变红，证明是碱 C．反应是汽车尾气造成污染的主要原因之一 D．反应证明铵盐受热易分解 【答案】B 【详解】A．氮气在常温下性质稳定，因其分子结构中有三个强共价键，常用于电焊保护气，A正确； B．NH3溶于水生成NH3·H2O，后者解离出OH-使酚酞变红，但NH3本身不是碱，属于碱性气体，B错误； C．汽车高温内燃条件下，N2与O2反应生成NO，进一步形成NO2污染空气，是尾气污染主因之一，C正确； D．NH4Cl受热分解为NH3和HCl，虽冷却会重新结合，但实验现象仍能证明铵盐受热易分解，D正确； 故选B。 ◆知识点二 固氮 1．氮元素的存在 （1）游离态：以氮分子（N2）的形式存在于空气中。  （2）化合态：存在于动植物体内的蛋白质中,以及土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。 2氮的固定 （1）含义：将大气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程叫做氮的固定。 （2）途径分类： ①天然固氮：包括生物固氮、大气固氮。 a.生物固氮：豆科植物的根部常附有的小根瘤中含有固氮菌，能把空气中游离的氮变成氨（铵态氮肥）作为养分吸收，所以这些植物可以少施肥，甚至不施肥。 b.大气固氮：闪电时，大气中的氮转化为氮的氧化物，经降水生成极稀的硝酸（硝态氮肥），渗入土壤被植物根系吸收。化学反应方程式：N2+O22NO、2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO。 ②人工固氮：氮气和氢气在高温、高压并有催化剂存在的条件下，可以直接化合生成氨(NH3)。 N2+3H22NH3 即学即练 1．自然界中氮循环示意图如下，下列说法错误的是 A．图中共表示了两条固氮的途径 B．人类活动会对氮循环产生影响 C．硝酸盐参与到多条氮循环线路中 D．动植物体内氮主要存在于蛋白质中 【答案】A 【详解】A．氮的固定是指将单质氮转化为含氮化合物的过程，由题图可知，氮的固定有雷电作用、人工固氮、生物固氮(豆科植物的根瘤)3条固氮的途径，A错误； B．人类在生产、生活中排放和消耗了大量含氮化合物，如摄取蛋白质，排放氮氧化物等，所以人类活动会对氮循环产生影响，B正确； C．由题图可知，硝酸盐参与了蛋白质的制造和被细菌分解进入大气中，也参与了通过雷电作用、人工固氮和生物固氮合成硝酸盐等，C正确； D．经过氮的固定，部分植物合成蛋白质，然后被动物摄食并在体内分解生成氨基酸，最后氨基酸重新合成蛋白质，所以动植物体内氮主要存在于蛋白质中，D正确； 故选A。 2．以下起固定氮的作用的化学反应是 A．N2和H2在一定条件下反应生成NH3 B．NO与O2反应生成NO2 C．NH3经催化氧化生成NO D．由NH3制碳酸氢铵和硫酸铵 【答案】A 【分析】将游离态的氮（即空气中的N2）转化为化合态的氮（即氮的化合物）的过程叫做氮的固定。 【详解】A．N2和H2在一定条件下反应生成氨气，化学方程式为N2＋3H22NH3，氮气转化为氮的化合物，属于氮的固定，A符合题意； B．NO与O2反应生成NO2，方程式为2NO＋O2=2NO2，氮的化合物转化为氮的化合物，不属于氮的固定，B不符合题意； C．NH3经催化氧化生成NO，方程式为4NH3＋5O24NO＋6H2O，氮的化合物转化为氮的化合物，不属于氮的固定，C不符合题意； D．由NH3制碳酸氢铵和硫酸铵，氮的化合物转化为氮的化合物，不属于氮的固定，D不符合题意； 答案选A。 3．下列关于氮元素及氮气性质的说法中，错误的是 A．植物从土壤中吸收N、N转化为氨基酸 B．植物秸秆燃烧时释放出氮氧化物，参与了氮的循环 C．N2的化学性质不活泼，故N2不支持燃烧 D．大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环 【答案】C 【详解】A．植物通过根系吸收铵态氮（）和硝态氮（），并将其转化为氨基酸等有机物，A正确； B．秸秆燃烧释放氮氧化物（如NO、NO2），这些物质参与大气氮循环，B正确； C．虽然N2常温下稳定，但在高温下可与镁等金属反应，说明其并非绝对“不支持燃烧”，C错误； D．氮循环是自然界中氮元素在不同圈层间的持续转化过程，D正确； 故选C； ◆知识点三 氮的氧化物 1．氮元素的价态与氧化物 类别 N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 价态 +1 +2 +3 +4 +4 +5 特别提醒 ①氮的氧化物均为有毒气体； ②其中 N2O5 是HNO3的酸酐，N2O3是HNO2的酸酐，其它都不是酸酐。 2．一氧化氮和二氧化氮的性质 （1）物理性质 物质 颜色 状态 气味 毒性 水溶性 NO 无色 气态 无味 有毒 难溶于水 NO2 红棕色 气态 刺激性 有毒 易溶于水 （2）化学性质 ①与O2反应：2NO+O22NO2（NO不能用排空气法收集），NO2不反应。 ②与H2O反应：3NO2+H2O2HNO3+NO（工业制硝酸），NO不反应。 特别提醒 工业上生产硝酸时，向吸收后的废气中再通入适量的氧气或空气,能充分利用原料，并能减少NO的排放以保护环境。 即学即练 4．下列对NO、NO2的描述正确的是 A．NO是红棕色气体，易溶于水，是酸性氧化物 B．NO在人体内作为“信使分子”能扩张血管，提高免疫力等，因此大气中的NO对人体无害 C．NO、NO2在一定条件下可相互转化 D．NO、NO2互为同素异形体，且NO2能与水反应，不能用排水法收集 【答案】C 【详解】A．NO是无色气体，难溶于水，且不属于酸性氧化物，A错误； B．虽然NO在人体内有生理功能，但大气中的NO属于污染物，对人体有害，B错误； C．NO与反应生成，方程式为：；与水反应生成NO，方程式为：，二者可相互转化，C正确； D．同素异形体是同种元素组成的不同单质，而NO和NO2均为化合物，不互为同素异形体，D错误。 故选C。 5．下列说法正确的是 A．实验室能用排空气法收集N2、NO和NO2 B．工业上可以用N2冷却镁蒸气 C．除去NO中的NO2气体可以使混合气体通过蒸馏水 D．NO、NO2、N2O3、N2O5都属于酸性氧化物 【答案】C 【详解】A．N2密度与空气接近，不能用排空气法，可根据N2难溶于水的性质，使用排水的方法收集；NO会与O2反应生成NO2，也不能用排空气法。可根据NO难溶于水的性质，使用排水的方法收集；只有NO2密度比空气大，与空气的成分不反应，因此可用向上排空气法收集NO2气体，A错误； B．镁蒸气高温下会与N2反应生成Mg3N2，工业上通常用惰性气体如Ar进行冷却镁蒸气得到金属Mg，B错误； C．NO2能够与水反应生成HNO3和NO，因此可将含有NO2杂质的NO气体通过盛有蒸馏水的洗气瓶，来有效去除NO中的杂质NO2，C正确； D．NO为不成盐氧化物；NO2与水会发生歧化反应生成HNO3、NO，也不属于酸性氧化物；N2O3和N2O5分别与H2O反应生成HNO2、HNO3，因此N2O3、N2O5属于酸性氧化物，D错误； 故合理选项是C。 6．下列关于和的说法正确的是 A．在一定条件下可相互转化 B．常温下都是无色气体 C．均可用排空气法收集 D．均可由和反应直接制备 【答案】A 【详解】A．一定条件下可以相互转化，一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮和水反应生成一氧化氮，A正确； B．二氧化氮是红棕色气体，一氧化氮是无色气体，B错误； C．NO在室温下能够与O2发生反应，因此不能用排空气方法收集，C错误； D．N2和O2直接化合得到NO，NO与O2反应产生NO2，因此NO2不可由N2和O2直接化合得到，D错误； 故选A。 一、一氧化氮和二氧化氮 1．NO和NO2性质的对比 NO NO2 色、态、 味、毒性 无色、无味 红棕色、刺激性气味 有毒气体 水溶性 不溶 易溶且与水反应 与O2反应 2NO＋O2===2NO2 与H2O反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 与O2、H2O 共同反应 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 氧化性 6NO＋4NH35N2＋6H2O 6NO2＋8NH37N2＋12H2O，NO2＋SO2===SO3＋NO，NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝 2.常见的NOx尾气处理方法 ①碱液吸收法 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。一般适合工业尾气中NOx处理。 ②催化转化法 在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。 3．氮的氧化物溶于水的计算 (1)原理 解答氮的氧化物溶于水的计算问题首先明确原理，无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,2NO＋O2===2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不能是NO2。 (2)方法——加合式法 ①NO2和O2混合气体溶于水的计算 由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知： V(NO2)∶V(O2) ③NO与O2同时通入水中 2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 总的化学方程式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 可知： V(NO)∶V(O2) ③NO2、NO、O2三种混合气体通入水中： a．可先将NO和O2转化为NO2，再按上述各种情况分别处理。 b．也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3情况处理。 实践应用 1．在同温同压下，将等体积混合而成的四组气体：①；②；③；④，分别通入体积相同的试管，并立即倒立于如图所示的水槽中，待试管内液面稳定后，剩余气体体积依次为、、、，则剩余气体体积最多的是 A． B． C． D． 【答案】A 【详解】在同温同压下，将①②③④等体积混合而成的气体分别通入体积相同的试管，并立即倒立于水槽中。 ①和能反应：，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，二氧化氮占混合气体的，则试管内气体减少的体积为试管体积的，故水面上升的高度为试管的，剩余气体体积为试管高度的； ②二氧化氮和氧气、水能反应生成硝酸，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，二氧化氮全部参加反应，则混合气体减少的体积为试管体积的，故水面上升的高度为试管的，剩余气体体积为试管高度的； ③氯化氢全部溶于水，氮气不溶，则试管内气体减少的体积为试管体积的，故水面上升的高度为试管的，剩余气体体积为试管高度的； ④SO3与水反应生成H2SO4，试管内气体减少的体积为试管体积的，故水面上升的高度为试管的，剩余气体体积为试管高度的； 综上①中剩余气体体积最多，最大，A符合题意。 2．同温、同压下，在3支体积相同的试管中分别充有体积比为1∶1的混合气体，它们是：①NO、；②、；③、。现将3支试管均倒置于水槽中充分反应后(假设溶液不扩散)，所得溶液浓度大小关系正确的是 A．①=③>② B．①=②>③ C．②>③>① D．③>①>② 【答案】A 【详解】分别充满等体积混合的2种气体，则：①设气体体积均为3VL，发生反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO，反应后硝酸的物质的量为mol，反应后NO共4V，溶液体积为2V，则浓度为mol/L；②设气体体积均为4VL，发生反应：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，反应后硝酸的物质的量为mol，反应后剩余氧气3VL，溶液体积为5VL，则溶液浓度为 mol/L；③设气体体积均为VL，NH3全部溶于水，氮气不溶于水，氨气的物质的量为mol，溶液体积为VL，则浓度为mol/L；故充分反应后，试管中剩余气体的体积大小关系为①=③>②，答案选A。 3．足量的铜与一定量的浓硝酸充分反应，得到6.72L(已折算为标准状况)与NO的混合气体，这些气体与一定体积的混合后通入水中，恰好被完全吸收生成硝酸。向所得硝酸铜溶液中加入溶液，恰好沉淀完全。下列说法正确的是 A．与浓硝酸反应的Cu为0.3mol B．消耗氧气的体积为，1.12L(标准状况) C．参加反应的是0.45mol D．混合气体中NO的体积分数约为33% 【答案】A 【分析】Cu和浓硝酸反应生成硝酸铜、水、氮氧化物：氮氧化物和氧气、水反应生成硝酸，硝酸铜和NaOH反应生成氢氧化铜和硝酸钠。得失电子角度来看，Cu的电子转移给了氧气，结合得失电子守恒计算。 【详解】A．根据加入的NaOH量计算，n(OH-)=0.15L×4mol/L=0.6mol。每个Cu2+需2个OH⁻，故n(Cu2+)=0.3mol，对应反应的Cu为0.3mol，A正确； B．整体来看，Cu的电子转移给了氧气，Cu失去的电子总物质的量为0.3mol×2=0.6mol，所需O2物质的量为0.6mol÷4=0.15mol，在标况下的体积为0.15mol×22.4L/mol=3.36L，B错误； C．参加反应的HNO3包括生成Cu(NO3)2的酸部分（0.3mol×2=0.6mol）和被还原为氮氧化物部分（0.3mol），总物质的量为0.6mol+0.3mol=0.9mol，C错误； D．设NO2为x mol，NO为y mol，则x+y=0.3，且x+3y=0.6，解得y=0.15，x=0.15，NO的体积分数为50%，D错误； 答案选A。 考点一 氮气 【例1】氮气在一定条件下会变为超临界流体，超临界氮气具有极强的扩散能力和溶解能力。下列说法不正确的是 A．超临界氮气可能在某些特定的条件下作溶剂使用 B．超临界氮气中氮气分子不再运动 C．超临界氮气中氮气分子与空气中氮气分子大小相同 D．超临界氮气与氮气的化学性质相同 【答案】B 【详解】A．超临界氮气溶解能力强，题干明确其可能作为溶剂，A正确； B．分子始终处于运动状态，超临界流体中分子运动不会停止，B错误； C．同种物质的分子大小不变，超临界氮气与普通氮气分子大小相同，C正确； D．化学性质由分子种类决定，超临界氮气与普通氮气分子相同，D正确； 故选B。 解题要点 常温下，氮气化学性质稳定 【变式1-1】性质决定用途。下列物质性质与应用对应关系正确的是 A．氯化钠来源广泛，可用电解饱和氯化钠溶液的方法制备金属钠 B．淀粉来源广泛，可用于发酵法制备谷氨酸钠 C．氮气在空气中含量最高，可用作焊接镁铝合金的保护气 D．浓硫酸与铁常温下不反应，可用铁质容器储存浓硫酸 【答案】B 【详解】A．电解饱和氯化钠溶液时，水中的H⁺优先于Na⁺在阴极被还原，产物为NaOH、H2和Cl2，无法得到金属钠；金属钠通过电解熔融NaCl制备，A错误； B．淀粉经水解得到葡萄糖，葡萄糖再通过发酵生成谷氨酸，然后再中和为谷氨酸钠，B正确； C．氮气在高温下会与镁反应生成Mg3N2，无法作为镁铝合金焊接的保护气，C错误； D．浓硫酸与铁常温下发生钝化反应(生成致密氧化膜阻止进一步反应)，而非“不反应”，D错误； 故选：B。 【变式1-2】空气是一种宝贵的自然资源。下列有关空气的说法不正确的是 A．火箭升空可使用氧气作燃料 B．空气中分离出来的氮气可用于食品防腐 C．稀有气体可用作霓虹灯 D．臭氧、二氧化氮、一氧化碳都是空气污染物 【答案】A 【详解】A．氧气不具有可燃性，不能作燃料，只能作助燃剂，A错误； B．氮气化学性质稳定，可用于食品防腐，B正确； C．稀有气体通电发光，可用于霓虹灯，C正确； D．臭氧、二氧化氮、一氧化碳均属于空气污染物，D正确； 故选A。 考点二 氮的固定 【例2】自然界的氮循环如图所示，下列说法正确的是 A．①中与反应生成是自然固氮 B．②中合成氨属于人工固氮 C．③中的氮元素被氧化 D．氮循环过程中没有氧元素参加 【答案】B 【详解】A．①中N2与O2反应生成NO是自然固氮，而不是N2与O2反应产生NO2，A错误； B．②中N2与H2在高温、高压、催化剂条件下反应产生NH3，是将游离态的氮转化为氮的化合物，因此合成氨属于人工固氮，B正确； C．③中细菌还原硝酸根中正五价的氮，生成无污染的0价的N2，所以③中氮元素化合价降低，得到电子被还原，而不是被氧化，C错误； D．N2在放电条件下与O2直接化合生成无色且不溶于水的NO气体，氧元素参与了反应，二氧化氮易与水反应生成硝酸(HNO3)和NO，3NO2+H2O=2HNO3+NO，也有氧元素参加反应，D错误； 故合理选项是B。 解题要点 【变式2-1】植物对氮元素的吸收过程如下，下列说法正确的是 植物吸收 A．高温有利于加快过程① B．浇水和松土有利于过程② C．过程③中被还原 D．过程④叫做氮的固定 【答案】B 【详解】A．过程①有根瘤菌参与催化，不能高温下进行，故A错误； B．过程②是与氧气反应生成，浇水和松土有利于氧气的溶解和吸收，有利于过程②的反应，故B正确； C．过程③中转化为，N的化合价由+3价升高到+5价，作还原剂被氧化，故C错误； D．氮的固定是将游离态的氮转化为含氮化合物的过程，过程④是氮的化合物中氮元素的转变，不属于氮的固定，故D错误； 答案选B。 【变式2-2】硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、农药、炸药、燃料等，工业上制硝酸的原理如下图所示，下列说法正确的是 A．反应①实现了氮的固定 B．反应②中，被还原 C．不能直接被氧化生成NO D．反应④中只是还原剂 【答案】A 【分析】N2和H2反应生成NH3，NH3发生催化氧化生成NO，NO和O2反应生成NO2，NO2和H2O反应生产HNO3，化学方程式为3NO2+H2O=HNO3+NO。 【详解】A．氮的固定是指将游离态的氮转化为化合态，反应①是氮的固定，A正确； B．NH3中N为-3价，化合价升高，被氧化，B错误； C．N2在高温或放电的情况下可以被氧气氧化生成NO，C错误； D．反应④中NO2既是还原剂也是氧化剂，D错误； 故选A。 考点三 氮的氧化物 【例3】下列对NO和NO2的描述正确的是 A．NO2与水的反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂 B．NO是无色气体，可用向上排空气法收集 C．NO2可由N2和O2直接化合得到 D．从元素化合价角度看，NO只有还原性 【答案】A 【详解】A．与水发生反应：，氮元素由+4价变为+5价和+2价，则既是氧化剂又是还原剂，A项正确； B．NO易与反应生成，不能用排空气法收集，只能采用排水法收集NO，B项错误； C．和在高温或放电条件下反应生成NO，不能直接得到，C项错误； D．NO中氮元素显+2价，处于中间价态，则NO既有氧化性又有还原性，D项错误； 故选A。 解题要点 氮氧化物 氮元素化合价 俗称 颜色、状态 主要性质 N2O +1 笑气 无色气体 具有麻醉作用 NO +2 / 无色气体 难溶于水，易被氧化成NO2（2NO+O2 = 2NO2） N2O3 +3 亚硝酐 蓝色气体 N2O3 + H2O = 2HNO2 NO2 +4 / 红棕色气体 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 有强氧化性 N2O5 +5 硝酐 白色固体 N2O5 + H2O = 2HNO3 【变式3-1】下列关于一氧化氮的叙述正确的是 A．一氧化氮是一种红棕色气体 B．常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合 C．一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到 D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集 【答案】C 【详解】A．NO是一种无色气体，A错误； B．常温常压下，NO容易与氧气直接化合生成NO2，B错误； C．氮气和氧气在放电或高温条件下反应生成NO，C正确； D．NO难溶于水，可以用排水法收集，D错误； 故选C。 【变式3-2】下列关于的性质描述中，不正确的是 A．呈红棕色 B．有刺激性气味 C．难溶于水 D．与水反应能够生成 【答案】C 【详解】NO2是红棕色有刺激性气味的气体，能与水反应产生HNO3和NO；故不正确的说法是难溶于水； 答案选C。 基础达标 1．（24-25高一上·上海·期中）若仅通过下列物质消耗空气中O2后直接得到氮气，最宜选用以下可燃物中的是 A．H2 B．C C．S D．Cu 【答案】D 【详解】A．氢气燃烧生成水（2H2+ O2 → 2H2O）。虽然水蒸气冷却后变为液态，但若反应条件控制不当（如高温未完全冷却），可能残留水蒸气；若氢气过量，还会混入未反应的H2，导致氮气不纯，A错误； B．碳燃烧会生成CO2（或CO）（如C + O2→ CO2）。这些气体产物会与氮气混合，无法直接得到纯氮气，B错误； C．硫燃烧（S + O2→ SO2）生成二氧化硫，气体产物会与氮气混合，无法直接得到纯氮气，C错误； D．铜与氧气反应生成固体氧化铜（2Cu + O2 → 2CuO）。固体产物不会残留气体，剩余气体仅为氮气，D正确； 故选D。 2．（23-24高一下·上海·期中）下列过程中不属于氮的固定的是 A．氮气在根瘤菌作用下生成NO B．工业合成氨 C．氨气转化为氯化铵晶体 D．雷雨天产生NO 【答案】C 【分析】将大气中游离态的氮（N2）转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定。 【详解】A．氮气在根瘤菌作用下生成NO，属于生物固氮，A不符合题意； B．工业上用N2和H2在高温、高压和催化剂条件下化合生成NH3，属于氮的固定，B不符合题意； C．氨气和氯化氢可化合生成氯化铵，NH3不属于游离态的氮，不属于氮的固定，C符合题意； D．雷雨天气，空气中的N2和O2在闪电作用下生成NO，属于氮的固定，D不符合题意； 答案选C。 3．（23-24高一下·上海·期中）氮循环和硫循环是自然界中两种重要的元素循环过程。关于这两种循环正确的是 编号 比较 氮循环 硫循环 ① 异 氮元素会进入大气 硫元素不会进入大气 ② 氮元素可以有机化合物形式参与循环 硫元素都以无机物形式参与循环 ③ 同 人类活动对氮循环和硫循环都造成了巨大影响 ④ 氮循环和硫循环对环境的影响都能导致温室效应 A．① B．② C．③ D．④ 【答案】C 【详解】人类活动对氮循环和硫循环都造成了巨大影响，蛋白质中含有碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，氮硫两元素均能以无机物、有机物的形式参与循环，故A、B错误，氮循环和硫循环会导致酸雨，二氧化碳导致温室效应，故D错误，答案选C。 4．（22-23高一下·上海静安·期中）下列属于氮的固定的是 A．雷雨闪电时空气中的N2和O2化合生成NO B．NH4Cl和Ca(OH)2反应生成NH3 C．豆科作物把含氮化合物转变为蛋白质 D．将氨转化为硝酸，再转化为其他含氮的化合物 【答案】A 【详解】A．雷雨闪电时空气中的N2和O2化合生成NO，游离态氮元素变为了化合态氮元素，故A符合题意； B．NH4Cl和Ca(OH)2加热反应生成NH3、氯化钙和水，不是游离态氮元素变为了化合态氮元素，不属于氮的固定，故B不符合题意； C．豆科作物把含氮化合物转变为蛋白质，不是游离态氮元素变为了化合态氮元素，不属于氮的固定，故C不符合题意； D．将氨转化为硝酸，再转化为其他含氮的化合物，不是游离态氮元素变为了化合态氮元素，不属于氮的固定，故D不符合题意； 综上所述，答案为A。 5．（高一上·上海浦东新·期末）我国科学家实现了用氮气、二氧化碳和水在常温下合成尿素。该方法属于 A．人工固氮 B．自然固氮 C．大气固氮 D．生物固氮 【答案】A 【详解】用氮气、二氧化碳和水在常温下合成尿素，该方法是通过化学方法将氮气转化为化合态的尿素，属于人工固氮，答案选A。 6．（高一下·上海·期中）“雷雨发庄稼”是一句俗语，它包涵一定的科学道理，从化学的角度分析，下列化学反应在这个过程中不会发生的是 A．N2+O22NO B．2NO+O22NO2 C．3NO2+H2O2HNO3+NO↑ D．N2+2O22NO2 【答案】D 【详解】雷雨发庄稼过程中发生的反应依次有N2+O22NO，2NO+O22NO2，3NO2+H2O2HNO3+NO↑，N2和O2不能直接反应生成NO2，故D符合； 故选D。 7．（高一下·上海浦东新·期末）下列物质不能用单质之间反应制得的是 A． B．CuS C． D．NO 【答案】B 【详解】A．铁在纯氧中燃烧生成Fe3O4，故Fe3O4能由单质直接化合生成，A项不符合题意； B．S具有弱氧化性，能将变价金属Cu氧化为+1价，Cu和S加热生成Cu2S，所以CuS不能用单质之间反应制得，B项符合题意； C．在高温、高压、催化剂条件下，氮气和氢气发生化合反应生成NH3，所以NH3能由单质直接化合生成，C项不符合题意； D．氮气和氧气在放电条件下反应生成NO，所以NO能由单质直接化合生成，D项不符合题意。 答案选B。 综合应用 1．（23-24高一下·上海·阶段练习）自然界中需要细菌参与的氮循环过程如图示。下列说法正确的是 A．根瘤菌可参与过程② B．硝化细菌可参与过程⑥ C．过程①、③均属于固氮过程 D．过程④、⑤过程中氮元素均被还原 【答案】A 【详解】A．由题干转化关系图可知，过程②为空气中的N2在根瘤菌的作用下转化为NH3，然后被植物吸收利用，即根瘤菌可参与过程②，A正确； B．硝化细菌时将铵态氮转化为硝酸盐，而过程⑥是将硝酸盐转化为N2，即应该是反硝化细菌可参与过程⑥，B错误； C．氮的固定是指游离态的氮转化为化合态的氮的过程，结合题干转化关系图可知，过程①属于固氮过程，③不属于固氮过程，C错误； D．由题干转化关系图可知，过程④、⑤过程中氮元素的化合价均升高，则均被氧化，D错误； 故答案为：A。 2．（23-24高一上·上海宝山·期中）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．氨气溶于水呈碱性，所以NH3是电解质 B．自然固氮有三种方式 C．“雷雨发庄稼”的原因是生成硝态氮肥 D．氨气和水在通常状况下不发生化学反应 【答案】C 【详解】A．氨气溶于水呈碱性，是一水合氨电离出氢氧根离子，而NH3不是电解质，其是非电解质，A错误； B．自然固氮主要有高能固氮和生物固氮2种方式，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，B错误； C．“雷雨发庄稼”的原因是氮气和氧气通过放电生成NO，NO转化为二氧化氮，二氧化氮和水转化为硝酸，硝酸和土壤中物质生成硝态氮肥，C正确； D．氨气和水在通常状况下反应生成一水合氨，D错误； 故选C。 3．（25-26高一·上海·假期作业）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，其部分工艺流程如下： 已知：在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解反应生成NO。下列说法错误的是 A．上述工艺的“吸收”过程中，硝酸工业的尾气从吸收塔底部进入，石灰乳从吸收塔顶部喷淋，目的是提高尾气中NO、NO2的吸收效率 B．为提高Ca(NO2)2的产率及纯度，n(NO)∶n(NO2)应控制为1∶2 C．滤渣的主要成分为Ca(OH)2 D．生产中溶液需保持弱碱性 【答案】B 【详解】A．在题述工艺的“吸收”过程中，硝酸工业的尾气从吸收塔底部进入，气体密度小，会向上扩散，石灰乳从吸收塔顶部喷淋，目的是使尾气中的NO、NO2与石灰乳充分接触，提高NO、NO2的吸收效率，故A正确； B．NO、NO2与Ca(OH)2发生反应的化学方程式为NO+NO2+Ca(OH)2=Ca(NO2)2+H2O，n(NO)∶n(NO2)=1∶1时恰好反应生成Ca(NO2)2；若NO2过量，会发生反应：4NO2+2Ca(OH)2=Ca(NO2)2+Ca(NO3)2+2H2O，产物中含有杂质Ca(NO3)2，若NO过量，则NO不能被完全吸收，因此为提高 Ca(NO2)2的产率及纯度，n(NO)∶n(NO2)应控制为 1∶1，故B错误； C．石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应生成Ca(NO2)2，Ca(NO2)2 易溶于水，Ca(OH)2微溶于水，因此滤渣的主要成分是Ca(OH)2，故C正确； D．在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解产生NO，不利于硝酸工业的尾气吸收，因此生产中溶液需保持弱碱性，故D正确； 故答案选B。 4．（23-24高一下·上海·阶段练习）用溶液可处理(和的混合物，假设不含)。已知不能与溶液反应。 ①； ②。 当被溶液完全吸收时，x的值不可能是 A．1.9 B．1.7 C．1.5. D．1.3 【答案】D 【详解】NO不能被单独吸收，NO和NO2混合气体被Na2CO3溶液完全吸收的条件是满足n(NO2)∶n(NO)≥1,当n(NO2)∶n(NO)=1时x的值最小，x最小值为1+0.5=1.5，因为混有NO，所以当成分无限接近全部为NO2时，x的最大值<2，x的取值范围为1.5≤x<2； 故选D。 5．（24-25高一下·上海·期中）有研究表明，有氧条件下，NO在催化剂V2O5作用下可被NH3还原为N2，该过程称为脱硝反应，其机理如图所示。 (1)脱硝总反应的化学方程式为 。 (2)按上述过程进行催化脱硝。反应一定的时间，NH3和NO的转化率与温度的关系如图所示。试推测，超过200℃后，NO转化率急剧下降，而NH3仍维持较高的原因是 。 【答案】(1) (2)超过200℃后，NH3与O2生成NO 【详解】（1）在催化剂V2O5作用下的脱硝反应机理如图所示，参与反应的为NH3、NO、O2，产物为：N2、H2O，总反应的化学方程式为：，故答案为：。 （2）按上述图中NH3、NO、O2的比例进行催化脱硝反应，反应一定的时间，NH3和NO的转化率与温度的关系如图所示，超过200℃后，NO转化率急剧下降，而NH3仍维持较高的原因是：超过200℃后，NH3与O2生成NO，故答案为：超过200℃后，NH3与O2生成NO。 6．（24-25高一下·上海·期中）汽油车排气管含有一段负载“三元催化剂”的蜂窝状陶瓷管结构，能将NO和CO高效催化转化成两种无污染的气体。柴油车中柴油更难充分燃烧，尾气中含大量颗粒物。相比于汽油车，柴油车需要更大的空燃比(空气/燃料气的体积比)来充分反应。 (1)三元催化剂的载体为蜂窝状的原因是 ，该处发生的化学方程式为 。 (2)柴油车需要添加一定的尿素可以明显减少其产生的NO污染。尿素的化学式为 ，该过程利用了尿素的 (填“氧化性”或“还原性”)。 (3)根据信息推测，柴油车不带有三元催化剂的原因可能是 。 【答案】(1) 增大催化剂与尾气的接触面积，提高催化效率 (2) CO(NH2​)2​ 还原性 (3)柴油车尾气中含有大量颗粒物，可能堵塞三元催化剂的蜂窝状结构或使催化剂中毒失效 【详解】（1）三元催化剂的载体为蜂窝状的原因是增大催化剂与尾气的接触面积，提高催化效率；该处能将NO和CO高效催化转化成两种无污染的气体，则产物为氮气和二氧化碳，化学方程式为：，故答案为：增大催化剂与尾气的接触面积，提高催化效率；。 （2）尿素的化学式为：CO(NH2​)2​；尿素可以明显减少其产生的NO污染，即NO中氮元素化合价降低，做氧化剂，则该过程利用了尿素的还原性，故答案为：CO(NH2​)2​；还原性。 （3）根据题干，柴油车柴油难充分燃烧，尾气颗粒物多，且需要更大的空燃比。三元催化剂的蜂窝状结构易被颗粒物堵塞，降低催化效率；同时颗粒物可能覆盖催化剂活性位点，导致“中毒”。因此，柴油车通常采用其他尾气处理技术。 拓展培优 1．（高一上·上海·期末）有mmLNO2、nmLNO、nmLO2(m＞n)混合气体通入过量水，剩余气体体积为 A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据方程式可知 假设NO和氧气的反应中氧气不足，则 所以剩余NO的体积为＞0，假设成立。 答案选B。 2．（高一下·上海松江·期末）实验室可用烧碱溶液吸收NO2和NO，(已知，)，当消耗100mL，的烧碱溶液时，标准状况下共吸收混合气体的体积为 A．1.12L B．2.24L C．3.36L D．4.48L 【答案】A 【详解】由2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O，NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O，可知n(NO)+n(NO2)=n(NaOH)=0.1L×0.5mol/L=0.05mol，标准状况下吸收气体的体积为V=nVm=0.05mol×22.4L/mol=1.12L，故选：A。 3．（24-25高一下·上海青浦·期中）为探究某种催化剂在有氧条件下还原NOx的最佳温度，将一定比例的O2、NH3和NOx混合，以一定的流速通过催化NOx还原反应器[如图(a)]，反应相同时间后测得NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图(b)所示。 (1)配平化学方程式： 。(注：NOx和NH3按物质的量1：1发生反应) (2)上述反应中，N2属于___________(双选) A．氧化剂 B．还原剂 C．氧化产物 D．还原产物 (3)当反应温度高于380℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是 。 (4)在一个容积为500mL的烧瓶中，按体积比4：1充入NO2与O2，在S.T.P。状态下进行喷泉实验，充分反应后所得溶液浓度为 mol·L-1(写出计算过程，结果保留三位小数)。 【答案】(1) (2)CD (3)NH3与O2反应产生了NO或催化剂活性降低 (4)0.036 【详解】（1）NOx和NH3按物质的量1：1发生反应，NOx的化学计量数为4，N2的化学计量数为4，由H原子守恒，H2O的化学计量数为6，最后根据O原子守恒，O2的化学计量数为，化学方程式为； （2）上述反应中，N2一部分是被氧化得到，一部分是被还原得到，既是氧化产物又是还原产物，故答案为CD； （3）当反应温度高于380℃时，NOx的去除率迅速下降是因为催化剂作用下NH3与O2反应产生了NO或催化剂活性降低导致NOx的去除率迅速下降； （4）在一个容积为500mL的烧瓶中，按体积比4：1充入NO2与O2，在标准状态下进行喷泉实验，发生的总反应方程式为4NO2+O2+2H2O=4HNO3；n(HNO3)=n(NO2)=，溶液的体积是0.5L，所得硝酸溶液的物质的量浓度为0.036mol/L。 4．（23-24高一下·上海·期末）过量使用尿素会造成水体中氨氮(和中的氮元素)浓度过量。可向水体中加入溶液，氨氮被氧化为而除去。对氨氮去除率和总氮去除率的影响如下图所示。 (1)较大时，氨氮去除率较高，但总氮去除率有所下降，此时留在水体中的含氮微粒可能是___________。 A． B． C． D． (2)某废水中氨氮浓度为，先用沉淀法处理废水，氨氮去除率为81%。过滤后再向滤液中加入溶液，氨氮浓度下降为，则处理每升废水需要物质的量是 (写出计算过程)。 注：①氮元素只被氧化为；②废水1L，去除氨氮后溶液体积为2L。 【答案】(1)BD (2)5.27×10-2mol 【详解】（1）具有强氧化性，较大时，可以将氧化为更高价态如、而留在水体中，导致氨氮去除率较高，但总氮去除率有所下降，故留在水体中的含氮微粒可能是、，B、D正确，故答案为：BD。 （2）废水中氨氮浓度为2800mg·L-1，废水体积为1L，沉淀法处理后氨氮质量为2800mg·L-1×1L×(1-81%)=532mg，加入NaClO溶液处理后，氨氮浓度下降为20 mg·L-1，体积为2L，则氨氮质量为20 mg·L-1×2L=40mg，与NaClO反应的氨氮质量为532mg-40mg=492mg，物质的量为3.51×10-2mol，根据反应3ClO-+2=N₂↑+3Cl-+2H++3H2O中ClO-与化学计量系数之比等于物质的量之比，则需要的NaClO的物质的量为3.51×10-2mol×≈5.27×10-2mol。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $