3.3 硫循环与氮循环（5大题型专项训练） 化学沪科版2020必修第一册

3.3 硫循环与氮循环 题型01 自然界中的硫循环 题型02 自然界中的氮循环 题型03 氮氧化物的相关计算 题型04 氮氧化物的危害及无害化处理方法 题型05 酸雨的形成与防治 题型01 自然界中的硫循环 1.循环范畴：硫元素在岩石圈、水圈、大气圈、生物圈及地质系统间迁移演化，涉及 - 2、+4、+6 等多种价态（如、硫酸盐），通过氧化还原反应构成全球循环。 2.循环路径 陆地和海洋的硫：经生物分解、火山喷发（释放）进入大气。 大气中的硫：经氧化后，通过降水、沉降回到陆地和海洋。 地表径流：将硫带入海洋沉积；人类燃烧含硫矿物等活动向大气排放，引发酸雨等环境问题。 【典例1】认识和研究自然界中的元素循环有重要意义，自然界中硫元素的循环如图所示，下列说法错误的是 A．自然界中的硫循环与生命活动密切相关 B．SO2型酸雨久置酸性增强 C．火山爆发可能产生游离态硫 D．除氮外，只有氧、碳参与了循环过程 【答案】D 【详解】A．自然界中的硫循环与生命活动密切相关，A项正确； B．型酸雨久置，亚硫酸转化为硫酸使酸性增强，B项正确； C．火山喷口附近有硫单质，C项正确； D．由图可知，硫循环过程还涉及氧化物、含氧酸根、有机物、动植物遗体碎屑和排出物等含氢、碳、氮、氧的物质，故氢、碳、氮、氧均参与了硫循环过程，D项错误； 故选D。 【变式1-1】红树林沉积物主要由黄铁矿（）和硫酸盐组成。红树林沉积物中微生物驱动的硫循环过程如图。已知：在有氧层，有机物通过微生物有氧呼吸来分解；在无氧层，有机物通过微生物驱动硫酸盐发生还原反应来分解。下列叙述错误的是 A．海洋中S元素的主要存在形式为 B．过程①中，还原剂和氧化剂的物质的量之比为3:1 C．过程②中，与的反应为 D．循环过程中，随沉积物深度增加，硫元素可被还原至更低价态 【答案】B 【详解】A．根据图示，海洋中S元素的主要存在形式为，转化为有机S和被植物吸收，A正确； B．过程①中，S单质转化为失去6个电子，S单质转化为或得到2个电子，则根据得失电子守恒可知，还原剂和氧化剂的物质的量之比为1:3，B错误； C．过程②中，与反应生成，铁元素得电子化合价降低，硫元素失电子化合价升高，根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可得离子方程式为，C正确； D．根据图示，随沉积物深度增加，转化为有机S，S单质转化为或，并与反应转化为，含硫物质转化过程中硫元素化合价降低，因此随沉积物深度增加，硫元素可被还原至更低价态，D正确； 答案选B。 【变式1-2】硫元素广泛存在于自然界中。海洋、大气和地壳及动植物体内，都含有硫元素。红树林沉积物中微生物驱动的硫循环过程原理如图所示，在有氧层，有机物通过微生物有氧呼吸来分解。在无氧层，有机物通过微生物驱动硫酸盐发生还原反应来分解。下列叙述不正确的是 A．海洋中硫元素主要以的形式存在 B．反应①可能发生 C．反应②中硫元素的化合价没有发生变化 D．随着沉积物深度的增加，在无氧区为主要氧化剂 【答案】C 【分析】海洋中硫元素的主要存在形式为，硫酸根离子转化为有机S和被植物吸收，S单质进而转化为HS-/S2-，铁离子和-2价的硫元素反应生成FeS2和S； 【详解】A．由图可知，海洋中硫元素的主要存在形式为，硫酸根离子转化为有机S和被植物吸收，故A正确； B．反应①中S单质转化为，失去6个电子，S单质转化为S2-，共得到2个电子，由电子得失守恒，可能发生，故B正确； C．FeS2中铁为+2价、硫为-1价，铁元素化合价降低，反应②中硫元素从-2价升高至-1价，化合价升高，故C错误； D．在无氧区转化为S单质，进而转化为HS-/S2-，该过程中硫元素化合价降低，为主要氧化剂，故D正确； 故选：C。 【变式1-3】硫是生物必需的营养元素之一，下列关于自然界中硫循环(如图所示)说法正确的是 A．火山口附近的单质硫燃烧时可直接生成SO3 B．硫循环中硫的化合物均为无机物 C．硫酸盐在含硫杆菌及好氧/厌氧菌作用下被还原为R1-S-R2 D．烧煤时加石灰石，可减少酸雨及温室气体的排放 【答案】C 【详解】A．单质硫燃烧时只能生成二氧化硫，故A错误； B．由图可知，自然界中硫循环中含硫的煤和石油等属于有机物，故B错误； C．由图可知，硫酸盐在含硫杆菌及好氧/厌氧菌作用下，硫元素化合价降低被还原为R1-S-R2，故C正确； D．烧煤时加石灰石可减少形成酸雨的二氧化硫的排放，但不能减少形成温室效应的二氧化碳气体的排放，故D错误； 故选C。 题型02 自然界中的氮循环 1.循环核心：氮元素在大气圈、岩石圈、水圈、生物圈间迁移，以 0（）、+2（）、+4（）、+5（）、-3（、）等价态，通过氧化还原反应循环，为生物供氮。 2.关键过程 氮的固定：①大气固氮（放电生成，再转硝酸盐）；②生物固氮（固氮菌将还原为）；③工业固氮（合成氨）。 转化与循环：①硝化（经细菌转，供植物吸收）；②反硝化（缺氧时经细菌转释放）；③生物传递（植物吸氮→动物→遗体分解返等，续循环）。 3.化学性质与人类影响：氮的氧化 / 还原性驱动循环（如还原显还原性，还原显氧化性）；人类排氮氧化物（致光化学烟雾）、用氮肥，干扰循环平衡 。 【典例2】自然界中氮循环如图所示： (1)上述循环中涉及到多个固氮过程，过程①是 固氮；过程②是人工固氮，写出人工固氮的方程式： 。 (2)在细菌作用下铵态氮()与亚硝态氮()可以转化为氮气，所涉及的离子方程式为：，反应中，每生成0.02mol氮气时，转移电子的物质的量为 。 【答案】(1) 大气 (2)0.06mol 【详解】（1）氮的固定是将游离态氮转化为化合态氮的过程，由转化图示可知，过程①是N2和O2在打雷放电的时候转化为NO，故属于自然固氮（或大气固氮）；过程②是人工固氮，氮气和氧气反应生成氨气，发生反应，故答案为：自然；； （2）根据反应的离子方程式：，可知反应中，每生成1mol N2转移3mol电子，故每生成0.02mol氮气时，转移电子的物质的量为0.02×3=0.06mol，故答案为：0.06mol。 【变式2-1】在有机碳源和微生物的作用下可以实现大气中的氮循环(如下图所示)。下列说法正确的是 A．高温条件更有利于上述氮循环的发生 B．与反应生成的过程为氮的固定 C．转化过程中和甲醇均为氧化剂 D．的离子方程式： 【答案】D 【详解】A．高温能使微生物失活，不利于氮循环的发生，A错误； B．氮的固定是指将大气中游离态的N2转化为可利用含氮化合物的过程，与反应生成的过程不是氮的固定，B错误； C．转化过程中O2参与反应，O元素由0价降低为-2价，为氧化剂，CH3OH参与反应，C元素由-2价升高为+4价，为还原剂，C错误； D．与O2反应生成，N元素由-3价升高为+3价，O元素由0价降低为-2价，离子方程式：，D正确； 故选D。 【变式2-2】氮循环在维持生态系统平衡中的地位极其重要，微生物和矿物质在氮循环中扮演着关键的角色。某水体(含较多，)脱氮的部分转化关系如下图所示。已知：铁氧化细菌可利用水中的氧气将氧化为。 下列说法不正确的是 A．由图示可知，该水体中部分转化为，从而达到脱氮的目的 B．过程I中发生的反应会导致溶液酸性减弱 C．过程III中被氧化 D．若水体中铁氧化细菌和含量过高，将不利于过程I的进行 【答案】B 【详解】A．由图示可知，该水体中部分先被氧化为，然后在反硝化细菌的作用下被还原为N2，N2从水中逸出，从而达到脱氮的目的，A正确； B．过程I中在硝化细菌的作用下和O2反应生成和H2O，根据得失电子守恒和电荷守恒配平离子方程式为：+ 2O2=+H2O+2H+，溶液中H+浓度增大，酸性增强，B错误； C．过程III中转化为，C元素化合价上升，被氧化，C正确； D．若水体中铁氧化细菌和含量过高，铁氧化细菌可利用水中的氧气将氧化为，水中的氧气浓度降低，不利于过程I的进行，D正确； 故选B。 【变式2-3】自然界中氮循环如图所示。 (1)上述循环中涉及到多个固氮过程，过程①是 固氮，过程②是人工固氮，写出人工固氮的方程式 。过程③中氮元素由 态转化为 态。 (2)在细菌的作用下铵态氮（）与亚硝态氮（）可以转化为氮气，所涉及的离子方程式为：，反应中，每生成0.02mol氮气时，转移电子的物质的量为 。 (3)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。有人研究了温度对海洋硝化细菌去除氨氮效果的影响。下表为对10L人工海水样本的监测数据。硝化细菌去除氨氮的最佳反应温度是 ℃，在最佳反应温度时，48h内去除氨氮反应的平均速率是 。 温度/℃ 样本氨氮含量/mg 处理24h 处理48h 氨氮含量/mg 氨氮含量/mg 20 1008 838 788 25 1008 757 468 30 1008 798 600 40 1008 977 910 工业制硝酸时尾气中含有的NO、可用NaOH溶液吸收。发生的反应有：，。用不同浓度NaOH溶液吸收含量不同的尾气（），氮氧化物吸收率与NaOH浓度间的关系如图所示： (4)随NaOH溶液浓度的增大，氮氧化物吸收率的变化情况是 。 (5)当a小于50％时，加入能提升氮氧化物的吸收率，原因是 。 (6)某小组同学建议用废氨水对含NO、的废气进行吸收，请简述用废氨水吸收的优点。 。 【答案】(1) 大气 工业合成氨方程式 化合态 游离态 (2)0.06 mol (3) 25℃ 1.125 (4)先增大后减小 (5)当混合气体中含量小于50％时，会将NO氧化成，使的含量增大，从而使氮氧化物的吸收率增大 (6)废物利用、可生产氮肥（合理即可） 【详解】（1）固氮是将游离态氮转化为化合态氮的过程，由图干转化图示可知，过程①是N2和O2在打雷放电的时候转化为NO，故属于自然固氮，过程②是人工固氮，；由题干图示信息可知，过程③中氮元素由化合态转化为游离态； （2）根据反应的离子方程式：可知反应中，每生成1molN2转移3mol电子，故每生成氮气时，转移电子的物质的量为0.02×3=0.06mol； （3）由表可知其他条件相同时，温度在25℃，相同时间内氨氮含量最低，则温度控制在25℃；在此温度时，48h内去除氨氮反应的平均速率是=1.125； （4）由题干图象分析可知，氮氧化物含量越高吸收率越高，随NaOH溶液浓度的增大，吸收率先增大后减小，故答案为：随NaOH溶液浓度的增大，吸收率先增大后减小； （5）图中分析可知氮氧化物吸收率随二氧化氮含量增大而增大，当α小于50%时，加入H2O2能氧化一氧化氮生成二氧化氮，二氧化氮含量增大提升氮氧化物的吸收率，故答案为：图中信息可知，氮氧化物的吸收率随二氧化氮含量增大而增大，当混合气体中二氧化氮含量α小于50%时，加入H2O2能氧化一氧化氮生成二氧化氮，二氧化氮含量越大使氮氧化物吸收率增大； （6）用废氨水对含NO、NO2的废气进行吸收，反应方程式为：NO+NO2+2NH3·H2O=2NH4NO2+H2O、2NO2+2NH3·H2O=NH4NO2+NH4NO3+H2O，NH4NO3、NH4NO2可以用作化肥和化工原料，故用废氨水吸收NOx的优点是可以废物利用、可生产氮肥； 题型03 氮氧化物的相关计算 一、氮氧化物的氧化还原特性 （+2 价）：被氧化时每个失 3e⁻；（+4 价）：被氧化时每个失 1e⁻，也可歧化（部分升、部分 降）。 二、核心计算类型（电子守恒为关键） 1.氮氧化物与氧气反应 思路：总失电子数 = 总得电子数（总失电子 = 物质的量 / 体积 × 单个失电子数；总得电子 = 量 ×4）。 2. 歧化反应 本质：部分（+4→+5，升 1 价）、部分（+4→+2，降 2 价），化合价升降总数相等。 规律：3mol歧化，生成 1mol（降价产物）。 3.混合与氧气反应 思路：先算两者总失电子数（×3 + ×1），再按电子守恒求量。 三、高一注意事项 1.同温同压下，气体体积比 = 物质的量比，可直接用体积算电子； 2.先标化合价，再算得失电子，避免混乱； 3.优先用电子守恒，不用记复杂反应式。 【典例3】硝酸工业生产中的尾气(主要成分为和NO)可用纯碱溶液吸收，相关的化学反应如下： 现用10 L纯碱溶液吸收硝酸工业尾气，产生22.4 L(标准状况)时，测得吸收液中的浓度为0.05mol/L。若不考虑吸收过程中溶液体积变化，则吸收液中的物质的量浓度为 A．0.05mol/L B．0.10mol/L C．0.15mol/L D．0.20mol/L 【答案】C 【详解】根据碳原子守恒可知，n(Na2CO3)=n(CO2)==1mol，根据钠离子守恒可知n(NaNO2)+n(NaNO3)=2n(Na2CO3)，所以n(NaNO2)=n(Na2CO3)-n(NaNO3)=2mol-0.05mol•L-1×10L=1.5mol,则吸收液中NaNO2的物质的量浓度为=0.15mol•L-1，故选C。 【变式3-1】自然界中氮的循环对生命活动有重要意义。在不同催化剂下，能够还原氮氧化物实现氮污染的治理。硝酸厂的烟气中含有大量的氮氧化物将烟气与的混合气体通入与的混合溶液中实现无害化处理，其转化过程如图所示：下列说法正确的是 A．过程Ⅰ发生反应的离子方程式： B．若该过程中，每转移4mol电子消耗1mol氮氧化物则x为1.5 C．当x=2时，反应Ⅱ中还原产物与氧化产物物质的量之比为8：1 D．当无害化处理标况下8.96LNO时，使用等量的可以无害化处理0.2mol(不考虑NO2和的转化) 【答案】D 【分析】根据进出图可知，Ce4+把H2氧化为H+，自身被还原为Ce3+，然后Ce3+在酸性条件下再被NOx氧化为Ce4+，NOx被还原为N2，同时还生成水，以此解题。 【详解】A．过程Ⅰ发生的反应为Ce4+把H2氧化为H+，自身被还原为Ce3+，反应的离子方程式为：H2+2Ce4+═2H++2Ce3+，A错误； B．转移电子消耗氮氧化物，最终氮氧化物全部转化为氮气，则氮氧化物中N元素化合价为价，则，解得，B错误； C．时，反应生成，N元素由价变成0价，作氧化剂，生成，Ce元素由价变成价，作还原剂，根据氧化还原反应规律配平离子反应为；还原产物与氧化产物物质的量之比为，C错误； D．标况下的物质的量为0.4mol，当处理标况下(标况)时，NO转化为N2，据2Ce4++H2=2H++2Ce3+，可知，无害化处理时有NO~H2，即消耗，据2Ce4++H2=2H++2Ce3+，可知，无害化处理时有NO2~2H2，使用等量的0.4mol可处理(不考虑和的转化)，D正确； 故选D。 【变式3-2】工业上常采用NaOH溶液吸收工业尾气中的NO和NO2，其原理如下。 反应：NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O； 反应：2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2O。 NaOH溶液浓度越大黏稠度越高。控制其他条件不变，将NO和NO2体积比为1∶1、2∶1的混合气体分别通过体积相同、浓度不同的NaOH溶液后，氮氧化物吸收率变化如图所示。下列说法不正确的是 A．曲线表示体积比为1∶1的混合气体吸收率的变化 B．当NaOH浓度高于1.25 mol·L-1时，吸收率下降的原因可能是NaOH黏稠度过高，不利于氮氧化物的吸收 C．向体积比为2∶1的NO和NO2混合气体中通入少量O2，可提高氮氧化物的吸收率 D．将1 mol NO和3 mol NO2混合气体通入足量NaOH溶液完全吸收，所得溶液中=2 【答案】D 【详解】A．根据反应I和反应II可知，体积比为1∶1时的吸收率远大于体积比为2∶1的，故曲线I表示体积比为1∶1的混合气体吸收率的变化，A正确； B．当NaOH浓度高于1.25 mol·L-1时，吸收率下降的原因可能是NaOH黏稠度过高，不利于氮氧化物的吸收，B正确； C．向体积比为2∶1的NO和NO2混合气体中通入少量O2，O2可以将NO氧化为NO2，可提高氮氧化物的吸收率，C正确； D．将1 mol NO和3 mol NO2混合气体通入足量NaOH溶液中完全吸收，所得溶液中=3，D错误。 【变式3-3】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。 题型04 氮氧化物的危害及无害化处理方法 一、主要危害 1.环境危害 硝酸型酸雨：，腐蚀建筑、酸化土壤； 光化学烟雾：与碳氢化合物光照反应，生成有毒，降低能见度。 2.健康危害 刺激呼吸道，引发炎症；与血红蛋白结合，导致组织缺氧。 二、无害化处理 3.源头控制 工业：降低燃烧温度，减少生成； 汽车：优化空燃比，减少尾气中氮氧化物。 【典例4】汽车尾气中主要含有、CO、NO等物质，在汽车尾气的排气管上安装“催化转化器”，可以实现尾气净化。下列说法正确的是 A．尾气净化反应中，CO为氧化剂 B．尾气净化反应中，为还原产物 C．CO和NO为酸性氧化物 D．氮氧化物形成酸雨时没有发生氧化还原反应 【答案】B 【分析】汽车尾气中主要含有、CO、NO等物质，“催化转化器”可以实现尾气净化，说明CO与NO反应生成的是N2和CO2，由此可写出有关化学方程式：。 【详解】A．CO转化为二氧化碳过程中，碳元素化合价升高，CO作还原剂，A错误； B．N2是氮元素化合价降低过程中得到的，NO为氧化剂，为还原产物，B正确； C．CO、NO与碱均不反应，都不属于酸性氧化物，C错误； D．氮氧化物可形成硝酸型酸雨，该过程涉及反应：，属于氧化还原反应，D错误； 故选B。 【变式4-1】利用CeO2脱除汽车尾气中CO和NO的反应过程如下图所示。下列说法错误的是 已知①中有一部分Ce4+转化成Ce3+。 A．该反应的催化剂为CeO2 B．大力推广该技术可减少酸雨的发生 C．过程②中， 每脱除1molNO转移2mol电子 D．当x=0.2时， 中 【答案】D 【分析】通过①反应可知一氧化碳和反应，生成二氧化碳和，②CeO(2-x)与一氧化氮反应转化为和氮气。 【详解】A．从反应过程来看，先消耗生成，后通过②将CeO(2-x)转化为，CeO2在整个反应中起到了催化作用，它通过自身的氧化还原循环来促进的转化，因此是该反应的催化剂，A正确； B．由于该技术能够有效脱除汽车尾气中的，而NO是形成酸雨的主要物质，因此推广该技术确实可以减少酸雨的发生，B正确； C．在过程②中，被还原为，每个 分子需要获得个电子才能被还原为氮气，因此，每脱除，需要转移电子，C正确； D．当x=0.2时，中设为个，个，则，根据电荷守恒，则，，即，D错误； 故选D。 【变式4-2】一种借用的转化，消除气体污染的途径如图所示。下列说法不正确的是 A．利用上图的转化有利于缓解温室效应 B．反应①是一个氧化还原反应 C．反应②中既是氧化产物，又是还原产物 D．该过程的总反应可能为 【答案】A 【详解】A．上述转化是将NH3和NO转化为N2和H2O，NH3和NO不属于温室气体，故A错误； B．反应①中CeO2分解生成CeO2-x和O2，存在元素化合价的变化，所以反应①是一个氧化还原反应，故B正确； C．反应②中将NH3和NO转化为N2和H2O，是归中反应，既是氧化产物，又是还原产物，故C正确； D．该转化过程是在CeO2的催化和光照条件下，NH3和NO、O2发生反应生成N2、H2O，则该过程的总反应可能为4NH3+2NO+2O2═3N2+6H2O，故D正确； 答案选A。 【变式4-3】排放烟气前须有效处理烟气中的NO2、NO等有害物质。 (1)若不处理烟气中的NO2、NO，直接排放烟气。可能造成的环境问题是 。 (2)使用NaOH溶液脱除烟气中NO2、NO，发生反应：NO＋NO2＋2NaOH = 2NaNO2＋H2O，2NO2＋2NaOH = NaNO2＋NaNO3＋H2O。 ①上述第一个化学反应中，被氧化的元素的是 。 ②下列n(NO2)∶n(NO)中，能使NO2、NO全部被NaOH溶液吸收的是 (填字 母)。 A．1∶1                        B．2∶1                    C．1∶2 (3)基于V2O5/TiO2催化剂中活性位点的一种SCR催化脱硝反应的机理如图所示。 ①V2O5/TiO2催化剂中有两个活性位点，分别为氧化活性位点和酸性活性位点。“转化1”时NH3被吸附在活性位点b上，该活性位点b为 。 ②“转化2”中，形成的化学键类型是 (填“离子键”或“共价键”)。“转化4”中，每生成1 mol活性位点a，所需O2的物质的量是 mol。 ③维持NO和O2的物质的量一定，相同温度下反应达平衡时，NO的脱除率与的关系如图所示。 当>1.0时，烟气中NO脱除率减小的可能原因是 。 【答案】(1)酸雨、光化学烟雾 (2) N AB (3) 酸性活性位点 共价键 0.25 氧气把氨气中的直接氧化为氮气，使催化剂中氧化活性位点的量减少， 【详解】（1）氮氧化物能引起酸雨和光化学烟雾。若不处理烟气中的NO2、NO，直接排放烟气。可能造成的环境问题是酸雨和光化学烟雾。 （2）使用NaOH溶液脱除烟气中NO2、NO，发生反应：NO＋NO2＋2NaOH = 2NaNO2＋H2O，2NO2＋2NaOH = NaNO2＋NaNO3＋H2O。 ①    NO＋NO2＋2NaOH = 2NaNO2＋H2O反应中，NO中N元素化合价由+2升高为+3，被氧化的元素的是N。 ②A．n(NO2)∶n(NO)=1∶1，恰好发生反应NO＋NO2＋2NaOH = 2NaNO2＋H2O，NO2、NO能全部被NaOH溶液吸收，故选A；                         B．2∶1时，NO2、NO按1∶1恰好发生反应NO＋NO2＋2NaOH = 2NaNO2＋H2O，剩余NO2与氢氧化钠发生反应2NO2＋2NaOH = NaNO2＋NaNO3＋H2O， 所以NO2、NO能全部被NaOH溶液吸收，故选B；                    C．1∶2时，NO2、NO按1∶1恰好发生反应NO＋NO2＋2NaOH = 2NaNO2＋H2O，剩余NO与氢氧化钠不反应，所以NO2、NO不能全部被NaOH溶液吸收，故不选C； 选AB； （3）①V2O5/TiO2催化剂中有两个活性位点，分别为氧化活性位点和酸性活性位点。“转化1”时NH3被吸附在活性位点b上形成，该活性位点b为酸性活性位点。 ②“转化2”中，形成O-H键，形成化学键类型是共价键。“转化4”中，活性位点a中V元素化合价由+4升高为+5，每生成1 mol活性位点a，所需O2的物质的量为0.25mol。 ③当>1.0时，氧气把氨气中的直接氧化为氮气，使催化剂中氧化活性位点的量减少，所以烟气中NO脱除率减小。 题型05 酸雨的形成与防治 一、定义 pH＜5.6的大气降水称为酸雨，正常降水因溶，pH在5.6—7。 二、形成 硫酸型：含硫燃料燃烧产，经、，或催化氧化为后与水生成。 硝酸型：高温燃烧产，转化为后与水生成，即。 三、危害 生态：土壤营养流失、水生生物受害、植物发育受影响。 建筑与健康：腐蚀建筑材料，酸化水源危害健康。 四、防治 减排：用低硫燃料，对煤、石油脱硫或除烟气硫氧化物。 行动：国际签署《远程越界空气污染公约》，我国开展酸雨调查监测。 【典例5】中办、国办在第二轮中央生态环保督察启动之际印发了《中央生态环境保护督察工作规定》。可见国家对环境保护的重视程度。酸雨是一种突出的环境问题。下列有说法正确的是 A．酸雨主要是由空气中CO2的浓度增大引起的 B．酸雨能直接损伤农作物，破坏森林，加速桥梁的腐蚀 C．向煤中加入适量石灰石，在燃烧时SO2最终生成CaSO3，可减少酸雨 D．汽车排气管上装有“催化转化器”，使CO和NO反应生成N2和CO2，但不利于酸雨的防治 【答案】B 【详解】A．酸雨主要是由空气中硫氮氧化物导致的，CO2的浓度增大引起温室效应，A错误； B．酸雨具有腐蚀性，能直接损伤农作物，破坏森林，加速桥梁的腐蚀，B正确； C．石灰石高温煅烧产生的氧化钙可以和有毒气体二氧化硫之间反应，生成亚硫酸钙不稳定，易被氧气氧化为稳定的硫酸钙，实现煤的脱硫，C错误； D．汽车的排气管上装有“催化转化器“，使有毒的CO和NO反应生成N2和CO2，可减少硫氮氧化物的排放，减少酸雨，D错误； 故选B。 【变式5-1】防治酸雨最根本的途径是 A．减少矿物燃料的使用 B．减少温室气体的排放 C．减少人为硫氧化合物和氮氧化合物的排放 D．植树造林 【答案】C 【详解】酸雨成因为空气中的二氧化硫在氧气和水的共同作用下，会形成酸雾SO2+H2O⇌H2SO3、2H2SO3+O2=2H2SO4，空气中的硫的氧化物和氮的氧化物随雨水降下就形成酸雨，所以防治酸雨最根本的途径是：减少人为硫氧化合物和氮氧化合物排放量，故选：C。 【变式5-2】防治好酸雨问题已成为全球环境工作者研究的重点课题，我国的酸雨主要是由于使用含硫燃料向大气中排放造成的。下列说法正确的是 A．为治理好酸雨，应严禁使用煤和石油 B．把工厂烟囱造高，可以减少酸雨的形成 C．显酸性的雨水就是酸雨 D．将酸雨收集露置于空气中测其减小因为： 【答案】D 【详解】A．煤和石油是当今社会的主要能源，不能禁止使用，应合理综合利用，A错误； B．工厂烟囱造高，污染物仍排入大气中，不可以减少酸雨的形成，B错误； C．pH小于5.6的雨水是酸雨，而非显酸性的雨水就是酸雨，C错误；   D．将酸雨收集露置于空气中测其pH减小，这是因为亚硫酸被空气中氧气氧化为硫酸，弱酸变为强酸，酸性增强，pH减小，D正确； 故选D。 【变式5-3】(1）酸雨的形成 NO2形成酸雨的过程为 (用化学方程式表示）。 (2）光化学烟雾 在日光照射下，NO2使氧气经过复杂的反应生成臭氧(O3)，臭氧与空气中的一些碳氢化合物发生作用后，产生了一种有毒的烟雾，人们称之为光化学烟雾。 (3）氮氧化物污染的防治 ①使用 能源。 ②安装汽车尾气净化装置，反应方程式为： 。 【答案】 3NO2＋H2O=2HNO3＋NO 清洁 2CO＋2NO2CO2＋N2 【详解】(1)二氧化氮形成酸雨是二氧化氮与水反应，化学方程式为：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。 (3)氮氧化物的防治，可以使用清洁能源，也可以安装汽车尾气净化装置，将尾气中的氮氧化物转化为无污染的气体，反应的化学方程式为：2CO＋2NO2CO2＋N2。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.3 硫循环与氮循环 题型01 自然界中的硫循环 题型02 自然界中的氮循环 题型03 氮氧化物的相关计算 题型04 氮氧化物的危害及无害化处理方法 题型05 酸雨的形成与防治 题型01 自然界中的硫循环 1.循环范畴：硫元素在岩石圈、水圈、大气圈、生物圈及地质系统间迁移演化，涉及 等多种价态（如、硫酸盐），通过 构成全球循环。 2.循环路径 陆地和海洋的硫：经生物分解、火山喷发（释放）进入大气。 大气中的硫：经氧化后，通过降水、沉降回到陆地和海洋。 地表径流：将硫带入海洋沉积；人类燃烧含硫矿物等活动向大气排放，引发 等环境问题。 【典例1】认识和研究自然界中的元素循环有重要意义，自然界中硫元素的循环如图所示，下列说法错误的是 A．自然界中的硫循环与生命活动密切相关 B．SO2型酸雨久置酸性增强 C．火山爆发可能产生游离态硫 D．除氮外，只有氧、碳参与了循环过程 【变式1-1】红树林沉积物主要由黄铁矿（）和硫酸盐组成。红树林沉积物中微生物驱动的硫循环过程如图。已知：在有氧层，有机物通过微生物有氧呼吸来分解；在无氧层，有机物通过微生物驱动硫酸盐发生还原反应来分解。下列叙述错误的是 A．海洋中S元素的主要存在形式为 B．过程①中，还原剂和氧化剂的物质的量之比为3:1 C．过程②中，与的反应为 D．循环过程中，随沉积物深度增加，硫元素可被还原至更低价态 【变式1-2】硫元素广泛存在于自然界中。海洋、大气和地壳及动植物体内，都含有硫元素。红树林沉积物中微生物驱动的硫循环过程原理如图所示，在有氧层，有机物通过微生物有氧呼吸来分解。在无氧层，有机物通过微生物驱动硫酸盐发生还原反应来分解。下列叙述不正确的是 A．海洋中硫元素主要以的形式存在 B．反应①可能发生 C．反应②中硫元素的化合价没有发生变化 D．随着沉积物深度的增加，在无氧区为主要氧化剂 【变式1-3】硫是生物必需的营养元素之一，下列关于自然界中硫循环(如图所示)说法正确的是 A．火山口附近的单质硫燃烧时可直接生成SO3 B．硫循环中硫的化合物均为无机物 C．硫酸盐在含硫杆菌及好氧/厌氧菌作用下被还原为R1-S-R2 D．烧煤时加石灰石，可减少酸雨及温室气体的排放 题型02 自然界中的氮循环 1.循环核心：氮元素在大气圈、岩石圈、水圈、生物圈间迁移，以 0（ ）、+2（ ）、+4（）、+5（）、-3（ ）等价态，通过氧化还原反应循环，为生物供氮。 2.关键过程 氮的固定：① （放电生成，再转硝酸盐）；② （固氮菌将还原为）；③ （合成氨）。 转化与循环：①硝化（经细菌转，供植物吸收）；②反硝化（缺氧时经细菌转释放）；③生物传递（植物吸氮→动物→遗体分解返等，续循环）。 3.化学性质与人类影响：氮的氧化 / 还原性驱动循环（如还原显还原性，还原显氧化性）；人类排氮氧化物（致光化学烟雾）、用氮肥，干扰循环平衡 。 【典例2】自然界中氮循环如图所示： (1)上述循环中涉及到多个固氮过程，过程①是 固氮；过程②是人工固氮，写出人工固氮的方程式： 。 (2)在细菌作用下铵态氮()与亚硝态氮()可以转化为氮气，所涉及的离子方程式为：，反应中，每生成0.02mol氮气时，转移电子的物质的量为 。 【变式2-1】在有机碳源和微生物的作用下可以实现大气中的氮循环(如下图所示)。下列说法正确的是 A．高温条件更有利于上述氮循环的发生 B．与反应生成的过程为氮的固定 C．转化过程中和甲醇均为氧化剂 D．的离子方程式： 【变式2-2】氮循环在维持生态系统平衡中的地位极其重要，微生物和矿物质在氮循环中扮演着关键的角色。某水体(含较多，)脱氮的部分转化关系如下图所示。已知：铁氧化细菌可利用水中的氧气将氧化为。 下列说法不正确的是 A．由图示可知，该水体中部分转化为，从而达到脱氮的目的 B．过程I中发生的反应会导致溶液酸性减弱 C．过程III中被氧化 D．若水体中铁氧化细菌和含量过高，将不利于过程I的进行 【变式2-3】自然界中氮循环如图所示。 (1)上述循环中涉及到多个固氮过程，过程①是 固氮，过程②是人工固氮，写出人工固氮的方程式 。过程③中氮元素由 态转化为 态。 (2)在细菌的作用下铵态氮（）与亚硝态氮（）可以转化为氮气，所涉及的离子方程式为：，反应中，每生成0.02mol氮气时，转移电子的物质的量为 。 (3)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。有人研究了温度对海洋硝化细菌去除氨氮效果的影响。下表为对10L人工海水样本的监测数据。硝化细菌去除氨氮的最佳反应温度是 ℃，在最佳反应温度时，48h内去除氨氮反应的平均速率是 。 温度/℃ 样本氨氮含量/mg 处理24h 处理48h 氨氮含量/mg 氨氮含量/mg 20 1008 838 788 25 1008 757 468 30 1008 798 600 40 1008 977 910 工业制硝酸时尾气中含有的NO、可用NaOH溶液吸收。发生的反应有：，。用不同浓度NaOH溶液吸收含量不同的尾气（），氮氧化物吸收率与NaOH浓度间的关系如图所示： (4)随NaOH溶液浓度的增大，氮氧化物吸收率的变化情况是 。 (5)当a小于50％时，加入能提升氮氧化物的吸收率，原因是 。 (6)某小组同学建议用废氨水对含NO、的废气进行吸收，请简述用废氨水吸收的优点。 。 题型03 氮氧化物的相关计算 一、氮氧化物的氧化还原特性 （+2 价）：被氧化时每个失 ；（+4 价）：被氧化时每个失 ，也可歧化（部分升、部分 降）。 二、核心计算类型（电子守恒为关键） 1.氮氧化物与氧气反应 思路：总失电子数 = 总得电子数（总失电子 = 物质的量 / 体积 × 单个失电子数；总得电子 = 量 ×4）。 2. 歧化反应 本质：部分（+4→+5，升 1 价）、部分（+4→+2，降 2 价），化合价升降总数相等。 规律：3mol歧化，生成 （降价产物）。 3.混合与氧气反应 思路：先算两者总失电子数（×3 + ×1），再按电子守恒求量。 三、高一注意事项 1.同温同压下，气体体积比 = ，可直接用体积算电子； 2.先标化合价，再算得失电子，避免混乱； 3.优先用 ，不用记复杂反应式。 【典例3】硝酸工业生产中的尾气(主要成分为和NO)可用纯碱溶液吸收，相关的化学反应如下： 现用10 L纯碱溶液吸收硝酸工业尾气，产生22.4 L(标准状况)时，测得吸收液中的浓度为0.05mol/L。若不考虑吸收过程中溶液体积变化，则吸收液中的物质的量浓度为 A．0.05mol/L B．0.10mol/L C．0.15mol/L D．0.20mol/L 【变式3-1】自然界中氮的循环对生命活动有重要意义。在不同催化剂下，能够还原氮氧化物实现氮污染的治理。硝酸厂的烟气中含有大量的氮氧化物将烟气与的混合气体通入与的混合溶液中实现无害化处理，其转化过程如图所示：下列说法正确的是 A．过程Ⅰ发生反应的离子方程式： B．若该过程中，每转移4mol电子消耗1mol氮氧化物则x为1.5 C．当x=2时，反应Ⅱ中还原产物与氧化产物物质的量之比为8：1 D．当无害化处理标况下8.96LNO时，使用等量的可以无害化处理0.2mol(不考虑NO2和的转化) 【变式3-2】工业上常采用NaOH溶液吸收工业尾气中的NO和NO2，其原理如下。 反应：NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O； 反应：2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2O。 NaOH溶液浓度越大黏稠度越高。控制其他条件不变，将NO和NO2体积比为1∶1、2∶1的混合气体分别通过体积相同、浓度不同的NaOH溶液后，氮氧化物吸收率变化如图所示。下列说法不正确的是 A．曲线表示体积比为1∶1的混合气体吸收率的变化 B．当NaOH浓度高于1.25 mol·L-1时，吸收率下降的原因可能是NaOH黏稠度过高，不利于氮氧化物的吸收 C．向体积比为2∶1的NO和NO2混合气体中通入少量O2，可提高氮氧化物的吸收率 D．将1 mol NO和3 mol NO2混合气体通入足量NaOH溶液完全吸收，所得溶液中=2 【变式3-3】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)。 题型04 氮氧化物的危害及无害化处理方法 一、主要危害 1.环境危害 硝酸型酸雨： ，腐蚀建筑、酸化土壤； 光化学烟雾：与碳氢化合物光照反应，生成有毒，降低能见度。 2.健康危害 刺激呼吸道，引发炎症；与血红蛋白结合，导致组织缺氧。 二、无害化处理 3.源头控制 工业：降低燃烧温度，减少生成； 汽车：优化空燃比，减少尾气中氮氧化物。 【典例4】汽车尾气中主要含有、CO、NO等物质，在汽车尾气的排气管上安装“催化转化器”，可以实现尾气净化。下列说法正确的是 A．尾气净化反应中，CO为氧化剂 B．尾气净化反应中，为还原产物 C．CO和NO为酸性氧化物 D．氮氧化物形成酸雨时没有发生氧化还原反应 【变式4-1】利用CeO2脱除汽车尾气中CO和NO的反应过程如下图所示。下列说法错误的是 已知①中有一部分Ce4+转化成Ce3+。 A．该反应的催化剂为CeO2 B．大力推广该技术可减少酸雨的发生 C．过程②中， 每脱除1molNO转移2mol电子 D．当x=0.2时， 中 【变式4-2】一种借用的转化，消除气体污染的途径如图所示。下列说法不正确的是 A．利用上图的转化有利于缓解温室效应 B．反应①是一个氧化还原反应 C．反应②中既是氧化产物，又是还原产物 D．该过程的总反应可能为 【变式4-3】排放烟气前须有效处理烟气中的NO2、NO等有害物质。 (1)若不处理烟气中的NO2、NO，直接排放烟气。可能造成的环境问题是 。 (2)使用NaOH溶液脱除烟气中NO2、NO，发生反应：NO＋NO2＋2NaOH = 2NaNO2＋H2O，2NO2＋2NaOH = NaNO2＋NaNO3＋H2O。 ①上述第一个化学反应中，被氧化的元素的是 。 ②下列n(NO2)∶n(NO)中，能使NO2、NO全部被NaOH溶液吸收的是 (填字 母)。 A．1∶1                        B．2∶1                    C．1∶2 (3)基于V2O5/TiO2催化剂中活性位点的一种SCR催化脱硝反应的机理如图所示。 ①V2O5/TiO2催化剂中有两个活性位点，分别为氧化活性位点和酸性活性位点。“转化1”时NH3被吸附在活性位点b上，该活性位点b为 。 ②“转化2”中，形成的化学键类型是 (填“离子键”或“共价键”)。“转化4”中，每生成1 mol活性位点a，所需O2的物质的量是 mol。 ③维持NO和O2的物质的量一定，相同温度下反应达平衡时，NO的脱除率与的关系如图所示。 当>1.0时，烟气中NO脱除率减小的可能原因是 。 题型05 酸雨的形成与防治 一、定义 的大气降水称为酸雨，正常降水因 ，pH在5.6—7。 二、形成 硫酸型：含硫燃料燃烧产，经 、 ，或催化氧化为后与水生成。 硝酸型：高温燃烧产，转化为后与水生成，即 。 三、危害 生态：土壤营养流失、水生生物受害、植物发育受影响。 建筑与健康：腐蚀建筑材料，酸化水源危害健康。 四、防治 减排：用低硫燃料，对煤、石油脱硫或除烟气硫氧化物。 行动：国际签署《远程越界空气污染公约》，我国开展酸雨调查监测。 【典例5】中办、国办在第二轮中央生态环保督察启动之际印发了《中央生态环境保护督察工作规定》。可见国家对环境保护的重视程度。酸雨是一种突出的环境问题。下列有说法正确的是 A．酸雨主要是由空气中CO2的浓度增大引起的 B．酸雨能直接损伤农作物，破坏森林，加速桥梁的腐蚀 C．向煤中加入适量石灰石，在燃烧时SO2最终生成CaSO3，可减少酸雨 D．汽车排气管上装有“催化转化器”，使CO和NO反应生成N2和CO2，但不利于酸雨的防治 【变式5-1】防治酸雨最根本的途径是 A．减少矿物燃料的使用 B．减少温室气体的排放 C．减少人为硫氧化合物和氮氧化合物的排放 D．植树造林 【变式5-2】防治好酸雨问题已成为全球环境工作者研究的重点课题，我国的酸雨主要是由于使用含硫燃料向大气中排放造成的。下列说法正确的是 A．为治理好酸雨，应严禁使用煤和石油 B．把工厂烟囱造高，可以减少酸雨的形成 C．显酸性的雨水就是酸雨 D．将酸雨收集露置于空气中测其减小因为： 【变式5-3】(1）酸雨的形成 NO2形成酸雨的过程为 (用化学方程式表示）。 (2）光化学烟雾 在日光照射下，NO2使氧气经过复杂的反应生成臭氧(O3)，臭氧与空气中的一些碳氢化合物发生作用后，产生了一种有毒的烟雾，人们称之为光化学烟雾。 (3）氮氧化物污染的防治 ①使用 能源。 ②安装汽车尾气净化装置，反应方程式为： 。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $