第3节 氮的循环 第1课时（同步讲义） 化学鲁科版2019必修第一册

第3章　物质的性质与转化 第3节 氮的循环 第1课时 自然界中的氮循环 教学目标 1．通过自然界中的氮循环，了解氮循环的基本过程，能列举自然固氮与人工固氮的过程，知道人工固氮对社会发展的重要意义，培养科学态度与社会责任的化学学科核心素养。 2．认识氮循环过程中重要的含有氮元素的物质，能够对含有氮元素的物质进行分类，形成宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。 3．建立从物质类别、元素价态角度研究物质性质和实现含有氮元素的物质之间转化的思路和方法，培养科学探究与创新意识的化学学科核心素养。　　 重点和难点 重点：自然界中的氮循环，自然固氮与人工固氮的过程。 难点：实现含有氮元素的物质之间转化 ◆知识点一 自然界中氮的循环 1．自然界中的氮循环 (1)氮元素的存在 在自然界中的存在形式有 和 。 (2)自然界中氮的循环 (3)人类活动对自然界中的氮循环的影响 ①氮气 ―→ ； ② 参与氮的循环。 2.氮的价类二维图 3．氮的固定 (1)含义：将空气中 的氮转化为 的过程叫作氮的固定。 (2)分类 氮的固定 4．氮气的性质 (1)物理性质： 颜色 状态 气味 密度 溶解性 (2)化学性质 氮气的化学性质 ，通常很难与其他物质发生反应。 ①还原性：与O2反应产生 。 ②氧化性：与H2反应生成NH3；反应方程式： ③N2与Mg的反应(表现出氧化性) 化学方程式为 。 特别提醒 氮循环中含氮物质有多种形式的转化,有的对人类生产、生活有益,有的则产生负面作用,请举例说明。 ①对人类有益:人工固氮如合成氨,不仅为农作物的生长提供了必需的氮元素,而且为其他化工产品的生产提供了重要的原料。②对人类有害:工业废气、汽车尾气中的氮氧化物会造成大气污染等;工厂废液、生活废水中的氮元素对水体造成污染。 即学即练 1.下列关于自然界中氮循环(如图所示)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、氧三种元素也参加了氮循环 2.氮气在大气中虽多于氧气，由于它的性质不活泼，所以人们在认识氧气之后才认识氮气的。不过它的发现却早于氧气。D·卢瑟福发现这气体不能维持生命，具有灭火性质，可以分离空气获得。氮气能大量存在于空气中的根本原因是(　　) A．氮气性质稳定，即使在高温下也很难与其他物质发生反应 B．氮气比空气轻，且不溶于水 C．氮分子中两个氮原子间结合得很牢固，分子结构稳定 D．氮气无氧化性，也无还原性，不与其他物质反应 ◆知识点二 氮的氧化物 1．不同价态的氮的氧化物： 类别 N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 价态 2.一氧化氮和二氧化氮： (1)物理性质 物质 颜色 状态 气味 毒性 水溶性 NO NO2 3.一氧化氮、二氧化氮性质探究 (1)在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，观察颜色： ，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器。现象： ，结论： 。 (2)打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，现象： ；振荡注射器。现象： 结论：在一定条件下， 。 (3)实验探究： 实验装置 实验操作 现象 向充满NO气体的试管中注入O2 气体颜色 向充满NO2气体的试管中注入水 气体逐渐减少，颜色，得到溶液 结论：在一定条件下，NO与NO2可以相互转化，反应的化学方程式为 ①NO―→NO2： ； ②NO2―→NO： 。 4.人类活动对氮循环和环境的影响 (1)大气污染 ① ：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾。 ② ：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。 ③ ：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。 (2)水体污染 水体中氮元素的含量增大，会造成水体的 ，导致藻类“疯长”。 (3)对人体危害 与血红蛋白结合使人中毒。 特别提醒 某山谷经常电闪雷鸣、雷雨交加，但树木、灌木、花草等植被非常茂密，很少有人敢进入这个山谷。 你能解释该山谷的植被茂密的原因吗？ [提示]　植物生长需要氮肥，N2在雷电的作用下发生一系列变化： N2＋O22NO 2NO＋O2===2NO2 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO HNO3与土壤成分反应，产生硝酸盐，被植物吸收，所以经常有雷电的地方，植被生长的茂盛。 即学即练 1.大家在吃薯条等膨化食品时,会发现袋子里的东西并不多却鼓鼓囊囊的,袋子里填充的是食品级的氮气而非空气。主要作用有三个:①延长食品的保质期;②可以抵御外界潮气的侵入;③保护食品不被压碎。 下列关于N2性质的叙述中错误的是(　　)。 A.氢气在氮气中能燃烧 B.氮气既具有氧化性,又具有还原性 C.将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定 D.氮气与氧气在一定条件下反应生成一氧化氮 2.将一支盛满NO2气体的试管倒置在水槽中,最终试管内液面的变化是(　　)。 ◆知识点三 含氮物质的相关计算 1．NO和NO2性质的对比 NO NO2 色、态、味、毒性 无色、无味 红棕色、有刺激性气味 有毒气体 水溶性 难溶 易溶且与水反应 与氧气反应 与水反应 与氧气、水同时作用 氧化性 对环境的影响 2．氮的氧化物溶于水的计算 2NO＋O2===2NO2 ① 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ② 由①＋②×2　得4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3， 当体积比V(NO2)∶V(O2) 由①×3＋②×2　得4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3， 当体积比V(NO)∶V(O2) 因为水溶液中发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，所以无论何种情况下水溶液中不会剩余 。 即学即练特别提醒 NO、NO2均不属于酸性氧化物。酸性氧化物是能够与碱反应生成盐和水的氧化物，而且生成的盐是该氧化物同价态的含氧酸所对应的盐。NO不能与碱反应，NO2与NaOH溶液的反应为2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O。但由于生成的不是相应的盐，因此二氧化氮也不是酸性氧化物。 1.在标准状况下,将O2和NO2按体积之比1∶4充满干燥烧瓶,把烧瓶倒置于水中,瓶内液体逐渐上升,假设烧瓶内溶液不扩散,最终烧瓶内溶液里溶质的物质的量浓度为(　　)。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A. mol·L-1 B. mol·L-1 C. mol·L-1 D. mol·L-1 2.如图所示，向盛有3.0 mL NO的试管中缓缓通入1.5 mL O2(所有气体体积均在标准状况下测定)。 试回答下列问题： (1)写出观察到的现象(可不写满，也可补充)： ①________________________________________________________________________。 ②________________________________________________________________________。 ③________________________________________________________________________。 (2)最终试管中剩余的气体是________，其体积为________。 一．自然界中氮的循环 1.自然界中氮的循环 2．人类活动的影响 (1)氮气氨―→氮肥、硝酸等含氮化合物。 (2)燃烧反应产生的氮氧化物参与氮的循环。 二．氮气的性质及工业制法 (1)氮气的密度与空气的接近,只能用排水法收集。 (2)在高温、高压、放电等条件下,N2能与H2、O2、Mg等发生化学反应。 ①氮气与氢气反应:N2+3H22NH3,该反应是工业合成氨的原理。 ②氮气与氧气反应:N2+O22NO。 ③氮气与镁反应:3Mg+N2Mg3N2。 (3)工业制法:空气中含有大量的氮气,空气是工业制氮气的主要原料,生产方法主要是分离液态空气,并制得液态氮。 三．.NO、NO2的性质比较 物质 NO NO2 色、态、味、毒性 无色、无味、有毒气体 红棕色、有刺激性气味、有毒气体 水溶性 不溶于水 易溶于水 与氧气反应 2NO+O22NO2 不反应 与水反应 不反应 3NO2+H2O 2HNO3+NO(自身氧化还原) 与氧气、水同时作用 4NO+3O2+2H2O4HNO3 4NO2+O2+2H2O4HNO3 氧化性 有氧化性,但通常情况下表现出还原性 强氧化性,在溶液中生成硝酸,能氧化S2-、I-、Fe2+等离子 对环境的影响 有毒,大气污染物之一 有毒,大气污染物之一 氮的氧化物以及与氧气混合后溶于水的情况分析 (1)NO2或NO2与N2(非O2)的混合气体溶于水时,可根据反应3NO2+H2O2HNO3+NO,利用气体体积的变化差值进行计算。 (2)NO2和O2的混合气体溶于水时,根据反应4NO2+O2+2H2O4HNO3: 当V(NO2)∶V(O2)=4∶1时,恰好反应,无剩余气体; 当V(NO2)∶V(O2)<4∶1时,剩余氧气; 当V(NO2)∶V(O2)>4∶1时,NO2过量,剩余气体为NO,且体积为过量NO2体积的1/3。 (3)NO和O2同时通入水中,此时的反应为4NO+3O2+2H2O4HNO3: 当V(NO) ∶V(O2) =4∶3时,恰好反应,无剩余气体; 当V(NO)∶V(O2)<4∶3时,剩余氧气; 当V(NO)∶V(O2)>4∶3时,剩余NO。 (4)规律延伸: 将方程式4NO2+O2+2H2O4HNO3与4NO+3O2+2H2O4HNO3相加可以得到方程式NO2+NO +O2+H2O2HNO3,由此可知NO、NO2、O2等体积混合时恰好能被水完全吸收,但混合气体能被水完全吸收时三者不一定是等体积,其实只需要将混合气体的O2分为两部分,一部分恰好与NO反应,另一部分恰好与NO2反应即可。 特别提醒 汽车尾气的主要污染物包括哪些？ 提示：汽油不完全燃烧生成CO；放电条件下氮气与氧气反应生成NO，部分NO与氧气反应生成NO2，故汽车尾气的主要污染物为CO、NO2、NO等。 实践应用 1.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.NO2可用排水法收集,且可由N2和O2化合而得到 C.NO、NO2在一定条件下可相互转化,且二者都是大气污染物 D.NO密度比空气大,可用排空气法收集 2.近年来,科学家发现NO结合血红蛋白的能力比CO还强,更容易造成人体缺氧;同时NO作为一种传递神经信息的“信使分子”,在扩张血管、提高免疫力、增强记忆力等方面有着重要的作用。因而成为当前生命科学的研究热点,NO亦被称为“明星分子”。请回答下列问题: (1)NO对环境的危害主要是　　　　(填标号)。  A.破坏臭氧层 B.高温下能使一些金属被氧化 C.形成酸雨 D.与人体血红蛋白结合 (2)在含Cu+的酶的活化中心,亚硝酸根离子(N)可转化为NO,写出Cu+和N在酸性水溶液中反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)常温下,在一个体积固定的容器里,把NO气体压缩到100个大气压。将容器中气体加热到50 ℃,发现气体的压强迅速下降,至略小于下降前压强的时就不再变化,已知其中一种产物为N2O,写出上述变化的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  考点一 自然界中氮的循环 【例1】下图中能实现人工固氮的是(　　) 　　　　　　　 A．闪电　　　　　　　　　　B．合成氨车间 　　　　　　　 C．豆科植物根瘤　　　　　 D．绿色植物光合作用 解题要点 氮的固定：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。 【变式1-1】大家在吃薯条等膨化食品时，会发现袋子里东西并不多却鼓鼓囊囊的，袋子里填充的是食品级的氮气而非空气。主要作用有三个方面：①延长食品的保质期；②可以抵御外界潮气的侵入；③保护食品不被压碎。 下列关于N2性质的叙述中错误的是(　　) A．氢气在氮气中能燃烧 B．氮气既具有氧化性，又具有还原性 C．将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定 D．氮气与氧气在一定条件下反应生成一氧化氮 【变式1-2】1．下列叙述与氮的固定无关的是(　　) A．工业合成氨 B．工业上将氨转化为硝酸和其他含氮化合物 C．豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为含氮化合物 D．电闪雷鸣的雨天，空气中的氮气会与氧气发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收 考点二 氮气的性质及工业制法 【例2】下列关于氮气性质的说法中，错误的是(　　) A．通常情况下，氮气性质很不活泼 B．可在氧气中燃烧，生成一氧化氮 C．通常情况下，氮气在水中的溶解度很小 D．跟氢气在一定条件下发生反应时，氮气是氧化剂 解题要点 在高温、高压、放电等条件下,N2能与H2、O2、Mg等发生化学反应。 ①氮气与氢气反应:N2+3H22NH3,该反应是工业合成氨的原理。 ②氮气与氧气反应:N2+O22NO。 ③氮气与镁反应:3Mg+N2Mg3N2。 【变式2-1】下列关于N2的说法中错误的是(　　) A．通常情况下N2的化学性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气 B．N2＋O22NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要原因之一 C．N2在空气中约占空气总质量的 D．在反应3Mg＋N2Mg3N2中，N2作氧化剂 【变式2-2】下列物质之间的转化不能通过一步反应实现的是(　　) A．N2―→NO B．N2―→NO2 C．NO―→NO2 D．NO2―→NO 考点三 氮的氧化物 【例3】如图将充满二氧化氮的试管倒扣在水槽中，下列叙述错误的是(　　) A．试管内液面上升 B．试管内气体颜色逐渐变浅，直至消失 C．堵住管口将试管取出，管口向上，观察到试管口有红棕色出现 D．取少量试管内液体，滴加石蕊试液后褪色 解题要点 二氧化氮 (1)红棕色有刺激性气味的有毒气体，易溶于水； (2)能使多种织物褪色，有腐蚀作用； (3)与水反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 【变式3-1】下列有关反应3NO2+H2O2HNO3+NO的说法正确的是(　　)。 A.氧化剂与还原剂的质量之比为1∶2 B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2 C.NO2是氧化剂,H2O是还原剂 D.在反应中若有6 mol NO2参与反应,则有3 mol电子发生转移 【变式3-2】一定条件下，将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原总体积的(　　) A．　　B．　　C．　　D． 基础达标 1．自然界中的氮循环过程如图。下列有关叙述正确的是 A．过程②属于人工固氮过程 B．若足量，则过程②中可以一步转化为 C．过程④中，生成至少需要提供 D．该循环中只有氮元素的化合价发生了变化 2．下列过程属于固氮的是 A．氮气和镁反应生成氮化镁 B．将氨气转化成各类铵态氮肥 C．植物从土壤中吸收含氮养料 D．豆科作物根把含氮化合物转变为蛋白质 3．价类二维图反映元素化合价与物质类别的关系。氮元素的价类二维图如图所示。下列说法错误的是 A．氨气中氮元素的化合价为-3价 B．图中点a对应物质为空气中含量最高的气体，化学性质不活泼，可作保护气 C．图中b和c对应物质都是大气污染气体 D．图中d点对应物质是 4．硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、农药、炸药、染料等。工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸，如图所示： 下列说法中正确的是 A．反应①②③都属于氮的固定 B．反应④中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 C．氮气在足量氧气中也可以通过一步反应生成 D．反应②的方程式： 5．2024年10月，中国科学家在常压下合成了立方氮，该成果发表于《科学进展》，为高能密度材料和环保火箭燃料开发提供新方向，下列关于氮及其化合物的说法正确的是 A．目前最重要的人工固氮途径就是工业合成氨 B．实验室制氨气可利用加热分解获得 C．常温下，铁、铝、铜都会与浓硝酸发生钝化反应 D．氮气的化学性质很稳定，在任何情况下都不会与金属镁和铁发生反应 6．合成氨及其相关工业中，部分物质间的转化关系如下，下列说法不正确的是 A．反应Ⅰ属于人工固氮反应 B．反应Ⅱ的方程式为： C．反应Ⅲ的现象为无色气体变红棕色 D．反应Ⅳ的方程式为：，其中氧化剂与还原剂的质量比为 7．钠在液氨中溶剂化速度极快，生成蓝色的溶剂合电子，下图为钠投入液氨中的溶剂化图。钠沉入液氨中，快速得到深蓝色溶液NaNH2，并慢慢产生气泡。下列错误的是 A．钠的密度比液氨大 B．溶液的导电性增强 C．参与反应的钠原子与转移电子数之比为1：2 D．钠和液氨可发生以下反应：2NH3+2Na=2NaNH2+H2↑ 8．1921年侯德榜学成归国，艰苦创业研发了“侯氏制碱法”，是后人学习的典范，某兴趣小组利用以下装置模拟“侯氏制碱法”制“碱”实验，其中难以达到预期目的的是 A．制备实验中需要的 B．分离 C．实验中先通入，后通入 D．加热分解 A．A B．B C．C D．D 综合应用 9．按如图装置进行实验，搅拌一段时间后，滴加浓盐酸。不同反应阶段的预期现象及其相应推理错误的是 A．滴加浓盐酸后，有白烟产生 B．实验过程中，气球会一直变大 C．试纸会变蓝，说明有生成 D．烧瓶壁会变冷，说明存在吸热反应 10．以下物质间的转化中，其中有不能通过一步反应实现的是 A． B． C． D． 11．部分含N的纯净物的“价-类”二维图如图所示。下列叙述正确的是 A．a只有还原性，没有氧化性 B．c和水反应生成b和d C．a的催化氧化可直接生成c D．一定条件下，a和c反应可生成b 12．下列所示装置能达到实验目的的是 A．用图甲装置制备、干燥并收集 B．用图乙装置除去中的HCl杂质 C．用图丙装置验证具有氧化性 D．用图丁装置验证的漂白性 13．能满足下列物质间直接转化关系，且推理成立的是 A．X为，为，③的反应条件为电解 B．X为，为，①的反应条件为在中燃烧 C．X为NO，Y为，一定为 D．X为S，为，浓溶液可能具有脱水性 14．下列各物质中，不能按如图（“→”表示一步完成）关系转化的是 选项 X Y Z A Fe B C D NO A．A B．B C．C D．D 15．室温下，将充满的试管倒立在水中，实验现象如下图。下列分析不正确的是 A．易溶于水，不能用排水法收集 B．试管中剩余的无色气体可能是 C．取试管中的溶液，滴加紫色石蕊溶液，溶液显红色，是因为与反应生成了酸 D．向试管中再缓缓通入一定量的，试管中的液面上升 16．某兴趣小组采用如图1装置收集、混合气体。将装置②上面的圆底烧瓶收集满气体后，利用如图2所示装置进行喷泉实验，观察到混合气体全部被吸收，圆底烧瓶被液体充满。下列说法错误的是 A．装置②中虚线上导管实线图应是左高右低 B．装置②中的试剂Ⅹ可选用浓硫酸 C．进行喷泉实验时反应的化学方程式为 D．可计算出实验后圆底烧瓶中所得溶液物质的量浓度 拓展培优 17．如图是某元素的“价类二维图”。其中X是一种强碱，G为正盐，通常条件下Z是无色液体，D的相对分子质量比C的小16，各物质转化关系如图所示。下列说法正确的是 A．E可以是金属，也可以是非金属 B．C和D两种大气污染物，都能用排空气法收集 C．B的浓溶液具有吸水性，可用来干燥气体 D．实验室制备F时，可以将其浓溶液滴入碱石灰中进行制取 18．在给定条件和试剂下，下列选项所示的物质间转化不能实现的是 A． B． C． D． 19．硝酸是一种重要的基础化工原料。历史上先后出现多种不同的制备硝酸的方法。 方法一：17世纪，人们以硝石(主要成分NaNO3)为氮源制备硝酸。 (1)化学方程式为：H2SO4(浓)+NaNO3NaHSO4+HNO3↑，该反应中，浓硫酸体现了酸性和___________。 A．强氧化性 B．脱水性 C．吸水性 D．难挥发性 (2)该反应加热温度不能过高，原因是 。 方法二：20世纪初，挪威出现了电弧法生产硝酸，是历史上最早的硝酸工业化尝试。 (3)该方法通过高压电弧使空气中的氮气与氧气反应，生成氮氧化物，进一步氧化吸收合成硝酸。该过程属于 。 A．人工固氮    B．大气固氮    C．生物固氮 (4)评价电弧法的优、劣势(各列举一点)。 优势： ；劣势： 。 方法三：合成氨问世后，氨氧化法进入工业化阶段，这种方法至今依然是世界上生产硝酸的主要方法。以氨气为氮源催化氧化制备硝酸，反应原理分以下三步进行： (5)第Ⅰ步反应的化学方程式为 。 (6)氮原子利用率是指：目标产物中氮的总质量与生成物中氮的总质量之比。第Ⅲ步的原理为3NO2+H2O=2HNO3+NO，此反应中氮原子利用率为 。 A．33.3%    B．66.7%    C．100% 20．二氧化硫、一氧化碳、氮的氧化物、氨气都是非常重要的非金属化合物，研究这些化合物对环境保护、理解化学反应原理都具有重要意义。 (1)二氧化氮与一定量空气混合通入水中能被水完全吸收，反应的化学方程式为 。若该反应过程中有个电子转移，则参加反应的二氧化氮的物质的量为 。 (2)下列除去大气污染物的方法或化学方程式不正确的是___________(填标号)。 A．汽车尾气处理： B．石灰乳吸收硫酸厂尾气： C．燃烧法除去尾气中的硫化氢： D．氨气与一氧化氮在一定条件下反应： (3)大多数非金属氧化物能与氢氧化钠溶液反应。例如，，，，。 已知：NO不溶于氢氧化钠溶液。 ①相同反应物，其反应的产物与反应物浓度、温度、反应物相对量等因素有关。影响与NaOH反应的产物的因素与下列反应相同的是 (填标号)。 A．木炭与氧气反应    B．硫与氧气反应    C．钠与氧气反应    D．铜与硝酸溶液反应 ②某NO与混合气体通入氢氧化钠溶液被完全吸收，则混合气体中气体组成需满足的比例关系：V()：V(NO) 。 (4)请写出氨气的实验室制法的化学方程式： ，干燥氨气所用的试剂 ，用向下排空气法收集的氨气验满的操作方法： 。 21．依据下图中氮元素及其化合物的转化关系，回答问题： (1)图1中，X的化学式为 ，从化合价上看，X具有 性(填“氧化”或“还原”)。 (2)回答下列关于NH3的问题： ①实验室常用与制取氨气，该反应的化学方程式为 。 ②下列试剂不能用于干燥NH3的是 (填字母)。 A．浓硫酸    B．碱石灰    C．固体        D．无水固体 ③若要收集一瓶氨气，请将上述装置补充完整，在图2虚框内画出连接图 。 ④氨气是重要的化工原料，可以合成多种物质，写出其催化氧化的化学方程式 。 (3)回答下列关于NO、NO2的问题： ①汽车排气管上装有催化转化器可减少尾气对环境的污染，汽车尾气中的有害气体CO、NO反应可转化为无害气体排放，写出相关反应的化学方程式： 。 ②NO和NO2按1：1混合可以被NaOH溶液完全吸收，写出相关化学方程式 。 工业生产中利用氨水吸收SO2和NO2，原理如下图所示： NO2被吸收过程的离子方程式是 。 22．氮的化合物的研究在科学和生产中有重要的价值。 Ⅰ．氨气在工农业生产中有重要应用。 (1)工业合成氨的化学方程式为 。 (2)某化学小组同学利用以下装置制备氨气，并进行喷泉实验(夹持仪器略)。 ①实验室用装置A制备氨气的化学方程式为 。 ②用装置收集时，先关闭止水夹，再打开止水夹和，的进气口是 (填“a”或“b”)。检验是否收集满的方法是 。 ③收集满后关闭止水夹和，打开止水夹，没有出现喷泉，引发喷泉实验的操作是 。 Ⅱ．如图所示，常温常压下在注射器中吸入，然后吸入水，再吸入，夹住弹簧夹，振荡注射器，观察现象(忽略反应中水的体积变化，图示为反应过程中某时刻的状态)。 (3)从吸入开始，注射器内气体的颜色变化过程为 。 (4)活塞最后停留的刻度为 mL。 (5)已知常温常压下气体的摩尔体积为，计算注射器中最后得到的硝酸浓度为 (计算结果保留两位有效数字)。 23．亚硝酸钠(NaNO2)在纤维纺织品的染色和漂白、照相、生产橡胶、制药等领域有广泛应用，也常用于鱼类、肉类等食品的染色和防腐。但因其有毒，所以在食品行业用量有严格限制。现用下图所示仪器(夹持装置已省略)及药品，探究亚硝酸钠与硫酸反应及气体产物的成分。 已知：① ②气体液化的温度：NO2为21℃，NO为-152℃ (1)图中装70%H2SO4溶液的仪器名称： 。 (2)为了检验装置A中生成的气体产物，仪器的连接顺序(按左→右连接)为 。 A、C、_______、_______、_______。 (3)反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，排除装置中的空气，目的是 。 (4)在关闭弹簧夹、打开分液漏斗活塞、滴入70%硫酸后，A中产生红棕色气体。 ①确认A中产生的气体含有NO，依据的现象是 。 ②装置E的作用是 。 (5)如果向D中通入过量O2，则装置B中发生反应的离子方程式为 。如果没有装置C，对实验结论造成的影响是 。 (6)通过上述实验探究过程，可得出装置A中反应的化学方程式是 。 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　物质的性质与转化 第3节 氮的循环 第1课时 自然界中的氮循环 教学目标 1．通过自然界中的氮循环，了解氮循环的基本过程，能列举自然固氮与人工固氮的过程，知道人工固氮对社会发展的重要意义，培养科学态度与社会责任的化学学科核心素养。 2．认识氮循环过程中重要的含有氮元素的物质，能够对含有氮元素的物质进行分类，形成宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。 3．建立从物质类别、元素价态角度研究物质性质和实现含有氮元素的物质之间转化的思路和方法，培养科学探究与创新意识的化学学科核心素养。　　 重点和难点 重点：自然界中的氮循环，自然固氮与人工固氮的过程。 难点：实现含有氮元素的物质之间转化 ◆知识点一 自然界中氮的循环 1．自然界中的氮循环 (1)氮元素的存在 在自然界中的存在形式有游离态和化合态。 (2)自然界中氮的循环 (3)人类活动对自然界中的氮循环的影响 ①氮气―→氮肥、硝酸等含氮化合物； ②氮氧化物参与氮的循环。 2.氮的价类二维图 3．氮的固定 (1)含义：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程叫作氮的固定。 (2)分类 氮的固定 4．氮气的性质 (1)物理性质： 颜色 状态 气味 密度 溶解性 无色 气体 无味 与空气接近 难溶于水 (2)化学性质 氮气的化学性质不活泼，通常很难与其他物质发生反应。 ①还原性：与O2反应产生NO。 N2＋O22NO。 ②氧化性：与H2反应生成NH3；反应方程式：N2+3H22NH3 ③N2与Mg的反应(表现出氧化性) 化学方程式为N2＋3MgMg3N2。 特别提醒 氮循环中含氮物质有多种形式的转化,有的对人类生产、生活有益,有的则产生负面作用,请举例说明。 ①对人类有益:人工固氮如合成氨,不仅为农作物的生长提供了必需的氮元素,而且为其他化工产品的生产提供了重要的原料。②对人类有害:工业废气、汽车尾气中的氮氧化物会造成大气污染等;工厂废液、生活废水中的氮元素对水体造成污染。 即学即练 1.下列关于自然界中氮循环(如图所示)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、氧三种元素也参加了氮循环 【答案】A 【解析】合成氨反应中,氮元素的化合价降低,被还原,A项错误;硝酸盐转化为蛋白质后经动物消化,蛋白质转化为氨气和铵盐,实现了含氮无机物和含氮有机物的相互转化,并且碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环,C、D两项正确。 2.氮气在大气中虽多于氧气，由于它的性质不活泼，所以人们在认识氧气之后才认识氮气的。不过它的发现却早于氧气。D·卢瑟福发现这气体不能维持生命，具有灭火性质，可以分离空气获得。氮气能大量存在于空气中的根本原因是(　　) A．氮气性质稳定，即使在高温下也很难与其他物质发生反应 B．氮气比空气轻，且不溶于水 C．氮分子中两个氮原子间结合得很牢固，分子结构稳定 D．氮气无氧化性，也无还原性，不与其他物质反应 【答案】C 【解析】N2性质稳定，但在高温下可与H2等物质反应表现出氧化性，与O2在放电条件下反应表现出还原性，A、D项不正确；氮气密度与空气相近，且不是N2能大量存在于空气中的根本原因，B项不正确。 ◆知识点二 氮的氧化物 1．不同价态的氮的氧化物： 类别 N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 价态 ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋4 ＋5 2.一氧化氮和二氧化氮： (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 3.一氧化氮、二氧化氮性质探究 (1)在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，观察颜色：无色，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器。现象：注射器内无明显变化，结论：NO难溶于水。 (2)打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，现象：注射器内气体变为红棕色；振荡注射器。现象：气体的红棕色消失。 结论：在一定条件下，NO和NO2可以相互转化。 (3)实验探究： 实验装置 实验操作 现象 向充满NO气体的试管中注入O2 气体颜色由无色逐渐变为红棕色 向充满NO2气体的试管中注入水 气体逐渐减少，颜色由红棕色变为无色，得到无色溶液 结论：在一定条件下，NO与NO2可以相互转化，反应的化学方程式为 ①NO―→NO2：2NO＋O2===2NO2； ②NO2―→NO：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 4.人类活动对氮循环和环境的影响 (1)大气污染 ①光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾。 ②酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。 ③破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。 (2)水体污染 水体中氮元素的含量增大，会造成水体的富营养化，导致藻类“疯长”。 (3)对人体危害 NO与血红蛋白结合使人中毒。 特别提醒 某山谷经常电闪雷鸣、雷雨交加，但树木、灌木、花草等植被非常茂密，很少有人敢进入这个山谷。 你能解释该山谷的植被茂密的原因吗？ [提示]　植物生长需要氮肥，N2在雷电的作用下发生一系列变化： N2＋O22NO 2NO＋O2===2NO2 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO HNO3与土壤成分反应，产生硝酸盐，被植物吸收，所以经常有雷电的地方，植被生长的茂盛。 即学即练 1.大家在吃薯条等膨化食品时,会发现袋子里的东西并不多却鼓鼓囊囊的,袋子里填充的是食品级的氮气而非空气。主要作用有三个:①延长食品的保质期;②可以抵御外界潮气的侵入;③保护食品不被压碎。 下列关于N2性质的叙述中错误的是(　　)。 A.氢气在氮气中能燃烧 B.氮气既具有氧化性,又具有还原性 C.将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定 D.氮气与氧气在一定条件下反应生成一氧化氮 【答案】A 【解析】N2不是助燃气体,N2与H2化合需在高温、高压、催化剂的条件下进行。 2.将一支盛满NO2气体的试管倒置在水槽中,最终试管内液面的变化是(　　)。 【答案】A 【解析】由反应3NO2+H2O2HNO3+NO可知,反应后V(NO)是反应前V(NO2)的,则液面上升到试管的处。 ◆知识点三 含氮物质的相关计算 1．NO和NO2性质的对比 NO NO2 色、态、味、毒性 无色、无味 红棕色、有刺激性气味 有毒气体 水溶性 难溶 易溶且与水反应 与氧气反应 2NO＋O2===2NO2 — 与水反应 — 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 与氧气、水同时作用 4NO＋3O2＋2H2O ===4HNO3 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 氧化性 有氧化性，但通常情况下表现出还原性 能氧化S2－、I－、Fe2＋等离子，NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝 对环境的影响 有毒，大气污染物之一 2．氮的氧化物溶于水的计算 2NO＋O2===2NO2 ① 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ② 由①＋②×2　得4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3， 当体积比V(NO2)∶V(O2) 由①×3＋②×2　得4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3， 当体积比V(NO)∶V(O2) 因为水溶液中发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，所以无论何种情况下水溶液中不会剩余NO2。 即学即练特别提醒 NO、NO2均不属于酸性氧化物。酸性氧化物是能够与碱反应生成盐和水的氧化物，而且生成的盐是该氧化物同价态的含氧酸所对应的盐。NO不能与碱反应，NO2与NaOH溶液的反应为2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O。但由于生成的不是相应的盐，因此二氧化氮也不是酸性氧化物。 1.在标准状况下,将O2和NO2按体积之比1∶4充满干燥烧瓶,把烧瓶倒置于水中,瓶内液体逐渐上升,假设烧瓶内溶液不扩散,最终烧瓶内溶液里溶质的物质的量浓度为(　　)。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A. mol·L-1 B. mol·L-1 C. mol·L-1 D. mol·L-1 【答案】C 【解析】设烧瓶的体积为V L,由4NO2+O2+2H2O4HNO3知NO2的体积为V L。又O2和NO2的体积比为1∶4,所以最终液体充满整个烧瓶,溶液的体积为V L,NO2的物质的量为V L÷22.4 L·mol-1=V mol,所以硝酸的物质的量浓度为V mol÷V L= mol·L-1。 2.如图所示，向盛有3.0 mL NO的试管中缓缓通入1.5 mL O2(所有气体体积均在标准状况下测定)。 试回答下列问题： (1)写出观察到的现象(可不写满，也可补充)： ①________________________________________________________________________。 ②________________________________________________________________________。 ③________________________________________________________________________。 (2)最终试管中剩余的气体是________，其体积为________。 【答案】(1)①试管内的无色气体变为红棕色　②试管内液面上升　③试管内剩余无色气体　(2)NO　1.0 mL 【解析】(1)NO遇O2迅速反应生成NO2∶2NO＋O2===2NO2，然后NO2与水反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，导致试管中的液面上升，最终剩余的气体是无色的NO。 (2)将(1)中两个反应合并可得： 4NO＋2H2O＋3O2===4HNO3 4　　　　　　3 V(NO) 　　　1.5 mL 解得V(NO)＝2.0 mL，故最终试管内剩余NO气体，其体积为1.0 mL。 一．自然界中氮的循环 1.自然界中氮的循环 2．人类活动的影响 (1)氮气氨―→氮肥、硝酸等含氮化合物。 (2)燃烧反应产生的氮氧化物参与氮的循环。 二．氮气的性质及工业制法 (1)氮气的密度与空气的接近,只能用排水法收集。 (2)在高温、高压、放电等条件下,N2能与H2、O2、Mg等发生化学反应。 ①氮气与氢气反应:N2+3H22NH3,该反应是工业合成氨的原理。 ②氮气与氧气反应:N2+O22NO。 ③氮气与镁反应:3Mg+N2Mg3N2。 (3)工业制法:空气中含有大量的氮气,空气是工业制氮气的主要原料,生产方法主要是分离液态空气,并制得液态氮。 三．.NO、NO2的性质比较 物质 NO NO2 色、态、味、毒性 无色、无味、有毒气体 红棕色、有刺激性气味、有毒气体 水溶性 不溶于水 易溶于水 与氧气反应 2NO+O22NO2 不反应 与水反应 不反应 3NO2+H2O 2HNO3+NO(自身氧化还原) 与氧气、水同时作用 4NO+3O2+2H2O4HNO3 4NO2+O2+2H2O4HNO3 氧化性 有氧化性,但通常情况下表现出还原性 强氧化性,在溶液中生成硝酸,能氧化S2-、I-、Fe2+等离子 对环境的影响 有毒,大气污染物之一 有毒,大气污染物之一 氮的氧化物以及与氧气混合后溶于水的情况分析 (1)NO2或NO2与N2(非O2)的混合气体溶于水时,可根据反应3NO2+H2O2HNO3+NO,利用气体体积的变化差值进行计算。 (2)NO2和O2的混合气体溶于水时,根据反应4NO2+O2+2H2O4HNO3: 当V(NO2)∶V(O2)=4∶1时,恰好反应,无剩余气体; 当V(NO2)∶V(O2)<4∶1时,剩余氧气; 当V(NO2)∶V(O2)>4∶1时,NO2过量,剩余气体为NO,且体积为过量NO2体积的1/3。 (3)NO和O2同时通入水中,此时的反应为4NO+3O2+2H2O4HNO3: 当V(NO) ∶V(O2) =4∶3时,恰好反应,无剩余气体; 当V(NO)∶V(O2)<4∶3时,剩余氧气; 当V(NO)∶V(O2)>4∶3时,剩余NO。 (4)规律延伸: 将方程式4NO2+O2+2H2O4HNO3与4NO+3O2+2H2O4HNO3相加可以得到方程式NO2+NO +O2+H2O2HNO3,由此可知NO、NO2、O2等体积混合时恰好能被水完全吸收,但混合气体能被水完全吸收时三者不一定是等体积,其实只需要将混合气体的O2分为两部分,一部分恰好与NO反应,另一部分恰好与NO2反应即可。 特别提醒 汽车尾气的主要污染物包括哪些？ 提示：汽油不完全燃烧生成CO；放电条件下氮气与氧气反应生成NO，部分NO与氧气反应生成NO2，故汽车尾气的主要污染物为CO、NO2、NO等。 实践应用 1.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.NO2可用排水法收集,且可由N2和O2化合而得到 C.NO、NO2在一定条件下可相互转化,且二者都是大气污染物 D.NO密度比空气大,可用排空气法收集 【答案】C 【解析】NO是无色难溶于水的气体,不与碱反应,不是酸性氧化物,A项错误;NO2能与水发生反应3NO2+H2O2HNO3+NO,N2和O2反应生成NO,B项错误;NO和O2发生反应2NO+O22NO2,NO2与H2O反应生成NO,NO、NO2都是大气污染物,C项正确;NO易与O2反应,不能用排空气法收集,D项错误。 2.近年来,科学家发现NO结合血红蛋白的能力比CO还强,更容易造成人体缺氧;同时NO作为一种传递神经信息的“信使分子”,在扩张血管、提高免疫力、增强记忆力等方面有着重要的作用。因而成为当前生命科学的研究热点,NO亦被称为“明星分子”。请回答下列问题: (1)NO对环境的危害主要是　　　　(填标号)。  A.破坏臭氧层 B.高温下能使一些金属被氧化 C.形成酸雨 D.与人体血红蛋白结合 (2)在含Cu+的酶的活化中心,亚硝酸根离子(N)可转化为NO,写出Cu+和N在酸性水溶液中反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)常温下,在一个体积固定的容器里,把NO气体压缩到100个大气压。将容器中气体加热到50 ℃,发现气体的压强迅速下降,至略小于下降前压强的时就不再变化,已知其中一种产物为N2O,写出上述变化的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  【答案】(1)AC (2)Cu++N+2H+Cu2++NO↑+H2O　 (3)3NON2O+NO2 【解析】(1)NO对环境的危害主要是破坏臭氧层和被空气中氧气氧化为NO2,再与水反应产生硝酸而形成酸雨,故选AC。(2)N转化为NO是还原反应,所以Cu+被氧化为Cu2+,Cu+和N在酸性水溶液中反应的离子方程式为Cu++N+2H+Cu2++NO↑+H2O。(3)若NO转化为N2O和O2,则气体的压强下降至原来的,不符合题意;若NO转化为N2O和NO2,少量NO2转化为N2O4,则气体的压强下降至略小于原来的,符合题意,所以上述变化的化学方程式为3NON2O+NO2。 考点一 自然界中氮的循环 【例1】下图中能实现人工固氮的是(　　) 　　　　　　　 A．闪电　　　　　　　　　　B．合成氨车间 　　　　　　　 C．豆科植物根瘤　　　　　 D．绿色植物光合作用 【答案】B 【解析】　闪电时，氮气和氧气反应生成NO，属于自然固氮，A错误；合成氨车间N2与H2在一定条件下反应生成NH3，属于人工固氮，B正确；豆科植物的根瘤菌将空气中的氮气通过生物化学过程转化为含氮化合物，属于生物固氮，C错误；光合作用是将二氧化碳和水转化为有机物和氧气，不属于固氮，D错误。 解题要点 氮的固定：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。 【变式1-1】大家在吃薯条等膨化食品时，会发现袋子里东西并不多却鼓鼓囊囊的，袋子里填充的是食品级的氮气而非空气。主要作用有三个方面：①延长食品的保质期；②可以抵御外界潮气的侵入；③保护食品不被压碎。 下列关于N2性质的叙述中错误的是(　　) A．氢气在氮气中能燃烧 B．氮气既具有氧化性，又具有还原性 C．将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定 D．氮气与氧气在一定条件下反应生成一氧化氮 【答案】A 【解析】N2不是助燃气体，N2与H2化合需在高温、高压、催化剂的条件下进行。 【变式1-2】1．下列叙述与氮的固定无关的是(　　) A．工业合成氨 B．工业上将氨转化为硝酸和其他含氮化合物 C．豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为含氮化合物 D．电闪雷鸣的雨天，空气中的氮气会与氧气发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收 【答案】B 【解析】氮的固定是指把空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。 考点二 氮气的性质及工业制法 【例2】下列关于氮气性质的说法中，错误的是(　　) A．通常情况下，氮气性质很不活泼 B．可在氧气中燃烧，生成一氧化氮 C．通常情况下，氮气在水中的溶解度很小 D．跟氢气在一定条件下发生反应时，氮气是氧化剂 【答案】B 【解析】N2不能在O2中燃烧，与O2在放电条件下反应生成NO，B错；氮气与氢气反应时，氮元素的化合价降低，氮气作氧化剂，D对。 解题要点 在高温、高压、放电等条件下,N2能与H2、O2、Mg等发生化学反应。 ①氮气与氢气反应:N2+3H22NH3,该反应是工业合成氨的原理。 ②氮气与氧气反应:N2+O22NO。 ③氮气与镁反应:3Mg+N2Mg3N2。 【变式2-1】下列关于N2的说法中错误的是(　　) A．通常情况下N2的化学性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气 B．N2＋O22NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要原因之一 C．N2在空气中约占空气总质量的 D．在反应3Mg＋N2Mg3N2中，N2作氧化剂 【答案】C 【解析】N2在空气中约占空气总体积的，C项错误。 【变式2-2】下列物质之间的转化不能通过一步反应实现的是(　　) A．N2―→NO B．N2―→NO2 C．NO―→NO2 D．NO2―→NO 【答案】B 【解析】A项，N2＋O22NO；C项，2NO＋O2===2NO2；D项，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 考点三 氮的氧化物 【例3】如图将充满二氧化氮的试管倒扣在水槽中，下列叙述错误的是(　　) A．试管内液面上升 B．试管内气体颜色逐渐变浅，直至消失 C．堵住管口将试管取出，管口向上，观察到试管口有红棕色出现 D．取少量试管内液体，滴加石蕊试液后褪色 【答案】D 【解析】　二氧化氮溶于水后，发生如下反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，NO2气体为红棕色，NO气体无色。从反应的化学方程式可以看出，3体积的NO2与水反应后，只生成1体积的NO，随着反应的进行，试管内气压会减小，所以试管内液面上升，A正确；试管内气体由NO2转化为NO，所以气体的颜色逐渐变浅，直至消失，B正确；试管内的NO与空气接触，生成NO2，试管口有红棕色出现，C正确；反应后，试管内液体为稀硝酸，滴加石蕊试液，溶液只变红不褪色，D错误。 解题要点 二氧化氮 (1)红棕色有刺激性气味的有毒气体，易溶于水； (2)能使多种织物褪色，有腐蚀作用； (3)与水反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 【变式3-1】下列有关反应3NO2+H2O2HNO3+NO的说法正确的是(　　)。 A.氧化剂与还原剂的质量之比为1∶2 B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2 C.NO2是氧化剂,H2O是还原剂 D.在反应中若有6 mol NO2参与反应,则有3 mol电子发生转移 【答案】A 【解析】该反应中NO2既是氧化剂又是还原剂,HNO3为氧化产物,NO为还原产物。HNO3与NO的物质的量之比为2∶1,还原剂(NO2)与氧化剂(NO2)的物质的量之比为2∶1。若有6 mol NO2参与反应,则转移4 mol电子。 【变式3-2】一定条件下，将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原总体积的(　　) A．　　B．　　C．　　D． 【答案】　C 【解析】选C。由于NO和O2等体积，故二者物质的量相等，当二者溶于水时，发生反应 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 4 3 设初始时NO和O2的物质的量均为x mol，则x mol NO反应掉0.75x mol O2，还剩余0.25x mol O2，则剩余O2为原气体的0.25x÷2x＝。 基础达标 1．自然界中的氮循环过程如图。下列有关叙述正确的是 A．过程②属于人工固氮过程 B．若足量，则过程②中可以一步转化为 C．过程④中，生成至少需要提供 D．该循环中只有氮元素的化合价发生了变化 【答案】C 【详解】A．过程②涉及豆科植物，属于生物固氮（自然固氮），A错误； B．N2转化为NO2需分步进行：N2→NO（放电）、NO→NO2（氧化），无法一步完成，B错误； C．过程④中，N元素从-3价升至+5价，失8e-；1 mol O2得4 mol e-，所以生成至少需要提供，C正确； D．循环中O2参与反应（如生成NO、），O元素的化合价从0变为-2，并非只有N元素化合价变化，D错误； 答案选C。 2．下列过程属于固氮的是 A．氮气和镁反应生成氮化镁 B．将氨气转化成各类铵态氮肥 C．植物从土壤中吸收含氮养料 D．豆科作物根把含氮化合物转变为蛋白质 【答案】A 【分析】氮的固定是将氮元素的单质转化为化合物的过程。 【详解】A．氮气和镁反应生成氮化镁，是氮元素的单质转化为化合物的过程，故A正确； B．将氨气转化成各类铵态氮肥，不存在将氮元素的单质转化为化合物的过程，故B错误； C．含氮养料均为化合态，不存在将氮元素的单质转化为化合物的过程，故C错误； D．豆科作物根把含氮化合物转变为蛋白质，是氮元素的化合态在转化，故D错误； 故选A。 3．价类二维图反映元素化合价与物质类别的关系。氮元素的价类二维图如图所示。下列说法错误的是 A．氨气中氮元素的化合价为-3价 B．图中点a对应物质为空气中含量最高的气体，化学性质不活泼，可作保护气 C．图中b和c对应物质都是大气污染气体 D．图中d点对应物质是 【答案】D 【详解】A．中氢元素化合价为+1价，根据化合物中各元素正负化合价代数和为零，氮元素化合价为-3，A正确； B．a物质对应单质，是氮气，氮气约占空气体积的78%，为空气中含量最高的气体，且氮气化学性质不活泼，可作保护气，B正确； C．b点对应的物质为氧化物，其中氮元素化合价为+2价，故b为一氧化氮()，c点对应的物质为氧化物，其中氮元素化合价为+4价，故c为二氧化氮()，一氧化氮和二氧化氮均为大气污染气体，C正确； D．d点对应的物质氮元素化合价为+5价，中氮元素显+3价，D错误。 故答案为：D。 4．硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、农药、炸药、染料等。工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸，如图所示： 下列说法中正确的是 A．反应①②③都属于氮的固定 B．反应④中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 C．氮气在足量氧气中也可以通过一步反应生成 D．反应②的方程式： 【答案】D 【详解】A．氮的固定是游离态氮（）转化为化合态氮的过程，反应①（）属于氮的固定，反应②（）、③（）均为化合态氮之间的转化，不属于氮的固定，A错误； B．反应④为，中N元素化合价既升高（+4→+5，还原剂）又降低（+4→+2，氧化剂），3 mol中2 mol作还原剂、1 mol作氧化剂，氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶2，B错误； C．与在放电或高温条件下只能一步生成，无法直接生成，C错误； D．反应②为氨的催化氧化，化学方程式为：，D正确； 故答案选D。 5．2024年10月，中国科学家在常压下合成了立方氮，该成果发表于《科学进展》，为高能密度材料和环保火箭燃料开发提供新方向，下列关于氮及其化合物的说法正确的是 A．目前最重要的人工固氮途径就是工业合成氨 B．实验室制氨气可利用加热分解获得 C．常温下，铁、铝、铜都会与浓硝酸发生钝化反应 D．氮气的化学性质很稳定，在任何情况下都不会与金属镁和铁发生反应 【答案】A 【详解】A．最重要的人工固氮途径就是工业合成氨，它不仅为农作物的生长提供了必需的氮元素，也是工业制备硝酸的基础，A正确； B．氯化铵受热易分解生成氯化氢和氨气，冷却后二者立即反应生成氯化铵，所以不能用直接加热氯化铵的方法制取氨气，B错误； C．铜常温下与浓硝酸会反应，不是钝化反应，C错误； D．氮气与金属镁点燃会反应，方程式为3Mg＋N2Mg3N2，D错误； 故选A。 6．合成氨及其相关工业中，部分物质间的转化关系如下，下列说法不正确的是 A．反应Ⅰ属于人工固氮反应 B．反应Ⅱ的方程式为： C．反应Ⅲ的现象为无色气体变红棕色 D．反应Ⅳ的方程式为：，其中氧化剂与还原剂的质量比为 【答案】B 【分析】根据已给物质的化学式以及流程图，可得出甲为：，乙为：，丙为：； 【详解】A．反应Ⅰ是与合成，将游离态氮转化为化合态氮，属于人工固氮反应，A正确； B．催化氧化的产物为和，正确方程式为，而非，B错误； C．反应Ⅲ为（无色）与反应生成（红棕色），现象为无色气体变红棕色，C正确； D．反应中，既是氧化剂（1 mol，N由+4→+2）又是还原剂（2 mol，N由+4→+5），氧化剂与还原剂质量比为1:2，D正确； 故答案选B。 7．钠在液氨中溶剂化速度极快，生成蓝色的溶剂合电子，下图为钠投入液氨中的溶剂化图。钠沉入液氨中，快速得到深蓝色溶液NaNH2，并慢慢产生气泡。下列错误的是 A．钠的密度比液氨大 B．溶液的导电性增强 C．参与反应的钠原子与转移电子数之比为1：2 D．钠和液氨可发生以下反应：2NH3+2Na=2NaNH2+H2↑ 【答案】C 【详解】A．钠沉入液氨说明钠的密度比液氨大，故A正确； B．钠在液氨中溶剂化速度极快，生成蓝色的溶剂合电子，溶液的导电性增强，故B正确； C．根据图示，1个Na原子失去1个电子得到Na+ (NH3)x，参与反应的钠原子与转移电子数之比为1：1，故C错误； D．反应中钠失去电子，氢原子得电子生成氢气，所以钠和液氨可发生反应2NH3 + 2Na=2NaNH2 + H2↑，故D正确； 选C。 8．1921年侯德榜学成归国，艰苦创业研发了“侯氏制碱法”，是后人学习的典范，某兴趣小组利用以下装置模拟“侯氏制碱法”制“碱”实验，其中难以达到预期目的的是 A．制备实验中需要的 B．分离 C．实验中先通入，后通入 D．加热分解 A．A B．B C．C D．D 【答案】D 【详解】A．制备NH3利用CaO与浓氨水反应，CaO与水反应放热且生成OH-，促进NH3·H2O分解产生NH3，A正确； B．分离NaHCO3沉淀采用过滤操作，图示过滤装置（漏斗、烧杯、玻璃棒）符合要求，B正确； C．侯氏制碱法需先通NH3使溶液呈碱性，增强CO2溶解度，装置中通过导管通入气体并结合冷水浴，顺序正确，C正确； D．加热分解NaHCO3时，试管口应略向下倾斜，防止生成的水倒流炸裂试管，图示试管口向上倾斜，装置错误，D错误； 故选D。 综合应用 9．按如图装置进行实验，搅拌一段时间后，滴加浓盐酸。不同反应阶段的预期现象及其相应推理错误的是 A．滴加浓盐酸后，有白烟产生 B．实验过程中，气球会一直变大 C．试纸会变蓝，说明有生成 D．烧瓶壁会变冷，说明存在吸热反应 【答案】B 【分析】NH4Cl与Ba(OH)2∙8H2O混合搅拌后，发生反应2NH4Cl+Ba(OH)2∙8H2O=BaCl2+2NH3↑+10H2O；滴加浓盐酸后，发生反应NH3+HCl=NH4Cl，可能发生反应Ba(OH)2∙8H2O+2HCl=BaCl2+10H2O。 【详解】A．滴加浓盐酸后，浓盐酸挥发出的HCl气体与烧瓶内的NH3结合为NH4Cl固体，有白烟产生，A正确； B．NH4Cl与Ba(OH)2∙8H2O的反应是吸热反应，烧瓶中温度降低、气体压强会减小会导致气球变小，后因为氨气导致气体压强增大，气球会变大，滴入盐酸后，浓盐酸挥发出的氯化氢气体与氨气生成了氯化铵，导致气体压强变小，则实验过程中，气球先变小、后增大，加入盐酸后又变小，B错误； C．搅拌一段时间后试纸会变蓝，说明反应产生显碱性的气体，从而表明有NH3生成，C正确； D．搅拌一段时间后烧瓶壁会变冷，说明NH4Cl与Ba(OH)2∙8H2O反应为吸热反应，D正确； 故答案为B。 10．以下物质间的转化中，其中有不能通过一步反应实现的是 A． B． C． D． 【答案】B 【详解】A．Fe和盐酸反应生成FeCl2，FeCl2和氢氧化钠溶液反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁和空气中的氧气、水反应生成氢氧化铁，故A不选； B．Al与氧气反应生成Al2O3，氧化铝不能一步生成Al(OH)3，故B选； C．S燃烧生成SO2，SO2和H2O反应生成H2SO3，H2SO3与H2O2反应生成H2SO4，均能通过一步反应实现，故C不选； D．N2和O2反应生成NO，NO和O2反应生成NO2，NO2和H2O反应生成HNO3，故D不选； 答案为B。 11．部分含N的纯净物的“价-类”二维图如图所示。下列叙述正确的是 A．a只有还原性，没有氧化性 B．c和水反应生成b和d C．a的催化氧化可直接生成c D．一定条件下，a和c反应可生成b 【答案】D 【分析】由题干价类二维图可知，a为-3价的氢化物即NH3，b为氮的单质N2，c为+2价的氧化物NO，d为+5价的含氧酸即HNO3，据此分析解题。 【详解】A．a为NH3，N元素处于最低价态，具有还原性；但H元素为+1价，可被还原为0价，如与强还原剂反应生成H2，故NH3既有还原性也有氧化性，A错误； B．c为NO2，与水反应的方程式为3NO2+H2O=2HNO3+NO，生成HNO3和NO，而非单质N2，B错误； C．NH3的催化氧化反应为4NH3+5O24NO+6H2O，直接生成的是NO，而非NO2，C错误； D．NH3和NO2可发生归中反应：8NH3+6NO27N2+12H2O，生成N2，D正确； 故选D。 12．下列所示装置能达到实验目的的是 A．用图甲装置制备、干燥并收集 B．用图乙装置除去中的HCl杂质 C．用图丙装置验证具有氧化性 D．用图丁装置验证的漂白性 【答案】D 【详解】A．甲装置制备氨气：浓氨水与生石灰反应可制备氨气，干燥用碱石灰（碱性干燥剂）正确；但氨气密度比空气小，应采用向下排空气法收集，收集方法错误，A错误； B．乙装置除中HCl：和HCl均能与NaOH溶液反应（Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O），会将一同吸收，应使用饱和食盐水（在其中溶解度小，HCl易溶），试剂错误，B错误； C．丙装置验证氧化性：浓硝酸与铜反应生成，但浓硝酸易挥发，挥发出的蒸气也具有强氧化性，会氧化KI生成使淀粉变蓝，干扰氧化性的验证，C错误； D．丁装置验证漂白性：通入品红溶液，品红褪色，加热后恢复原色，可证明的漂白性，装置中气体长进短出与溶液充分接触，试剂正确，D正确； 故选D。 13．能满足下列物质间直接转化关系，且推理成立的是 A．X为，为，③的反应条件为电解 B．X为，为，①的反应条件为在中燃烧 C．X为NO，Y为，一定为 D．X为S，为，浓溶液可能具有脱水性 【答案】D 【详解】A．X为Al，Z为时，电解无法生成Al，因为是共价化合物，熔融状态不导电，工业上电解熔融Al2O3制Al，A错误； B．Fe在Cl2中燃烧生成FeCl3，而非FeCl2，B错误； C．Y为，若为，氮气不能一步转化为，C错误； D．X为S，①可通过S燃烧生成Y（）；②氧化生成Z（如H2SO4）；Z的浓溶液（浓H2SO4）具有脱水性，浓H2SO4与铜加热反应可生成，浓H2SO4与H2S反应可生成S，转化关系成立，D正确； 故选D。 14．下列各物质中，不能按如图（“→”表示一步完成）关系转化的是 选项 X Y Z A Fe B C D NO A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【详解】A．Fe与氯气反应生成氯化铁，氯化铁与铁反应生成氯化亚铁，氯化亚铁与锌发生置换反应生成铁，可以完成转化，A项不符合题意； B．氯气和氢氧化钠反应生成次氯酸钠，次氯酸钠和盐酸反应生成氯化钠，电解熔融氯化钠可以生成氯气，可以完成转化，B项不符合题意； C．铝与过量氢氧化钠反应生成四羟基合铝酸钠，四羟基合铝酸钠与少量盐酸反应生成氢氧化铝沉淀，氢氧化铝不能一步生成铝，C项符合题意； D．硝酸被还原转化为一氧化氮，一氧化氮与氧气生成二氧化氮，二氧化氮溶于水生成硝酸，可以完成转化，D项不符合题意； 故选C。 15．室温下，将充满的试管倒立在水中，实验现象如下图。下列分析不正确的是 A．易溶于水，不能用排水法收集 B．试管中剩余的无色气体可能是 C．取试管中的溶液，滴加紫色石蕊溶液，溶液显红色，是因为与反应生成了酸 D．向试管中再缓缓通入一定量的，试管中的液面上升 【答案】B 【详解】A．NO2与水可发生反应（3NO2+H2O=2HNO3+NO↑），会被水吸收，因此不能用排水法收集，A正确； B．NO2与水反应的化学方程式为3NO2+H2O=2HNO3+NO↑，生成的NO为无色气体且难溶于水，故剩余无色气体应为NO，而非N2O4，B错误； C．NO2与水反应生成HNO3，HNO3为强酸，溶液显酸性，能使紫色石蕊溶液变红，C正确； D．试管中剩余气体为NO，通入O2后发生反应4NO+3O2+2H2O=4HNO3，气体被吸收，试管内压强减小，液面上升，D正确； 故答案选B。 16．某兴趣小组采用如图1装置收集、混合气体。将装置②上面的圆底烧瓶收集满气体后，利用如图2所示装置进行喷泉实验，观察到混合气体全部被吸收，圆底烧瓶被液体充满。下列说法错误的是 A．装置②中虚线上导管实线图应是左高右低 B．装置②中的试剂Ⅹ可选用浓硫酸 C．进行喷泉实验时反应的化学方程式为 D．可计算出实验后圆底烧瓶中所得溶液物质的量浓度 【答案】D 【分析】过氧化氢在二氧化锰作用下可以分解制备，铜与浓硝酸反应可以制备，图1装置②中的试剂Ⅹ可选用浓硫酸，干燥并混合和，从而收集、混合气体。 【详解】A．氧气和二氧化氮的密度均比空气大，故应该进气管短，出气管长，即G装置中虚线上导管实线图应是左高右低，A正确； B．浓硫酸为液体干燥剂，装置②中的试剂Ⅹ可选用浓硫酸，干燥氧气和二氧化氮的同时形成混合气体，B正确； C．图2所示装置进行喷泉实验时，混合气体全部被水吸收，故发生反应，C正确； D．未说明气体是否处于标准状况下，不能确定其摩尔体积，也无法确定圆底烧瓶的体积，因此无法计算圆底烧瓶中所得溶液的物质的量浓度，D错误； 答案选D。 拓展培优 17．如图是某元素的“价类二维图”。其中X是一种强碱，G为正盐，通常条件下Z是无色液体，D的相对分子质量比C的小16，各物质转化关系如图所示。下列说法正确的是 A．E可以是金属，也可以是非金属 B．C和D两种大气污染物，都能用排空气法收集 C．B的浓溶液具有吸水性，可用来干燥气体 D．实验室制备F时，可以将其浓溶液滴入碱石灰中进行制取 【答案】D 【详解】A．E为单质，结合转化关系，E需生成氧化物且对应氢化物、含氧酸，金属单质难以形成稳定氢化物及多种氧化物（且氧化物与水反应生成含氧酸），故E只能是非金属（如N2），A错误； B．C为NO2、D为NO，均为大气污染物，但NO易与O2反应生成NO2，不能用排空气法收集，B错误； C．B为HNO3，浓硝酸具有强氧化性和挥发性，无吸水性，不能干燥气体，C错误； D．F为NH3，实验室可用浓氨水（浓溶液）滴入碱石灰（吸水放热）制取NH3，D正确； 故选D。 18．在给定条件和试剂下，下列选项所示的物质间转化不能实现的是 A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．硫燃烧生成SO2，SO2在催化剂和加热条件下可被氧化为SO3，符合工业制硫酸流程，A正确； B．N2和O2在放电条件下生成NO，NO与O2常温下自发反应生成NO2，符合氮氧化物转化规律，B正确； C．SiO2是酸性氧化物，但不溶于水，无法直接与水反应生成H2SiO3，需通过强碱先转化为硅酸盐，再与酸反应制得H2SiO3，C错误； D．钠常温氧化生成Na2O，Na2O与水反应生成NaOH，NaOH与适量CO2反应生成Na2CO3，转化合理，D正确； 故选C。 19．硝酸是一种重要的基础化工原料。历史上先后出现多种不同的制备硝酸的方法。 方法一：17世纪，人们以硝石(主要成分NaNO3)为氮源制备硝酸。 (1)化学方程式为：H2SO4(浓)+NaNO3NaHSO4+HNO3↑，该反应中，浓硫酸体现了酸性和___________。 A．强氧化性 B．脱水性 C．吸水性 D．难挥发性 (2)该反应加热温度不能过高，原因是 。 方法二：20世纪初，挪威出现了电弧法生产硝酸，是历史上最早的硝酸工业化尝试。 (3)该方法通过高压电弧使空气中的氮气与氧气反应，生成氮氧化物，进一步氧化吸收合成硝酸。该过程属于 。 A．人工固氮    B．大气固氮    C．生物固氮 (4)评价电弧法的优、劣势(各列举一点)。 优势： ；劣势： 。 方法三：合成氨问世后，氨氧化法进入工业化阶段，这种方法至今依然是世界上生产硝酸的主要方法。以氨气为氮源催化氧化制备硝酸，反应原理分以下三步进行： (5)第Ⅰ步反应的化学方程式为 。 (6)氮原子利用率是指：目标产物中氮的总质量与生成物中氮的总质量之比。第Ⅲ步的原理为3NO2+H2O=2HNO3+NO，此反应中氮原子利用率为 。 A．33.3%    B．66.7%    C．100% 【答案】(1)D (2)温度过高，硝酸易分解 (3)A (4) 原料来源广泛 耗能大 (5) (6)B 【详解】（1）该反应中，浓硫酸与NaNO3反应生成了NaHSO4，体现了酸性；同时利用浓硫酸难挥发的性质，将易挥发的硝酸制备出来，还体现了难挥发性，而反应中没有元素化合价的变化，不体现强氧化性；也没有体现脱水性(脱水性是将有机物中的H、O元素按水的组成比脱去)和吸水性(吸水性是吸收现成的水)。则该反应中，浓硫酸体现了酸性和难挥发性，故选D； （2）因硝酸受热易分解生成、和，则该反应加热温度不能过高，原因是温度过高，硝酸易分解； （3）人类通过高压电弧使空气中的氮气与氧气进行反应，生成氮氧化物，将游离态的氮转化为氮的化合物，该过程是人类通过控制条件实现固氮的，属于人工固氮，故选A； （4）电弧法原料选择的是空气中的氮气和氧气，即原料来源广泛，但反应需要高压电弧，即耗能大，则电弧法的优势为：原料来源广泛；劣势为：耗能大； （5）第Ⅰ步反应是和在催化剂、加热条件下反应生成和，反应的化学方程式为：； （6）氮原子利用率是指：目标产物中氮的总质量与生成物中氮的总质量之比，由第Ⅲ步反应(3NO2+H2O=2HNO3+NO)可知，生成2 mol HNO3的同时生成1 mol NO，即3 mol N原子中有2 mol 进入目标产物HNO3中，则此反应中氮原子利用率为，故选B。 20．二氧化硫、一氧化碳、氮的氧化物、氨气都是非常重要的非金属化合物，研究这些化合物对环境保护、理解化学反应原理都具有重要意义。 (1)二氧化氮与一定量空气混合通入水中能被水完全吸收，反应的化学方程式为 。若该反应过程中有个电子转移，则参加反应的二氧化氮的物质的量为 。 (2)下列除去大气污染物的方法或化学方程式不正确的是___________(填标号)。 A．汽车尾气处理： B．石灰乳吸收硫酸厂尾气： C．燃烧法除去尾气中的硫化氢： D．氨气与一氧化氮在一定条件下反应： (3)大多数非金属氧化物能与氢氧化钠溶液反应。例如，，，，。 已知：NO不溶于氢氧化钠溶液。 ①相同反应物，其反应的产物与反应物浓度、温度、反应物相对量等因素有关。影响与NaOH反应的产物的因素与下列反应相同的是 (填标号)。 A．木炭与氧气反应    B．硫与氧气反应    C．钠与氧气反应    D．铜与硝酸溶液反应 ②某NO与混合气体通入氢氧化钠溶液被完全吸收，则混合气体中气体组成需满足的比例关系：V()：V(NO) 。 (4)请写出氨气的实验室制法的化学方程式： ，干燥氨气所用的试剂 ，用向下排空气法收集的氨气验满的操作方法： 。 【答案】(1) a mol (2)AC (3) A ≥1 (4) 碱石灰（主要成分为NaOH和CaO） 将湿润的红色石蕊试纸放在集气瓶口，若试纸变蓝，说明氨气已收集满（或用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近集气瓶口，若产生白烟，说明氨气已收集满） 【详解】（1）二氧化氮与氧气在水中反应生成硝酸，反应的化学方程式为：；根据反应的化学方程式可知，反应中氮元素化合价由+4升高到+5，即1 mol NO2参与反应转移1 mol电子，所以转移a mol电子消耗a mol二氧化氮。 （2）汽车尾气处理的产物应为CO2和N2，A项错误；硫酸厂尾气为SO2 ，SO2为酸性氧化物，可用碱性物质吸收，化学方程式书写正确，B项正确；H2S燃烧生成大气污染物SO2，故应用碱溶液吸收不应用燃烧法，C项错误；氨气与一氧化氮在一定条件下反应生成氮气和水，反应生成的N2无污染，D项正确，故选AC。 （3）①NaOH与SO2的相对量不同，产物不同。碳与氧气反应，氧气不足时生成CO，氧气足量时生成CO2，A项正确；硫与氧气反应只能生成SO2，B项错误；钠与氧气反应的产物受温度影响，常温下生成氧化钠，加热时生成过氧化钠，C项错误；铜与硝酸反应的产物只跟硝酸浓度有关，浓度不同，产物不同，D项错误；故选A。 ②由题意可知，NO2的体积大于或等于NO的体积时，能被完全吸收，所以V(NO2)：V(NO)≥1。 （4）氨气的实验室制法是用氯化铵和氢氧化钙固体混合加热，化学方程式为；；氨气是碱性气体，干燥氨气所用的试剂是碱石灰（主要成分为NaOH和CaO）；用向下排空气法收集氨气，验满的操法是：将湿润的红色石蕊试纸放在集气瓶口，若试纸变蓝，说明氨气已收集满（或用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近集气瓶口，若产生白烟，说明氨气已收集满） 21．依据下图中氮元素及其化合物的转化关系，回答问题： (1)图1中，X的化学式为 ，从化合价上看，X具有 性(填“氧化”或“还原”)。 (2)回答下列关于NH3的问题： ①实验室常用与制取氨气，该反应的化学方程式为 。 ②下列试剂不能用于干燥NH3的是 (填字母)。 A．浓硫酸    B．碱石灰    C．固体        D．无水固体 ③若要收集一瓶氨气，请将上述装置补充完整，在图2虚框内画出连接图 。 ④氨气是重要的化工原料，可以合成多种物质，写出其催化氧化的化学方程式 。 (3)回答下列关于NO、NO2的问题： ①汽车排气管上装有催化转化器可减少尾气对环境的污染，汽车尾气中的有害气体CO、NO反应可转化为无害气体排放，写出相关反应的化学方程式： 。 ②NO和NO2按1：1混合可以被NaOH溶液完全吸收，写出相关化学方程式 。 工业生产中利用氨水吸收SO2和NO2，原理如下图所示： NO2被吸收过程的离子方程式是 。 【答案】(1) N2O5 氧化 (2) 2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O AD 4NH3+5O24NO+6H2O (3) 2NO+2CON2+2CO2 NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O 4+2NO2=4+N2 【分析】在实验室中一般是用铵盐与碱共热制取氨气，结合氨气的密度比空气小，极易溶于水的性质，用向下排空气的方法收集。干燥氨气时选择的干燥剂不能与氨气反应，只能够吸收氨气中的水蒸气。元素处于最高价只有氧化性，元素处于最低价只有还原性，元素处于中间价态时既有氧化性又有还原性，据此分析解答。 【详解】（1）根据图示可知：物质X是+5价的N元素的氧化物，则X为N2O5，+5价为N元素的最高价态，N元素的化合价只能降低，因此N2O5具有氧化性； （2）①实验室用NH4Cl与Ca(OH)2混合加热制备氨气，该反应的化学方程式为：2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O； ②A．浓硫酸具有吸水性，浓硫酸与氨气反应可生成硫酸铵，因此浓硫酸不能干燥氨气，A符合题意； B．碱石灰是碱性物质，具有吸水性，与氨气不能发生反应，因此碱石灰可以干燥氨气，B不符合题意； C．NaOH是碱，NaOH固体能够吸收水分，与氨气不能发生反应，因此NaOH固体可以干燥氨气，C不符合题意； D．无水CaCl2具有吸水性，但由于无水CaCl2能够与NH3反应产生CaCl2·8NH3，因此无水CaCl2不能干燥氨气，D符合题意； 故合理选项是AD； ③氨气极易溶于水，因此不能用排水法收集氨气；可根据NH3的密度比空气小，用向下排空气的方法收集，导气管短进长出，收集装置图为； ④氨气与O2在催化剂存在条件下加热，反应产生NO、H2O，其催化氧化的化学方程式为：4NH3+5O24NO+6H2O； （3）①NO与CO在催化剂存在条件下发生氧化还原反应产生N2、CO2，该反应的化学方程式为：2NO+2CON2+2CO2； ②NO、NO2按1：1混合被NaOH溶液吸收，反应产生NaNO2、H2O，该反应的化学方程式为：NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O； ③向氨水中通入SO2气体，发生反应产生(NH4)2SO3、H2O，(NH4)2SO3中S元素为+4价，具有还原性，向(NH4)2SO3溶液中通入具有氧化性的NO2气体，二者会发生氧化还原反应产生(NH4)2SO4、N2，根据得失电子守恒、电荷守恒及原子守恒，结合物质的拆分原则，可知反应的离子方程式为：4+2NO2=4+N2。 22．氮的化合物的研究在科学和生产中有重要的价值。 Ⅰ．氨气在工农业生产中有重要应用。 (1)工业合成氨的化学方程式为 。 (2)某化学小组同学利用以下装置制备氨气，并进行喷泉实验(夹持仪器略)。 ①实验室用装置A制备氨气的化学方程式为 。 ②用装置收集时，先关闭止水夹，再打开止水夹和，的进气口是 (填“a”或“b”)。检验是否收集满的方法是 。 ③收集满后关闭止水夹和，打开止水夹，没有出现喷泉，引发喷泉实验的操作是 。 Ⅱ．如图所示，常温常压下在注射器中吸入，然后吸入水，再吸入，夹住弹簧夹，振荡注射器，观察现象(忽略反应中水的体积变化，图示为反应过程中某时刻的状态)。 (3)从吸入开始，注射器内气体的颜色变化过程为 。 (4)活塞最后停留的刻度为 mL。 (5)已知常温常压下气体的摩尔体积为，计算注射器中最后得到的硝酸浓度为 (计算结果保留两位有效数字)。 【答案】(1) (2) a 用湿润的红色石蕊试纸靠近导管口b，试纸变蓝(或用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近导管口 用热毛巾(或冷毛巾)热敷(或冷敷)圆底烧瓶一段时间 (3)由无色变成红棕色，最后变成无色 (4)18 (5)0.054 【分析】工业合成氨是通过氮气和氢气在催化剂作用下高温高压反应生成氨气；实验室是通过氯化铵和氢氧化钙固体加热制取氨气；氨气的密度比空气小，氨气极易溶于水，且氨水呈碱性，据此分析； 【详解】（1）工业用氮气和氢气在高温、高压、催化剂存在的条件下合成氨气，合成氨的化学方程式为； （2）①装置A中氯化铵和氢氧化钙在加热条件下反应生成氯化钙、氨气和水，反应的化学方程式为； ②氨气的密度比空气小，用向下排空气法收集氨气，用装置收集氨时，进气口是。检验收集满的方法是用湿润的红色石蕊试纸靠近导管口b，试纸变蓝(或用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近导管口，产生白烟)； ③打开装置中的活塞，没产生喷泉，因为导管中存在空气，隔绝了氨气和溶液，此时可以用热毛巾(或冷毛巾)热敷(或冷敷)圆底烧瓶一段时间，使氨气和溶液接触即可引发喷泉实验； （3）先与反应生成红棕色的，又被水吸收生成和，气体又变成无色； （4）根据方程式：，氧气，可以消耗，气体共减少，最终气体体积为，再加上水占据的，最终活塞停留的刻度为； （5）的浓度为。 23．亚硝酸钠(NaNO2)在纤维纺织品的染色和漂白、照相、生产橡胶、制药等领域有广泛应用，也常用于鱼类、肉类等食品的染色和防腐。但因其有毒，所以在食品行业用量有严格限制。现用下图所示仪器(夹持装置已省略)及药品，探究亚硝酸钠与硫酸反应及气体产物的成分。 已知：① ②气体液化的温度：NO2为21℃，NO为-152℃ (1)图中装70%H2SO4溶液的仪器名称： 。 (2)为了检验装置A中生成的气体产物，仪器的连接顺序(按左→右连接)为 。 A、C、_______、_______、_______。 (3)反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，排除装置中的空气，目的是 。 (4)在关闭弹簧夹、打开分液漏斗活塞、滴入70%硫酸后，A中产生红棕色气体。 ①确认A中产生的气体含有NO，依据的现象是 。 ②装置E的作用是 。 (5)如果向D中通入过量O2，则装置B中发生反应的离子方程式为 。如果没有装置C，对实验结论造成的影响是 。 (6)通过上述实验探究过程，可得出装置A中反应的化学方程式是 。 【答案】(1)分液漏斗 (2)E、D、B (3)排出装置中氧气，防止可能产生的NO被氧化成NO2 (4) D装置中有红棕色气体生成 冷凝，使NO 2完全液化 (5) 4NO+O2+4OH-=2H2O+4NO 水蒸气存在，会与NO2反应产生NO，造成对NO的来源认识不清 (6) 【分析】A中亚硝酸钠与硫酸反应，C中浓硫酸吸收水，E冷却NO2，D检验NO，B尾气处理，据此分析； 【详解】（1）图中装70%H2SO4溶液的仪器名称：分液漏斗； （2）在A装置中可能发生的反应有：；由于气体液化的温度：NO2：21℃，NO：-152℃，所以NO2首先液化，要先用E检验，然后用D装置根据2NO+O2=2NO2无色气体变为红棕色来验证NO的存在。NO、NO2都是大气污染物，最后要进行尾气处理，用B装置的NaOH溶液来吸收。为了检验装置A中生成的气体产物，仪器的连接顺序是 A、C、E、D、B； （3）NO很容易被氧气氧化，装置中有空气，无法检验有NO生成，所以通氮气的目的是排尽整个装置中的空气，防止产生的NO被氧化生成NO2 （4）①D中无色气体变成红色，说明含有NO气体； ②二氧化氮的液化温度是21℃，低于此温度时，二氧化氮气体变成液态； （5）反如果向D中通入过量O2，则装置B中发生反应的化学方程式为4NO+O2+4NaOH=2H2O+4NaNO3，如果没有装置C，产生的气体中含有的水蒸气，就会与NO2发生反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO。反应的离子方程式为：4NO+O2+4OH-=2H2O+4NO；产生了NO，造成对NO的来源认识不清。影响判断结果的正确性； （6）通过以上分析知,该反应中生成二氧化氮、氧化氮,同时还有硫酸钠、水生成,则反应方程式为。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $