7.1 氮的固定（同步讲义）化学苏教版必修第二册

专题7 氨与社会可持续发展 第一单元 氮的固定 教学目标 1、 理解氮的固定的核心定义：明确其是将空气中游离态氮（N₂）转化为含氮化合物的过程，能区分自然固氮与人工固氮的分类及典型实例（如生物固氮、高能固氮、合成氨等）。 2、 掌握氮气的结构与化学性质：能从氮氮三键（N≡N）的稳定性角度解释氮气的化学惰性，熟知氮气与镁、氧气、氢气反应的条件及化学方程式，理解反应中氮气的氧化性与还原性。 3、 熟知氮氧化物（NO、NO₂）的性质与转化：掌握NO与O₂、NO₂与水的反应方程式，理解“雷雨发庄稼”的化学原理，能根据反应规律分析混合气体的收集方法及相关计算。 4、 了解人工固氮的核心技术：掌握合成氨反应的化学方程式、反应条件（高温高压、催化剂）及工业意义，认识其在解决粮食危机中的作用。 重点和难点 重点：氮气及氮氧化物的关键反应：包括N₂与H₂、O₂的反应，NO与O₂、NO₂与水的转化方程式，以及“雷雨发庄稼”的三步反应逻辑链。 难点：氮氧化物转化的复杂规律：NO与NO₂的相互转化、NO₂与水反应的歧化本质（NO₂既作氧化剂又作还原剂），以及混合气体（NO/NO₂与O₂）溶于水的计算模型构建。 ◆知识点一 氮分子的结构和氮气的性质 1、氮元素的位置、结构 氮的原子位于元素周期表的 周期、第 族。氮原子的最外电子层有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 与其他原子相互结合构成物质 2、氮元素的存在 既有游离态，又有化合态。氮元素在自然界中主要以氮分子的形式存在于空气中(N2约占空气总体积的78%、总质量的75%)，部分氮元素存在于动植物体内的 中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的 和 中 3、氮气的物理性质 N2是一种无色、无味的气体，ρ(N2)＜ρ(空气)，难溶于水 4、氮气的分子结构 电子式： ，结构式： ；氮氮键很难断裂，通常情况下，氮气的化学性很质稳定、不活泼，不易与其他物质反应 5、氮气的化学性质 常温下氮气很稳定，N2的化学性质很不活泼，很难与其它物质发生反应，但这种稳定是相对的，在一定条件下(如：高温、放电、点燃)，也能跟某些物质(如：H2、O2、Mg等)发生反应 (1)与氢气反应生成NH3： (2)与氧气在放电或高温条件下生成NO： (在闪电时会发生反应) (在汽车引擎中会发生反应) (3)与活泼金属(Mg、Li)反应：3Mg＋N2Mg3N2 6Li＋N22Li3N 氮化镁与水的反应：Mg3N2＋6H2O===3Mg(OH)2↓＋2NH3↑ (金属氮化物易水解，生成氨气和相应的碱) 6、氮气的用途 (1)工业上合成氨，制硝酸 (2)代替稀有气体作焊接金属时的保护气，以防止金属被空气氧化 (3)在灯泡中填充氮气以防止钨丝被氧化或挥发 (4)保存粮食、水果等食品，以防止腐烂 (5)医学上用液氮作冷冻剂，以便在冷冻麻醉下进行手术 (6)高科技利用液氮制造低温环境，使某些超导材料获得超导性能 7、氮气的制法 (1)实验室制法：加热NH4Cl饱和溶液和NaNO2晶体的混合物： (2)工业制法：工业上从液态空气中，利用液态氮的沸点比液态氧的沸点 加以分离而制得氮气 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．氮气常用作白炽灯泡中钨丝的保护气，这是因为 A．氮气是空气中最多的气体，原料丰富 B．氮气难溶于水 C．氮气是无色无味的气体 D．氮气很不活泼，非常稳定 3．下列物质中，不能由单质直接化合而成的是 A． B． C． D． ◆知识点二 氮的固定 1、氮的固定的定义及分类 将空气中 的氮转化成 叫做氮的固定。氮的固定主要有 和 两种方式。 2、自然固氮 (1)生物固氮：自然界中的一些微生物种群（如豆科植物的根瘤菌）将氮气通过化学过程转化为含氮化合物。 豆科植物的根瘤菌能将空气中的游离态氮转化为化合物形态的氨（或铵态氮肥）。 (2)高能固氮：通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物。 (3)“雷雨发庄稼”涉及的反应过程：N2NONO2HNO3硝酸盐 化学方程式为： 、 、 3、人工固氮——合成氨 在高温、高压和催化剂条件下，以氮气和氢气为原料合成氨，其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。 合成氨的原料是 ，该反应放出大量的热，工业上用来预热原料气，合成氨达到平衡时，混合气体中氨的含量为20%左右，分离出氨后，将未反应的氮气和氢气送回合成塔循环使用。 4、自然界的氮循环 为了促进氮的良性循环，要注意维护生态平衡，保护森林、植树绿化、增强生态系统对有害物质的吸收能力，不能过度使用含氮化肥以免污染土壤和水体；控制化石燃料燃烧排放的氮氧化物进入大气。 即学即练 1．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 。 2．氮气是大气中含量最多的气体，下列有关氮气的说法正确的是 ①氮元素的非金属性较强，所以氮气是一种活泼的非金属单质 ②常温下，既能与反应，又能与反应 ③通过灼热的镁粉除去中的 ④“雷雨发庄稼”是指雷雨时可增加土壤中氮肥的含量，此变化属于氮的固定 ⑤3 mol 与1 mol混合反应生成，转移电子的数目小于6×6.02×1023 A．①②③④⑤ B．②③④⑤ C．②④⑤ D．④⑤ 3．氮元素是生命的基础，自然界中氮的循环过程如下图所示，请分析此图并回答有关问题。 (1)关于N2分子，有关说法错误的是______(选填序号)。 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分子间平均距离变小 D．氮气液化，可通过增加压强或降低温度 (2)图中共表示了固氮的 种途径。农谚说：“雷雨发庄稼”。原因是雷电时实现了氮的固定，为植物提供 态氮肥。 ◆知识点三 氮的氧化物 氮元素有+1、+2、+3、+4、+5价，五种正价对应六种氧化物：(N2O)、(NO)、(N2O3)、(NO2、N2O4)、(N2O5)，其中N2O3和N2O5分别是HNO2和HNO3的酸酐 1、一氧化氮(NO) (1)物理性质：无色、无味的有毒的气体，密度比空气 ， 溶于水 (2)实验室制法： ，只能用 收集 (3)化学性质：既有氧化性又有还原性，以还原性为主 ①易被O2氧化为NO2而变红棕色： (收集NO气体必须用 ，NO的检验方法) ②NO与酸性KMnO4反应： ③NO与酸性K2Cr2O7反应： (4)对人体、环境的影响：①与 结合，使人中毒 ②转化成NO2，形成酸雨、光化学烟雾 2、二氧化氮(NO2) (1)物理性质： 色有剌激性气味的有毒气体，易溶于水且与水能发生反应 (2)实验室制法： ，只能用 收集 (3)化学性质：既有氧化性又有还原性，以氧化性为主，NO2能氧化SO2、KI等物质 ①与SO2的反应： ②与碘化钾溶液的反应： (NO2能使湿润的淀粉KI试纸为蓝) ③与水的反应： ④与氢氧化钠溶液的反应： ⑤与N2O4相互转化： 特别提醒 1、在实验测定NO2、N2O4的相对分子质量、比较相同条件下相同物质的量的气体体积大小，以及涉及到NO2气体的颜色深浅、压强、密度等方面时要考虑2NO2N2O4反应 2、由于NO2气体和溴蒸气都为红棕色气体，都能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，溴蒸气和NO2通入NaOH溶液均形成无色溶液。故不能用淀粉碘化钾试纸或NaOH溶液来区别NO2气体和溴蒸气，可用水来区别 即学即练 1．亚硝酸钠()在生产、生活中有广泛应用。现用下图所示仪器(夹持装置已省略)及试剂，验证亚硝酸钠与硫酸反应的气体产物。 已知：① ②气体的沸点：为，为 (1)A中盛有硫酸的仪器名称为 。 (2)为了检验装置中生成的气体产物，仪器的连接顺序(按左→右连接)为 → → 。 (3)反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，目的是 。 (4)再关闭弹簧夹、打开分液漏斗活塞、滴入70%硫酸后，A中产生红棕色气体。 ①装置E的作用是 。 ②确认A中产生的气体含有NO，依据的现象是 。 (5)如果向中通入过量较多，则装置中发生反应的化学方程式为 ；如果没有装置C，对实验结论造成的影响是 。 2．Ⅰ.某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应进行如图所示实验。 （1）图甲两集气瓶中 （填“上”或“下”）瓶气体颜色深。 （2）图乙中反应的现象是 。 （3）图丙中“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有 ，NO2在该反应中显 性。 （4）由图乙和图丙中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式： 。 Ⅱ.某课外活动小组欲探究镁与NO2的反应。已知镁与CO2的反应为2Mg+CO22MgO+C。 （1）该小组类比Mg与CO2的反应对Mg与NO2的反应进行猜测，写出Mg与NO2反应的化学方程式： 。 （2）该小组设计如下实验验证上述猜测，实验装置（用于连接玻璃管的乳胶管均内衬锡纸）如图所示。 资料信息：2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O ①装置A中的试剂是 。 ②干燥管和装置B的作用分别是 、 。 ③正确的实验操作步骤是 。 a.通入NO2 b.打开弹簧夹 c.点燃酒精灯 d.当硬质玻璃管充满红棕色气体后，关闭弹簧夹 3．依据下图中氮元素及其化合物的转化关系，回答问题： (1)上图中X的化学式为 ，从化合价上看，X具有 (填“氧化”或“还原”)性。 (2)回答下列关于NH3的问题： ①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．NaOH固体 ②氨气是重要的化工原料，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和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： 。 ②工业生产中利用氨水吸收SO2和NO2，原理如下图所示： 写出NO2被吸收过程的离子方程式是 。 一、NO2、NO溶于水的实验过程 实验操作 实验现象 实验结论 如图所示，在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器 无明显现象 NO不溶于水 打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹 注射器中气体由无色变为红棕色，注射器塞子向左移动 NO与空气中的O2发生反应生成红棕色的NO2：2NO＋O2===2NO2 振荡注射器 注射器中气体由红棕色变为无色，注射器塞子继续向左移动 NO2与水发生反应生成了无色的NO：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 实践应用 1．如图所示，在一支50mL的注射器里充入20mL NO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器。稍后打开弹簧夹，快速吸入15mL空气(空气中O2体积占总体积的五分之一)后夹上弹簧夹，再振荡注射器。气体体积均为同温同压下的数据且该状态下气体摩尔体积为Vm L/mol，忽略反应后溶液体积的变化。下列说法错误的是 A．第一次振荡注射器，气体颜色无明显变化 B．吸入空气后，气体颜色变为红棕色 C．第二次振荡注射器后，气体体积等于23mL D．第二次振荡注射器后，所得硝酸的浓度约为 2．如图所示，常温常压下，在注射器里吸入，然后吸入水。若再吸入空气(氧气体积占)，夹住弹簧夹，让内外大气压相同，观察。下列叙述不正确的是 (已知常温常压下) A．可观察到注射器内气体由无色变成红棕色，最后变成无色 B．可观察到注射器的活塞缓缓向右移动 C．最终剩余气体体积约为 D．所得硝酸溶液的浓度约为 考点一 氮的固定 【例1】是一种重要的化工原料，在半导体光催化的作用下，分子被光催化材料捕获进而实现的转化(过程如图)。下列说法错误的是 A．此方法属于人工固氮 B．是该反应的还原产物 C．该方法实现了光能向化学能的转化 D．理论上，每消耗1mol 生成32g 解题要点 1、氮的固定必须为将游离态的N2转化为化合态含氮化合物的过程，为氧化还原反应。 2、氮气性质的“一惰性、两反应”。氮气化学性质很稳定，通常状况下，很难与其他物质反应，但是在一定条件下也能与氢气、氧气等反应。 3、氮元素是多价态元素，氮气中氮元素呈0价，处于中间价态，故氮气既有氧化性(与H2反应)，又有还原性(与O2反应)。 【变式1-1】2023年《自然-通讯》报道了一种新型合成氨的方法：在太阳能聚焦加热下，通过镁的连续氮化与水解合成氨。该原理如图所示，下列说法不正确的是 A．过程①属于“氮的固定”，Mg3N2中含离子键 B．过程②③发生的反应均属于复分解反应 C．该方法对环境无污染，符合绿色化学思想 D．过程的总反应方程式为： 【变式1-2】细菌可以促使氮元素进行氧化还原反应，实现氮循环。循环中的部分转化如下图所示。 (1)上图所示氮循环中，属于氮的固定的是_______。(不定项选择) A．N2转化为铵态氮 B．硝化过程 C．反硝化过程 D．细菌作用下的氨氧化 (2)除了以上固氮途径外，还有大气固氮、人工固氮两种常见的固氮途径，请依次书写这两种固氮方式的化学方程式 、 。 考点二 氮的氧化物 【例2】关于氮的单质及其化合物的说法不正确的是 A．及均为无色气体 B．NO为空气污染物 C．是一种常用的保护气 D．合成属于氮的固定 解题要点 NO和NO2的比较 NO NO2 色、态、味 无色、无味气体 红棕色、有刺激性气味气体 溶解性 难溶于水 毒性 有毒，大气污染物之一 有毒，大气污染物之一 与水反应 不反应 3NO2＋H2O=2HNO3＋NO 与氧气反应 2NO＋O2=2NO2 不反应 对环境的影响 NO与血红蛋白结合使人中毒，NO、NO2导致光化学烟雾、形成酸雨及破坏臭氧层 【变式2-1】Ⅰ．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，使氧气进入烧瓶。关上止水夹，首先观察到烧瓶中的现象是 ，产生此现象的化学方程式为： 。 (2)轻轻摇动烧瓶，观察到烧瓶中的现象为① ；②烧瓶中液面上升。产生此现象的化学方程式为 。 (3)烧杯中盛放的是酸性高锰酸钾溶液，能吸收尾气，已知NO能与MnO在酸性条件下反应生成NO和Mn2+，写出该反应的离子方程式 。 Ⅱ．依据下图中氮元素及其化合物的转化关系，请回答下列问题。 (4)实验室常用加热氯化铵和氢氧化钙的固体混合物制取氨气，该反应的化学方程式是 。 (5)实验室检验氨气时，可选用的试剂是 （填选项）。 a．湿润的蓝色石蕊试纸    b．湿润的红色石蕊试纸    c．浓盐酸 (6)氨气催化氧化的化学方程式是 。 (7)NO2是一种空气污染物，将其通入Na2CO3溶液进行尾气处理，可以得到NaNO2和另外两种常见物质（其中一种为气体），这一反应的化学方程式是 。 【变式2-2】发射卫星的运载火箭，其推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷出。引燃后产生的高温气体主要是CO2、H2O、N2、NO，这些气体均为无色，但在卫星发射场看到火箭喷出大量“红烟”，产生“红烟”的原因是 A．高温下N2遇空气生成NO2 B．NO遇空气生成NO2 C．CO2与NO反应生成CO和NO2 D．NO与H2O反应生成H2和NO2 考点三 氮氧化物的相关计算 【例3】硝酸工业生产中常用纯碱溶液吸收排出的氮氧化物废气，废气中只含有NO、两种气体。将一定量废气通入到足量的溶液中被完全吸收，溶液中生成的、两种离子的物质的量与废气中的物质的量分数变化关系可用下图所示。已知溶液中可发生以下两个反应①；②。下列说法正确的是 A．图中线段a表示离子 B．随x值增大，溶液中增大 C．X=0.6时，反应中可收集到标准状况下22.4LCO2 D．若测得所得溶液中为0.5mol，则x值为0.75 【变式3-1】无色气体甲可能含、、、、中的几种，将气体甲经过如图所示实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，下列说法正确的是    A．气体甲中一定含有 B．经过处理后剩余气体体积大于 C．气体甲的组成可能为、、 D．经过浓硫酸处理后余气中、体积比为 【变式3-2】硝酸工业尾气中的NO、进入大气后会破坏臭氧层。可用氢氧化钠溶液对含氮氧化物的废气进行处理，反应的化学方程式如下：，。将一定量NO和的混合气体通入300 mL 5 mol•L NaOH溶液中，恰好被完全吸收，则下列有关判断正确的是 A．原混合气体中NO在标准状况下的体积可能为10 L B．原混合气体中NO与的体积之比可能为3∶2 C．所得溶液中溶质一定有2种 D．所得溶液中和的物质的量之比可能为2∶1 基础达标 1．在半导体光催化作用下，N2被光催化材料捕获，并实现“N2→NH3”的转化，其转化如图所示。下列说法错误的是 A．此方法属于人工固氮技术 B．反应中有极性键、非极性键的断裂和形成 C．氮气在反应中被氧化，体现了还原性 D．该反应的化学方程式是2N2+6H2O4NH3+3O2 2．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 3．人类可以主动参与氮循环，合成氨工业就是参与的手段之一，以天然气为原料合成氨是新的生产氮肥的方法，它具有污染小、成本低等诸多优点，其过程大体如图所示： 下列说法正确的是 A．工业制取的方法：空气经过压缩、净化得到液态空气，利用液氧和液氮的沸点不同，先得到氧气，留下液氮 B．用天然气制备氢气的化学方程式： C．反应①中1mol反应生成，转移的电子数为 D．每生产1mol最少需要1mol 4．以下能起固氮作用的化学反应是 A．由制碳酸氢铵和硫酸铵 B．与反应生成 C．经催化氧化生成 D．和在一定条件下反应生成 5．我国南海有丰富的油气资源。油轮在转运原油时，常向储油舱通入保护气以防止石油蒸气爆炸，该保护气可能是 A．H2 B．O2 C．N2 D．CH4 6．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起始于氮的固定，过程可用下图表示。下列说法正确的是 A．海洋中的硝化作用可能有氧气的参与 B．海洋中的氮循环属于固氮作用的是③ C．海洋中的氮循环起始于氮的氧化 D．中只含离子键 7．下列关于自然界中氮的循环的说法错误的是 A．将气态含氮物质转化为固态含氮物质的过程叫做氮的固定 B．闪电释放的能量和汽车发动机中的高温条件都可将转化为NO C．豆科植物的根瘤菌可将转化为 D．人体蛋白质中的氮元素主要来源于食物 综合应用 1．下列气体除杂(括号里为杂质)操作所选用的试剂不能实现的是 A．NO(NO2)：水溶液 B．Cl2(HCl)：饱和NaCl溶液 C．CO2(HCl)：饱和NaHCO3溶液 D．NO2(H2S)：酸性高锰酸钾溶液 2．三效催化剂是最为常见的汽车尾气催化剂，其催化剂表面物质转化的关系如图所示，下列说法不正确的是 A．该转化过程没有涉及氮的固定 B．依据图示判断催化剂不参与储存和还原过程 C．还原过程中生成0.1molN2，转移1mol电子 D．三效催化剂能有效实现汽车尾气中CO、CxHy、NOx三种成分的净化 3．近年来在中国汽车的销量大幅增长的同时也带来了严重的空气污染。汽车尾气处理装置中，气体在催化剂表面吸附与解吸的过程如图所示，下列说法正确的是 A．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2 B．反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物 C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应 D．催化转化总反应为2NO + O2 + 4CO 4CO2 + N2 4．下列有关氮循环的说法错误的是 A．汽车尾气中含有的NOx中的氮元素主要来自氮气 B．镁条在空气中燃烧产生氮化镁的过程中氮的化合价降低 C．“雷雨发庄稼”包含的化学变化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐 D．NO与O2反应生成NO2属于氮的固定 5．下列化学反应中属于自然固氮的是 A．雷电使氮气和氧气反应生成一氧化氮气体 B．二氧化氮与水反应制备硝酸 C．实验室里让镁在氮气中燃烧，得到氮化镁 D．由氨气制碳酸氢铵和硫酸铵 6．某学校甲、乙、丙三个化学兴趣小组利用课外活动时间，设计了不同的课题分别进行实验探究活动。回答下列问题： (1)甲组同学用钠粒、细铁丝和稀盐酸等试剂反应来制备。实验步骤如下： 步骤I按图示组装仪器，向仪器X中加入2mL稀盐酸，再加入2mL的煤油，玻璃管下端粘住一小块钠粒(用滤纸吸干表面煤油，切去氧化层)。 步骤II将铁丝浸入稀盐酸，反应放出，待铁丝不再溶解，试管内空气排尽，向上提拉铁丝，使铁丝脱离液面，关闭弹簧夹，用另一根细铁丝沿玻璃管内将钠粒捣入液体中。 ①仪器X的名称为 。 ②捣入钠粒后，X中可观察到的现象为 ，并产生白色沉淀。该过程中发生的反应有、 (离子方程式)、。 (2)乙组同学探究与的反应过程。向盛有的烧瓶中加入一定量的固体，测得反应体系中浓度的变化如下图所示： ①ab段主要发生反应的化学方程式为 。 ②bc段主要发生反应的化学方程式为 。 ③c点时固体成分只有一种，检验该固体中阴离子的实验方案为 。 (3)丙组同学利用如图装置进行操作：在一支50mL的注射器里充入20mL NO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器；打开弹簧夹，快速吸入15mL空气[假设只有两种气体，且]后夹上弹簧夹，振荡注射器。 ①整个实验过程观察到气体颜色发生的变化是 。 ②实验结束后，注射器活塞停留在 mL刻度处。 7．下列过程属于人工固氮的是 A．闪电时转化为NO B．分离液态空气制 C．工业合成氨 D．豆科植物根瘤菌将转化为氨 8．在半导体光催化的作用下，被光催化材料捕获进而被还原，实现的转化示意图如图。下列说法正确的是 A．该过程不属于氮的固定 B．该反应的化学方程式为 C．该反应过程中存在非极性键的断裂和形成 D．反应中每转移，同时生成 9．实验室模拟以镍矿渣(主要含NiS、CuS)为原料制备氯化镍()的实验可分三步完成： I．制备溶液 镍矿渣制取溶液的过程如下： (1)“氧化”步骤中，向反应装置通入一定量的空气可提高的利用率，其原因是 (用化学方程式表示)。 (2)“除铜”时加入的试剂a选用NiS而不选用，其原因是 。 Ⅱ． 制备固体 将所得的溶液与混合反应，得到沉淀同时有气体生成，将沉淀过滤，洗涤干燥。 (3)写出生成该沉淀反应的离子方程式 。 (4)检验沉淀是否洗涤干净的方法是 。 Ⅲ． 制备晶体 (5)由步骤Ⅱ制得的固体中混有少量，请补充完整由制备的实验方案：取一定质量的固体， 。(实验中须使用的试剂：盐酸、冰水、) 已知：①完全沉淀pH为6.2；开始沉淀pH为7.7。 ②从溶液中获取须控制。 ③、的溶解度曲线形状相近，不能用结晶法分别析出。 10．水体中的局部氮循环如下图所示，其中含氮物质转化方向与水深有关。 下列说法不正确的是 A．图中涉及的反应均为氧化还原反应 B．反硝化过程中含氮物质被还原 C．不同水深含氮物质转化方向不同，可能与溶氧量有关 D．步骤①中，每生成，转移4mol电子 拓展培优 1．设计实验探究NO的氧化性。 实验Ⅰ：用排水法收集一瓶NO，将其倒扣在盛有碱性溶液的水槽中，振荡，观察到集气瓶中液面上升。 资料：ⅰ.NO与碱性溶液会发生氧化还原反应，被还原为。 ⅱ.与反应生成黄色沉淀。 某同学认为，需通过进一步实验验证NO的氧化性，补充以下实验： 实验Ⅱ：取饱和溶液，加入少量冰醋酸，再滴加5滴的溶液，无明显变化。 实验Ⅲ： (1)取少量实验Ⅰ反应后集气瓶中的溶液，加入少量冰醋酸，再滴加5滴的溶液， (填实验现象)。 上述实验证明NO有氧化性。 (2)实验Ⅱ的目的是 (3)写出NO与碱性溶液反应的离子方程式 (4)一个氧化还原反应可以看成“氧化”和“还原”两个半反应，试用此角度分析NO与碱性溶液的反应。若还原反应为：，则氧化反应为： 。 (5)某同学结合所学知识设计处理工业废气中和NO的实验方案，达到消除污染，保护环境的目的。 ①先用饱和纯碱溶液吸收废气中的，生成，写出该反应的离子方程式 ②再向生成的溶液中加入一定量 ，以此溶液来吸收NO气体。 2．硝酸工业尾气中的、进入大气后，会形成光化学烟雾、破坏臭氧层等。可用溶液对含氮氧化物的废气进行处理，反应的化学方程式如下：①，②，将一定量和的混合气体通入溶液中，恰好被完全吸收。下列说法不正确的是 A．原混合气体中在标准状况下的体积可能为 B．通入的混合气体在标况下的体积可能为 C．原混合气体中与的体积之比可能是 D．所得溶液中和的物质的量之比可能为1：2 3．中华优秀传统文化涉及了很多化学知识，下列有关说法错误的是 A．《本草纲目》中“冬月灶中所烧薪柴之灰，令人以灰淋汁，取碱浣衣”里的“碱”主要是NaOH B．“三月打雷麦谷堆”是指在雷电作用下最终可转化成被农作物吸收的化合态氮 C．刘长卿诗云“水声冰下咽，砂路雪中平”，其中固态冰转化为液态水需要吸热 D．“火树银花合，星桥铁锁开”中的反应涉及化学能转化为热能和光能 4．NA为阿伏加德罗常数，下列关于氮气的说法中，错误的是 A．通常情况下氮气性质比较稳定，是因为断开共价三键(N≡N)需要较多能量 B．自然界雷电固氮反应中，氮气做还原剂 C．人工固氮合成氨反应中，氮气做氧化剂 D．1molN2与3molH2完全反应生成2NA个NH3分子 5．科研人员发明一种可由氮气和水持续合成氨的系统，机理如图所示，已知锂(Li)元素的常见价态为0、+1，下列说法不正确的是 A．过程②中水做氧化剂 B．过程③属于氧化还原反应 C．该过程的最终产物为和 D．上述过程实现了锂循环使用 6．中国科学院科研团队研究表明，在常温常压和可见光下，基于LDH (一种固体催化剂)合成NH3的原理如图所示。下列说法错误的是 A．该过程中H2O被还原成氧气 B．该过程中涉及置换反应 C．基于LDH合成NH3的过程属于氮的固定 D．该过程的化学方程式为 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题7 氨与社会可持续发展 第一单元 氮的固定 教学目标 1、 理解氮的固定的核心定义：明确其是将空气中游离态氮（N₂）转化为含氮化合物的过程，能区分自然固氮与人工固氮的分类及典型实例（如生物固氮、高能固氮、合成氨等）。 2、 掌握氮气的结构与化学性质：能从氮氮三键（N≡N）的稳定性角度解释氮气的化学惰性，熟知氮气与镁、氧气、氢气反应的条件及化学方程式，理解反应中氮气的氧化性与还原性。 3、 熟知氮氧化物（NO、NO₂）的性质与转化：掌握NO与O₂、NO₂与水的反应方程式，理解“雷雨发庄稼”的化学原理，能根据反应规律分析混合气体的收集方法及相关计算。 4、 了解人工固氮的核心技术：掌握合成氨反应的化学方程式、反应条件（高温高压、催化剂）及工业意义，认识其在解决粮食危机中的作用。 重点和难点 重点：氮气及氮氧化物的关键反应：包括N₂与H₂、O₂的反应，NO与O₂、NO₂与水的转化方程式，以及“雷雨发庄稼”的三步反应逻辑链。 难点：氮氧化物转化的复杂规律：NO与NO₂的相互转化、NO₂与水反应的歧化本质（NO₂既作氧化剂又作还原剂），以及混合气体（NO/NO₂与O₂）溶于水的计算模型构建。 ◆知识点一 氮分子的结构和氮气的性质 1、氮元素的位置、结构 氮的原子位于元素周期表的第二周期、第ⅤA族。氮原子的最外电子层有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他原子相互结合构成物质 2、氮元素的存在 既有游离态，又有化合态。氮元素在自然界中主要以氮分子的形式存在于空气中(N2约占空气总体积的78%、总质量的75%)，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中 3、氮气的物理性质 N2是一种无色、无味的气体，ρ(N2)＜ρ(空气)，难溶于水 4、氮气的分子结构 电子式：，结构式：N≡N；氮氮键很难断裂，通常情况下，氮气的化学性很质稳定、不活泼，不易与其他物质反应 5、氮气的化学性质 常温下氮气很稳定，N2的化学性质很不活泼，很难与其它物质发生反应，但这种稳定是相对的，在一定条件下(如：高温、放电、点燃)，也能跟某些物质(如：H2、O2、Mg等)发生反应 (1)与氢气反应生成NH3：N2＋3H22NH3 (2)与氧气在放电或高温条件下生成NO：N2＋O22NO (在闪电时会发生反应) N2＋O22NO (在汽车引擎中会发生反应) (3)与活泼金属(Mg、Li)反应：3Mg＋N2Mg3N2 6Li＋N22Li3N 氮化镁与水的反应：Mg3N2＋6H2O===3Mg(OH)2↓＋2NH3↑ (金属氮化物易水解，生成氨气和相应的碱) 6、氮气的用途 (1)工业上合成氨，制硝酸 (2)代替稀有气体作焊接金属时的保护气，以防止金属被空气氧化 (3)在灯泡中填充氮气以防止钨丝被氧化或挥发 (4)保存粮食、水果等食品，以防止腐烂 (5)医学上用液氮作冷冻剂，以便在冷冻麻醉下进行手术 (6)高科技利用液氮制造低温环境，使某些超导材料获得超导性能 7、氮气的制法 (1)实验室制法：加热NH4Cl饱和溶液和NaNO2晶体的混合物：NaNO2＋NH4ClNaCl＋N2↑＋2H2O (2)工业制法：工业上从液态空气中，利用液态氮的沸点比液态氧的沸点低加以分离而制得氮气 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 【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．氮气常用作白炽灯泡中钨丝的保护气，这是因为 A．氮气是空气中最多的气体，原料丰富 B．氮气难溶于水 C．氮气是无色无味的气体 D．氮气很不活泼，非常稳定 【答案】D 【详解】A．氮气是空气中最多的气体，原料丰富，与作保护气的要求无关，A错误； B．氮气难溶于水，与作保护气的要求无关，B错误； C．氮气是无色无味的气体，与作保护气的要求无关，C错误； D．氮气很不活泼，非常稳定，常温及高温下均难与其他物质反应，能有效隔绝氧气，防止钨丝氧化，满足氮气作保护气的要求，D正确； 故选D。 3．下列物质中，不能由单质直接化合而成的是 A． B． C． D． 【答案】A 【详解】A．铁单质与氯气直接化合生成FeCl3，故A符合题意； B．硫单质与氧气反应直接化合生成SO2，故B不符合题意； C．氮单质与氢气直接化合生成氨气，故C不符合题意； D．铁单质与单质硫直接化合生成FeS，故D不符合题意； 故选A。 ◆知识点二 氮的固定 1、氮的固定的定义及分类 将空气中游离态的氮转化成含氮化合物叫做氮的固定。氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式。 2、自然固氮 (1)生物固氮：自然界中的一些微生物种群（如豆科植物的根瘤菌）将氮气通过化学过程转化为含氮化合物。 豆科植物的根瘤菌能将空气中的游离态氮转化为化合物形态的氨（或铵态氮肥）。 (2)高能固氮：通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物。 (3)“雷雨发庄稼”涉及的反应过程：N2NONO2HNO3硝酸盐 化学方程式为：N2＋O22NO、2NO＋O2=2NO2、3NO2＋H2O=2HNO3＋NO 3、人工固氮——合成氨 在高温、高压和催化剂条件下，以氮气和氢气为原料合成氨，其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。 合成氨的原料是氮气和氢气，该反应放出大量的热，工业上用来预热原料气，合成氨达到平衡时，混合气体中氨的含量为20%左右，分离出氨后，将未反应的氮气和氢气送回合成塔循环使用。 4、自然界的氮循环 为了促进氮的良性循环，要注意维护生态平衡，保护森林、植树绿化、增强生态系统对有害物质的吸收能力，不能过度使用含氮化肥以免污染土壤和水体；控制化石燃料燃烧排放的氮氧化物进入大气。 即学即练 1．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)0.06 mol 【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，氮气和氢气在一定条件下反应生成氨气，反应方程式为。 （2）根据反应的离子方程式知，该反应为归中反应，铵根离子中的氮元素的化合价：-3→0，亚硝酸根离子中的氮元素的化合价：+3→0，每生成1 mol N2转移3 mol电子，故每生成0.02 mol氮气时，转移电子的物质的量为0.06 mol。 2．氮气是大气中含量最多的气体，下列有关氮气的说法正确的是 ①氮元素的非金属性较强，所以氮气是一种活泼的非金属单质 ②常温下，既能与反应，又能与反应 ③通过灼热的镁粉除去中的 ④“雷雨发庄稼”是指雷雨时可增加土壤中氮肥的含量，此变化属于氮的固定 ⑤3 mol 与1 mol混合反应生成，转移电子的数目小于6×6.02×1023 A．①②③④⑤ B．②③④⑤ C．②④⑤ D．④⑤ 【答案】D 【详解】①氮气因结构稳定，常温不活泼，①错误； ②常温下不与或反应，②错误； ③灼热的镁粉会同时与和反应，③错误； ④“雷雨发庄稼”属于自然固氮，④正确； ⑤因反应可逆，转移电子数小于理论值，⑤正确；故答案选D。 3．氮元素是生命的基础，自然界中氮的循环过程如下图所示，请分析此图并回答有关问题。 (1)关于N2分子，有关说法错误的是______(选填序号)。 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分子间平均距离变小 D．氮气液化，可通过增加压强或降低温度 (2)图中共表示了固氮的 种途径。农谚说：“雷雨发庄稼”。原因是雷电时实现了氮的固定，为植物提供 态氮肥。 【答案】(1)B (2) 3 硝 【详解】（1）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错误； C．氮气液化时，从气态变为液态，N2分子间平均距离变小，C正确； 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B； （2）氮的固定是指氮元素从游离态转化为化合态，结合图中所示信息可知，图中共表示了雷电时发生的自然固氮、人工固氮、豆科植物的根瘤菌进行生物固氮共3种途径，农谚说：“雷雨发庄稼”，原因是雷电时实现了氮的固定，，2NO+O2=2NO2，H2O+3NO2=2HNO3+NO，为植物提供硝态氮肥。 ◆知识点三 氮的氧化物 氮元素有+1、+2、+3、+4、+5价，五种正价对应六种氧化物：(N2O)、(NO)、(N2O3)、(NO2、N2O4)、(N2O5)，其中N2O3和N2O5分别是HNO2和HNO3的酸酐 1、一氧化氮(NO) (1)物理性质：无色、无味的有毒的气体，密度比空气略大，难溶于水 (2)实验室制法：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，只能用排水法收集 (3)化学性质：既有氧化性又有还原性，以还原性为主 ①易被O2氧化为NO2而变红棕色：2NO＋O2===2NO2 (收集NO气体必须用排水集气法，NO的检验方法) ②NO与酸性KMnO4反应：5NO＋3MnO4－＋4H＋===5NO3－＋3Mn2＋＋2H2O ③NO与酸性K2Cr2O7反应：2NO＋Cr2O7－＋6H＋===2NO3－＋2Cr3＋＋3H2O (4)对人体、环境的影响：①与血红蛋白结合，使人中毒 ②转化成NO2，形成酸雨、光化学烟雾 2、二氧化氮(NO2) (1)物理性质：红棕色有剌激性气味的有毒气体，易溶于水且与水能发生反应 (2)实验室制法：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，只能用排空气法收集 (3)化学性质：既有氧化性又有还原性，以氧化性为主，NO2能氧化SO2、KI等物质 ①与SO2的反应：NO2＋SO2===SO3＋NO ②与碘化钾溶液的反应：NO2＋2KI===2KNO2＋I2 (NO2能使湿润的淀粉KI试纸为蓝) ③与水的反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ④与氢氧化钠溶液的反应：2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O ⑤与N2O4相互转化：2NO2N2O4 特别提醒 1、在实验测定NO2、N2O4的相对分子质量、比较相同条件下相同物质的量的气体体积大小，以及涉及到NO2气体的颜色深浅、压强、密度等方面时要考虑2NO2N2O4反应 2、由于NO2气体和溴蒸气都为红棕色气体，都能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，溴蒸气和NO2通入NaOH溶液均形成无色溶液。故不能用淀粉碘化钾试纸或NaOH溶液来区别NO2气体和溴蒸气，可用水来区别 即学即练 1．亚硝酸钠()在生产、生活中有广泛应用。现用下图所示仪器(夹持装置已省略)及试剂，验证亚硝酸钠与硫酸反应的气体产物。 已知：① ②气体的沸点：为，为 (1)A中盛有硫酸的仪器名称为 。 (2)为了检验装置中生成的气体产物，仪器的连接顺序(按左→右连接)为 → → 。 (3)反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，目的是 。 (4)再关闭弹簧夹、打开分液漏斗活塞、滴入70%硫酸后，A中产生红棕色气体。 ①装置E的作用是 。 ②确认A中产生的气体含有NO，依据的现象是 。 (5)如果向中通入过量较多，则装置中发生反应的化学方程式为 ；如果没有装置C，对实验结论造成的影响是 。 【答案】(1)分液漏斗 (2)E D B (3)排尽装置内的空气，防止对NO的检验产生干扰 (4)冷凝，使完全液化 D中通入后，气体由无色变为红棕色 (5) 水会与反应生成NO，影响后面NO的检验 【详解】（1）由图可知，A中盛有硫酸的仪器名称为分液漏斗。 （2）由分析可知，为了检验装置中生成的气体产物，仪器的连接顺序(按左→右连接)为。 （3）NO易被空气中的氧气氧化为，故反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，目的是排尽装置内的空气，防止对NO的检验产生干扰。 （4）①液化的温度是，故装置E的作用是冷凝，使完全液化； ②NO为无色气体，与反应生成红棕色气体，故D中通入后，气体由无色变为红棕色，可确认A中产生的气体含有NO。 （5）向中通入过量较多，NO全部被氧化为，装置中发生反应的化学方程式为；如果没有装置C，水会与反应生成NO，影响后面NO的检验。 2．Ⅰ.某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应进行如图所示实验。 （1）图甲两集气瓶中 （填“上”或“下”）瓶气体颜色深。 （2）图乙中反应的现象是 。 （3）图丙中“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有 ，NO2在该反应中显 性。 （4）由图乙和图丙中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式： 。 Ⅱ.某课外活动小组欲探究镁与NO2的反应。已知镁与CO2的反应为2Mg+CO22MgO+C。 （1）该小组类比Mg与CO2的反应对Mg与NO2的反应进行猜测，写出Mg与NO2反应的化学方程式： 。 （2）该小组设计如下实验验证上述猜测，实验装置（用于连接玻璃管的乳胶管均内衬锡纸）如图所示。 资料信息：2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O ①装置A中的试剂是 。 ②干燥管和装置B的作用分别是 、 。 ③正确的实验操作步骤是 。 a.通入NO2 b.打开弹簧夹 c.点燃酒精灯 d.当硬质玻璃管充满红棕色气体后，关闭弹簧夹 【答案】下 两气体混合后，红棕色消失 NO 氧化 NO2+SO2=NO+SO3 4Mg+2NO24MgO+N2 NaOH溶液 吸收NO2避免污染环境 收集N2 badc 【详解】I．（1）NO2呈红棕色，SO2为无色气体，故下瓶气体颜色深； （2）NO2有强氧化性，能被SO2，还原成NO，则两气体混合后，红棕色消失； （3）“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有NO，NO遇空气被氧化成NO2，SO2与NO2的反应中NO2体现了氧化性； （4）NO2和SO2反应的化学方程式为； Ⅱ．（1）由题意分析可知，Mg与NO2发生置换反应，反应的化学方程点燃式为； （2）①由反应可知，装置A中的试剂是NaOH溶液，作用是除去N2中混有的NO2； ②干燥管的作用是吸收NO2避免污染环境。装置B是利用排水法收集N2的装置； ③正确的实验操作步骤是：打开弹簧夹→通入NO2（排尽装置中的空气）→当硬质玻璃管充满红棕色气体后，关闭弹簧夹，点燃酒精灯。 3．依据下图中氮元素及其化合物的转化关系，回答问题： (1)上图中X的化学式为 ，从化合价上看，X具有 (填“氧化”或“还原”)性。 (2)回答下列关于NH3的问题： ①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．NaOH固体 ②氨气是重要的化工原料，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和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： 。 ②工业生产中利用氨水吸收SO2和NO2，原理如下图所示： 写出NO2被吸收过程的离子方程式是 。 【答案】(1) N2O5 氧化 (2)A 4NH3+5O24NO+6H2O (3) 2NO+2CON2+2CO2 2NO2+4SO=N2+4SO 【详解】（1）图中氮元素及其化合物的转化关系可知，X为+5价对应的氮的氧化物是N2O5，N2O5中氮元素+5价为氮元素的最高价，只具有氧化性； （2）①A．浓硫酸和氨气反应生成硫酸铵，则不能干燥氨气，故A错误； B．碱石灰是氢氧化钠和氧化钙固体，可以干燥氨气，故B正确； C．NaOH固体吸收水分不与氨气反应，可以干燥氨气，故C正确； 故答案为：A； 氨气有还原性，催化氧化生成NO和水，反应的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O； （3）①CO和NO反应可转化为CO2和N2，根据电子守恒、元素守恒可知，发生反应的化学方程式为2NO+2CON2+2CO2； ②SO2被氨水吸收后，得到亚硫酸铵溶液，通入NO2，SO被氧化为SO，NO被还原为N2，根据电子守恒可知NO2和SO的系数比为1：2，再结合元素守恒可得离子方程式为2NO2+4SO=N2+4SO。 一、NO2、NO溶于水的实验过程 实验操作 实验现象 实验结论 如图所示，在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器 无明显现象 NO不溶于水 打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹 注射器中气体由无色变为红棕色，注射器塞子向左移动 NO与空气中的O2发生反应生成红棕色的NO2：2NO＋O2===2NO2 振荡注射器 注射器中气体由红棕色变为无色，注射器塞子继续向左移动 NO2与水发生反应生成了无色的NO：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 实践应用 1．如图所示，在一支50mL的注射器里充入20mL NO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器。稍后打开弹簧夹，快速吸入15mL空气(空气中O2体积占总体积的五分之一)后夹上弹簧夹，再振荡注射器。气体体积均为同温同压下的数据且该状态下气体摩尔体积为Vm L/mol，忽略反应后溶液体积的变化。下列说法错误的是 A．第一次振荡注射器，气体颜色无明显变化 B．吸入空气后，气体颜色变为红棕色 C．第二次振荡注射器后，气体体积等于23mL D．第二次振荡注射器后，所得硝酸的浓度约为 【答案】C 【详解】A．NO为无色气体，不溶于水也不与水反应，则第一次振荡注射器，气体颜色无明显变化，A正确； B．吸入空气后，发生反应：2NO+O2=2NO2，则气体颜色变为红棕色，B正确； C．由题干信息可知，吸入的15mL空气中含有3mLO2，根据反应：4NO+3O2+2H2O=4HNO3，反应消耗掉3mLO2和4mLNO，故气体体积等于(20+15-3-4)mL=28mL，C错误； D．由C选项分析可知，第二次振荡注射器后生成的硝酸的物质的量为=×10-3mol，所得硝酸溶液的体积为5×10-3L，则所得硝酸的浓度约为，D正确； 故选C。 2．如图所示，常温常压下，在注射器里吸入，然后吸入水。若再吸入空气(氧气体积占)，夹住弹簧夹，让内外大气压相同，观察。下列叙述不正确的是 (已知常温常压下) A．可观察到注射器内气体由无色变成红棕色，最后变成无色 B．可观察到注射器的活塞缓缓向右移动 C．最终剩余气体体积约为 D．所得硝酸溶液的浓度约为 【答案】B 【详解】A．在注射器中发生的反应为和，故可观察到注射器内气体由无色变成红棕色，最后生成硝酸后溶液变成无色，A项正确； B．注射器中反应均为气体分子数减小的反应，故活塞缓缓向左移动，B项错误； C．同温同压下，气体体积之比等于其物质的量之比，根据可得出关系，吸入氧气的体积为过量，参与反应的一氧化氮为，生成了二氧化氮，此反应中气体体积减小，根据可得二氧化氮参与反应生成了一氧化氮，此反应中气体体积减小了，最终剩余气体体积约为，C项正确； D．根据C选项中分析可得，，故硝酸的浓度为，D项正确； 答案选B。 考点一 氮的固定 【例1】是一种重要的化工原料，在半导体光催化的作用下，分子被光催化材料捕获进而实现的转化(过程如图)。下列说法错误的是 A．此方法属于人工固氮 B．是该反应的还原产物 C．该方法实现了光能向化学能的转化 D．理论上，每消耗1mol 生成32g 【答案】D 【详解】A．氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮，该过程实现的转化，属于人工固氮，A项正确； B．反应过程中，氮气与水反应产生和氧气，氮气中氮元素化合价降低，发生还原反应，则是该反应的还原产物，B项正确； C．该方法实现了光能向化学能的转化，C项正确； D．该反应的化学方程式是，则理论上，每消耗1mol生成的质量=，D项错误； 答案选D。 解题要点 1、氮的固定必须为将游离态的N2转化为化合态含氮化合物的过程，为氧化还原反应。 2、氮气性质的“一惰性、两反应”。氮气化学性质很稳定，通常状况下，很难与其他物质反应，但是在一定条件下也能与氢气、氧气等反应。 3、氮元素是多价态元素，氮气中氮元素呈0价，处于中间价态，故氮气既有氧化性(与H2反应)，又有还原性(与O2反应)。 【变式1-1】2023年《自然-通讯》报道了一种新型合成氨的方法：在太阳能聚焦加热下，通过镁的连续氮化与水解合成氨。该原理如图所示，下列说法不正确的是 A．过程①属于“氮的固定”，Mg3N2中含离子键 B．过程②③发生的反应均属于复分解反应 C．该方法对环境无污染，符合绿色化学思想 D．过程的总反应方程式为： 【答案】C 【详解】A．氮的固定是将游离态的氮（）转化为含氮化合物的过程。过程①中和\反应生成，属于氮的固定；是由和通过离子键结合而成的离子化合物，含离子键，A正确； B．复分解反应是由两种化合物互相交换成分，生成另外两种化合物的反应。过程②：，属于复分解反应，过程③：，属于复分解反应，B正确； C．反应过程中有生成，污染环境，C错误； D．根据图示，总反应方程式为：，D正确； 综上，答案是C。 【变式1-2】细菌可以促使氮元素进行氧化还原反应，实现氮循环。循环中的部分转化如下图所示。 (1)上图所示氮循环中，属于氮的固定的是_______。(不定项选择) A．N2转化为铵态氮 B．硝化过程 C．反硝化过程 D．细菌作用下的氨氧化 (2)除了以上固氮途径外，还有大气固氮、人工固氮两种常见的固氮途径，请依次书写这两种固氮方式的化学方程式 、 。 【答案】(1)A (2)N2+O2 2NO N2+3H2 2NH3 【详解】（1）A. N2转化为铵态氮是游离态的氮气转化为氮的化合物，故A符合；B. 硝化过程为化合态之间的转化，故B不符；C. 反硝化过程为化合态之间的转化，故C不符；D. 细菌作用下的氨氧化，为化合态转化为游离态，故D不符；故答案为：A； （2）大气固氮是氮气在雷电作用下将氮气氧化为NO，化学方程式为N2+O2 2NO，工业合成氨是氮气、氢气在高温、高压、催化剂条件下生成氨气，化学方程式为N2+3H2 2NH3，故答案为：N2+O2 2NO；N2+3H2 2NH3。 考点二 氮的氧化物 【例2】关于氮的单质及其化合物的说法不正确的是 A．及均为无色气体 B．NO为空气污染物 C．是一种常用的保护气 D．合成属于氮的固定 【答案】A 【详解】A．NO为无色气体，为红棕色气体，A错误； B．NO属于氮氧化物，是空气污染物，B正确； C．化学性质稳定，常用作保护气，C正确； D．转化为属于游离态氮转化为化合态氮，为氮的固定，D正确； 故选A。 解题要点 NO和NO2的比较 NO NO2 色、态、味 无色、无味气体 红棕色、有刺激性气味气体 溶解性 难溶于水 毒性 有毒，大气污染物之一 有毒，大气污染物之一 与水反应 不反应 3NO2＋H2O=2HNO3＋NO 与氧气反应 2NO＋O2=2NO2 不反应 对环境的影响 NO与血红蛋白结合使人中毒，NO、NO2导致光化学烟雾、形成酸雨及破坏臭氧层 【变式2-1】Ⅰ．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，使氧气进入烧瓶。关上止水夹，首先观察到烧瓶中的现象是 ，产生此现象的化学方程式为： 。 (2)轻轻摇动烧瓶，观察到烧瓶中的现象为① ；②烧瓶中液面上升。产生此现象的化学方程式为 。 (3)烧杯中盛放的是酸性高锰酸钾溶液，能吸收尾气，已知NO能与MnO在酸性条件下反应生成NO和Mn2+，写出该反应的离子方程式 。 Ⅱ．依据下图中氮元素及其化合物的转化关系，请回答下列问题。 (4)实验室常用加热氯化铵和氢氧化钙的固体混合物制取氨气，该反应的化学方程式是 。 (5)实验室检验氨气时，可选用的试剂是 （填选项）。 a．湿润的蓝色石蕊试纸    b．湿润的红色石蕊试纸    c．浓盐酸 (6)氨气催化氧化的化学方程式是 。 (7)NO2是一种空气污染物，将其通入Na2CO3溶液进行尾气处理，可以得到NaNO2和另外两种常见物质（其中一种为气体），这一反应的化学方程式是 。 【答案】(1)无色气体变红色 2NO+O2=2NO2 (2)红色气体变无色 3NO2＋H2O=2HNO3＋NO (3) (4) (5)b (6) (7) 【详解】（1）由分析，打开止水夹，推动针筒活塞，使氧气进入烧瓶。关上止水夹，首先观察到烧瓶中的现象是无色气体变红色，产生此现象的化学方程式为：2NO+O2=2NO2； （2）轻轻摇动烧瓶，NO2与水接触反应生成硝酸和NO，化学方程式为3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，红棕色NO2气体又变为无色NO气体，烧瓶中气体物质的量减小导致烧瓶中气体压强减小，烧杯中溶液进入导气管； （3）NO能与MnO在酸性条件下反应生成NO和Mn2+，反应中氮化合价由+2变为+5、锰化合价由+7变为+2，结合电子守恒，反应为：； （4）氯化铵和氢氧化钙加热生成氯化钙、水和氨气，； （5）氨气水溶液显碱性，能使湿润红色石蕊试纸变蓝色，故选b； （6）氨气催化氧化和氧气反应生成水和NO，化学方程式是； （7）NO2通入Na2CO3溶液可以得到NaNO2和另外两种常见物质（其中一种为气体），氮化合价由+4变为+3，结合电子守恒，则部分氮化合价升高得到硝酸钠，结合质量守恒，生成气态为二氧化碳气体，则这一反应的化学方程式是。 【变式2-2】发射卫星的运载火箭，其推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷出。引燃后产生的高温气体主要是CO2、H2O、N2、NO，这些气体均为无色，但在卫星发射场看到火箭喷出大量“红烟”，产生“红烟”的原因是 A．高温下N2遇空气生成NO2 B．NO遇空气生成NO2 C．CO2与NO反应生成CO和NO2 D．NO与H2O反应生成H2和NO2 【答案】B 【详解】火箭推进剂引燃后产生的高温气体主要是CO2、H2O、N2、NO，这些气体均为无色，但在卫星发射场看到火箭喷出大量“红烟”，这是由于NO不稳定，容易被空气中O2氧化产生NO2，产物NO2是红棕色气体，反应方程式为2NO+O2=2NO2，故合理选项是B。 考点三 氮氧化物的相关计算 【例3】硝酸工业生产中常用纯碱溶液吸收排出的氮氧化物废气，废气中只含有NO、两种气体。将一定量废气通入到足量的溶液中被完全吸收，溶液中生成的、两种离子的物质的量与废气中的物质的量分数变化关系可用下图所示。已知溶液中可发生以下两个反应①；②。下列说法正确的是 A．图中线段a表示离子 B．随x值增大，溶液中增大 C．X=0.6时，反应中可收集到标准状况下22.4LCO2 D．若测得所得溶液中为0.5mol，则x值为0.75 【答案】CD 【详解】A．由分析可知，线段a表示离子，A错误； B．由分析可知，根据氮原子守恒可知，混合气中n(NO2)+n(NO)=2mol，随x值增大，溶液中恒等于2mol，B错误； C．由分析可知，反应后所收集到的n(CO2)恒为1mol，标准状况下其体积为22.4L，C正确； D．设n(NO2)=a，n(NO)=b，则a+b=2mol，因废气中n(NO2)≥n(NO)，则发生反应①剩下的NO2的物质的量为(a-b)mol，发生反应②生成n()=0.5(a-b)=0.5 mol，即a-b=1mol，解得a=1.5mol，b=0.5mol，则废气中NO2的物质的量分数，D正确； 故选CD。 【变式3-1】无色气体甲可能含、、、、中的几种，将气体甲经过如图所示实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，下列说法正确的是    A．气体甲中一定含有 B．经过处理后剩余气体体积大于 C．气体甲的组成可能为、、 D．经过浓硫酸处理后余气中、体积比为 【答案】D 【详解】A．根据以上分析，混合气体为无色，所以不可能含有，A错误； B．将混合气体通过浓硫酸，气体体积减少20mL，剩余气体为，通过足量的，气体变成红棕色，发生反应：，和反应，都是气体体积减小的反应，所以经过处理后剩余气体体积小于，B错误； C．根据以上分析，混合气体中一定含有和，一定没有，C错误； D．根据反应：和，，所以 ，D正确； 故选D。 【变式3-2】硝酸工业尾气中的NO、进入大气后会破坏臭氧层。可用氢氧化钠溶液对含氮氧化物的废气进行处理，反应的化学方程式如下：，。将一定量NO和的混合气体通入300 mL 5 mol•L NaOH溶液中，恰好被完全吸收，则下列有关判断正确的是 A．原混合气体中NO在标准状况下的体积可能为10 L B．原混合气体中NO与的体积之比可能为3∶2 C．所得溶液中溶质一定有2种 D．所得溶液中和的物质的量之比可能为2∶1 【答案】A 【详解】A．若只发生NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O反应，据二者反应的关系：NO--2NaOH，n(NaOH)=0.3×5=1.5mol，n(NO)=0.75mol，V(NO)=22.4×0.75=16.8 L，结合反应可知NO的物质的量小于NO2时，气体即可被完全吸收，因此NO的体积≤16.8 L即可满足题意；故A正确； B．由反应可知当NO的物质的量小于NO2时，即：V(NO)：V(NO2)≤1时气体才能被完全吸收，则NO与的体积之比不可能为3∶2，故B错误； C．不确定NO、NO2的量，可能发生NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O、2NO2+2NaOH=NaNO2+ NaNO3+H2O两个反应，所以溶液中溶质可能只有NaNO2也可能是NaNO3和NaNO2的混合物，故B错误； D．若只发生NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O反应，则溶质只有NaNO2，又因在反应中NaNO3和NaNO2按照1：1生成，则两个反应发生时和的物质的量之比一定小于1，不可能为2：1，故D错误； 故选：A。 基础达标 1．在半导体光催化作用下，N2被光催化材料捕获，并实现“N2→NH3”的转化，其转化如图所示。下列说法错误的是 A．此方法属于人工固氮技术 B．反应中有极性键、非极性键的断裂和形成 C．氮气在反应中被氧化，体现了还原性 D．该反应的化学方程式是2N2+6H2O4NH3+3O2 【答案】C 【详解】A．人工固氮是将游离态氮转化为化合态氮的过程，该反应中N2转化为NH3，属于人工固氮技术，A正确； B．反应中N2断裂N≡N非极性键，H2O断裂H-O极性键；生成NH3形成N-H极性键，生成O2形成O=O非极性键，存在极性键、非极性键的断裂和形成，B正确； C．N2中N为0价，NH3中N为-3价，N元素化合价降低，氮气被还原，体现了氧化性，C错误； D．根据转化关系，N2和H2O在光照、催化剂条件下生成NH3和O2，配平后方程式为2N2+6H2O4NH3+3O2，D正确； 答案选C。 2．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； 3．人类可以主动参与氮循环，合成氨工业就是参与的手段之一，以天然气为原料合成氨是新的生产氮肥的方法，它具有污染小、成本低等诸多优点，其过程大体如图所示： 下列说法正确的是 A．工业制取的方法：空气经过压缩、净化得到液态空气，利用液氧和液氮的沸点不同，先得到氧气，留下液氮 B．用天然气制备氢气的化学方程式： C．反应①中1mol反应生成，转移的电子数为 D．每生产1mol最少需要1mol 【答案】B 【详解】A．工业制取的方法为空气经过压缩、净化得到液态空气，利用液氧和液氮的沸点不同进行分离，氮气的沸点比氧气低，先得到氮气，留下液氧，A错误； B．甲烷和水催化反应生成氢气和二氧化碳，B正确； C．与反应生成和，氧元素的化合价由0降低为，N元素的化合价由升高为，根据得失电子守恒，反应的化学方程式为，则2mol反应生成，转移8mol电子，C错误； D．结合C分析，每生产1mol最少需要2mol，D错误； 故选B。 4．以下能起固氮作用的化学反应是 A．由制碳酸氢铵和硫酸铵 B．与反应生成 C．经催化氧化生成 D．和在一定条件下反应生成 【答案】D 【详解】A．由NH3制铵盐，氮元素始终为化合态，未将游离态氮转化为化合态，A不符合题意； B．NO与O2生成NO2，均为氮的化合物之间的转化，未涉及游离态氮，B不符合题意； C．NH3转化为NO，氮仍为化合态，未固定游离态氮，C不符合题意； D．N2和H2生成NH3，将游离态氮（N2）转化为化合态氮（NH3），属于固氮作用，D符合题意； 故选D。 5．我国南海有丰富的油气资源。油轮在转运原油时，常向储油舱通入保护气以防止石油蒸气爆炸，该保护气可能是 A．H2 B．O2 C．N2 D．CH4 【答案】C 【详解】A．H2为易燃气体，不能作保护气，故A不选； B．O2能助燃，不能作保护气，故B不选； C．N2性质稳定，不易反应，可以作保护气，故C选； D．CH4为易燃气体，不能作保护气，故D不选； 答案选C。 6．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起始于氮的固定，过程可用下图表示。下列说法正确的是 A．海洋中的硝化作用可能有氧气的参与 B．海洋中的氮循环属于固氮作用的是③ C．海洋中的氮循环起始于氮的氧化 D．中只含离子键 【答案】A 【详解】A．海洋中的硝化作用中氮元素化合价升高，发生氧化反应，则可能有氧气的参与，A正确； B．固氮作用为游离态氮转化为化合态氮，海洋中的氮循环属于固氮作用的是②，B错误； C．海洋中的氮循环起始于氮溶解，C错误； D．中的铵根离子中存在氮氢共价键、硝酸根离子中存在氮氧共价键，D错误； 故选A。 7．下列关于自然界中氮的循环的说法错误的是 A．将气态含氮物质转化为固态含氮物质的过程叫做氮的固定 B．闪电释放的能量和汽车发动机中的高温条件都可将转化为NO C．豆科植物的根瘤菌可将转化为 D．人体蛋白质中的氮元素主要来源于食物 【答案】A 【详解】A．氮的固定是指将游离态的N2转化为化合态含氮物质的过程，而非特指转化为固态物质，如生成气态NH3或NO也属于固氮，因此A错误； B．闪电和汽车发动机的高温条件均可促使N2与O2反应生成NO，属于自然和人为固氮，B正确； C．根瘤菌通过生物固氮将N2转化为NH3，供植物吸收利用，C正确； D．人体无法直接利用N2，需通过食物中的蛋白质获取氮元素，D正确； 故选A。 综合应用 1．下列气体除杂(括号里为杂质)操作所选用的试剂不能实现的是 A．NO(NO2)：水溶液 B．Cl2(HCl)：饱和NaCl溶液 C．CO2(HCl)：饱和NaHCO3溶液 D．NO2(H2S)：酸性高锰酸钾溶液 【答案】D 【详解】A．NO2与水反应生成HNO3和NO，杂质NO2被转化为NO，但主气体NO不参与反应，因此水溶液可有效除杂，A正确； B．Cl2在饱和NaCl溶液中溶解度低，而HCl易溶，饱和NaCl可吸收HCl而不损失Cl2，B正确； C．HCl与饱和NaHCO3反应生成CO2，既除去杂质又避免引入新气体，C正确； D．酸性高锰酸钾会氧化H2S，但也会与主气体NO2反应（如将NO2氧化为HNO3），导致主气体被消耗，D错误； 故答案选：D。 2．三效催化剂是最为常见的汽车尾气催化剂，其催化剂表面物质转化的关系如图所示，下列说法不正确的是 A．该转化过程没有涉及氮的固定 B．依据图示判断催化剂不参与储存和还原过程 C．还原过程中生成0.1molN2，转移1mol电子 D．三效催化剂能有效实现汽车尾气中CO、CxHy、NOx三种成分的净化 【答案】B 【详解】A．氮的固定是指游离态的氮转化为化合态；该过程中生成了氮气，即不涉及氮的固定，A正确； B．根据图示可知，NOx与BaO、O2转化成Ba(NO3)2时，BaO作为催化剂的组成部分参与储存N元素，并在还原过程中生成，B错误； C．还原过程中氮元素化合价从+5降至0价，则生成0.1 mol N2，转移电子的物质的量为0.1mol×(5-0)×2=1 mol，C正确； D．整个过程中，CO、CxHy、NOx转化成CO2、H2O、N2，说明三效催化剂能有效实现汽车尾气中CO、CxHy、NOx三种成分的净化，D正确； 故答案选B。 3．近年来在中国汽车的销量大幅增长的同时也带来了严重的空气污染。汽车尾气处理装置中，气体在催化剂表面吸附与解吸的过程如图所示，下列说法正确的是 A．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2 B．反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物 C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应 D．催化转化总反应为2NO + O2 + 4CO 4CO2 + N2 【答案】D 【详解】A．N2为空气的主要成分，不属于污染物，A错误； B．根据总反应方程式为2NO + O2 + 4CO 4CO2 + N2，N元素化合价降低，所以NO作氧化剂，N2为还原产物，B错误； C．NO与O2在空气中即可反应，不需要在催化剂表面反应，C错误； D．题干图示为催化转化过程的一种机理示意图，而催化转化的总反应之一可写为2NO + O2+ 4CO 4CO2 + N2，该表述正确，D正确；故选D。 4．下列有关氮循环的说法错误的是 A．汽车尾气中含有的NOx中的氮元素主要来自氮气 B．镁条在空气中燃烧产生氮化镁的过程中氮的化合价降低 C．“雷雨发庄稼”包含的化学变化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐 D．NO与O2反应生成NO2属于氮的固定 【答案】D 【详解】A．汽车尾气中的NOx由高温下空气中的N2与O2反应生成，氮元素确实主要来自氮气，故A正确； B．镁燃烧生成Mg3N2时的化学方程式为，氮从0价（N2）变为-3价（Mg3N2），化合价降低，故B正确； C．雷雨过程中的方程式有，N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐的转化符合自然固氮过程，故C正确； D．氮的固定是游离态N2转化为化合态，而NO与O2反应生成NO2是化合态氮的转化，不属于氮的固定，故D错误；故答案为：D。 5．下列化学反应中属于自然固氮的是 A．雷电使氮气和氧气反应生成一氧化氮气体 B．二氧化氮与水反应制备硝酸 C．实验室里让镁在氮气中燃烧，得到氮化镁 D．由氨气制碳酸氢铵和硫酸铵 【答案】A 【详解】A．雷电使氮气和氧气反应生成一氧化氮气体，属于自然条件下的固氮（将游离氮转化为化合物），A正确； B．二氧化氮与水反应制备硝酸，是含氮化合物之间的转化，未涉及游离氮的固定，B错误； C．实验室中镁在氮气中燃烧生成氮化镁，属于人工固氮，C错误； D．氨气转化为铵盐，是氮的化合物之间的转化，未涉及游离氮的固定，D错误；故答案选A。 6．某学校甲、乙、丙三个化学兴趣小组利用课外活动时间，设计了不同的课题分别进行实验探究活动。回答下列问题： (1)甲组同学用钠粒、细铁丝和稀盐酸等试剂反应来制备。实验步骤如下： 步骤I按图示组装仪器，向仪器X中加入2mL稀盐酸，再加入2mL的煤油，玻璃管下端粘住一小块钠粒(用滤纸吸干表面煤油，切去氧化层)。 步骤II将铁丝浸入稀盐酸，反应放出，待铁丝不再溶解，试管内空气排尽，向上提拉铁丝，使铁丝脱离液面，关闭弹簧夹，用另一根细铁丝沿玻璃管内将钠粒捣入液体中。 ①仪器X的名称为 。 ②捣入钠粒后，X中可观察到的现象为 ，并产生白色沉淀。该过程中发生的反应有、 (离子方程式)、。 (2)乙组同学探究与的反应过程。向盛有的烧瓶中加入一定量的固体，测得反应体系中浓度的变化如下图所示： ①ab段主要发生反应的化学方程式为 。 ②bc段主要发生反应的化学方程式为 。 ③c点时固体成分只有一种，检验该固体中阴离子的实验方案为 。 (3)丙组同学利用如图装置进行操作：在一支50mL的注射器里充入20mL NO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器；打开弹簧夹，快速吸入15mL空气[假设只有两种气体，且]后夹上弹簧夹，振荡注射器。 ①整个实验过程观察到气体颜色发生的变化是 。 ②实验结束后，注射器活塞停留在 mL刻度处。 【答案】(1)具支试管 钠粒不停地上下移动，并有气泡产生 (2) 取少量固体于试管中，加蒸馏水完全溶解；加足量盐酸酸化后，滴加少量溶液；若出现白色沉淀，证明存在 (3)无色气体变为红棕色后又变为无色 33 【详解】（1）①由图可知，仪器X为具支试管； ②捣入钠粒后，钠和水反应生成氢氧化钠和氢气，生成的NaOH和FeCl2反应生成Fe(OH)2白色沉淀，且钠的密度大于煤油，故捣入钠粒后，X中可观察到的现象为钠粒不停地上下移动，并有气泡产生，并产生白色沉淀；该过程中发生的反应有、、； （2）由图可知，ab段氧气浓度增大，说明与反应生成O2，但bc段氧气浓度降低，说明O2和ab段生成的产物发生了反应，由此推测出，ab段：与反应生成Na2SO3和O2，bc段：Na2SO3和O2反应生成Na2SO4，则ab段主要发生反应的化学方程式为：；bc段主要发生反应的化学方程式为； （3）①NO先和空气中的O2反应生成NO2，NO2在和水反应生成NO，则整个实验过程观察到气体颜色变化为：无色气体变为红棕色后又变为无色； ②初始时，注射器里充入20mL NO、5mL水和15mL空气，此时注射器活塞停留在40mL刻度处；由题可知，15mL空气中O2的体积为3mL，NO和O2反应：2NO+O2=2NO2，消耗3mL的O2的同时要消耗6mL的NO，生成6mL的NO2；NO2和H2O反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO，消耗6mL的NO2生成2mL的NO，则实验结束后，注射器活塞停留在40mL-3mL-6mL+2mL=33mL刻度处。 7．下列过程属于人工固氮的是 A．闪电时转化为NO B．分离液态空气制 C．工业合成氨 D．豆科植物根瘤菌将转化为氨 【答案】C 【详解】A．闪电时N2转化为NO属于自然固氮中的大气固氮，并非人工固氮，A错误； B．分离液态空气制N2是物理分离过程，未生成含氮化合物，不属于固氮，B错误； C．工业合成氨通过人工方法将N2转化为NH3，属于人工固氮，C正确； D．豆科植物根瘤菌将N2转化为氨属于生物固氮，属于自然固氮，D错误；故选C。 8．在半导体光催化的作用下，被光催化材料捕获进而被还原，实现的转化示意图如图。下列说法正确的是 A．该过程不属于氮的固定 B．该反应的化学方程式为 C．该反应过程中存在非极性键的断裂和形成 D．反应中每转移，同时生成 【答案】C 【详解】A．氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮，该过程把氮气转化为氨气，属于人工固氮，A项错误； B．由图可知，该反应为光照和催化剂作用下，氮气与水反应产生氨气和氧气，B项错误； C．反应过程中，氮气与水反应产生氨气和氧气，断裂的氮氮键，生成的氧氧键均属于非极性键，故该反应过程中存在非极性键的断裂和形成，C项正确； D．没有说明气体所处的温度和压强，难以计算氨气的体积，D项错误；选C。 9．实验室模拟以镍矿渣(主要含NiS、CuS)为原料制备氯化镍()的实验可分三步完成： I．制备溶液 镍矿渣制取溶液的过程如下： (1)“氧化”步骤中，向反应装置通入一定量的空气可提高的利用率，其原因是 (用化学方程式表示)。 (2)“除铜”时加入的试剂a选用NiS而不选用，其原因是 。 Ⅱ． 制备固体 将所得的溶液与混合反应，得到沉淀同时有气体生成，将沉淀过滤，洗涤干燥。 (3)写出生成该沉淀反应的离子方程式 。 (4)检验沉淀是否洗涤干净的方法是 。 Ⅲ． 制备晶体 (5)由步骤Ⅱ制得的固体中混有少量，请补充完整由制备的实验方案：取一定质量的固体， 。(实验中须使用的试剂：盐酸、冰水、) 已知：①完全沉淀pH为6.2；开始沉淀pH为7.7。 ②从溶液中获取须控制。 ③、的溶解度曲线形状相近，不能用结晶法分别析出。 【答案】(1) (2)避免引入新的杂质离子 (3) (4)取最后一次洗涤液于试管中，加入氯化钡溶液，若无明显现象，证明沉淀洗涤干净；若出现白色沉淀，则沉淀没有洗涤干净 (5)边搅拌边加入盐酸至固体全部溶解，加入调节pH范围6.2～7.7，使铜离子转化为氢氧化铜沉淀，过滤后，向滤液中加入盐酸，调节pH<2，蒸发浓缩，使用冰水冷却结晶，过滤，洗涤，干燥得到晶体 【详解】（1）“氧化”步骤中生成的NO会和氧气、水反应生成硝酸，从而提高硝酸的利用率，反应为：； （2）“除铜”时加入的试剂a选用NiS而不选用硫化钠，其原因是NiS难溶，避免引入新的杂质离子，选用硫化钠会引入杂质离子钠离子； （3）溶液与混合反应，得到沉淀同时有气体生成，结合质量守恒，生成气体为二氧化碳，反应为：； （4）硫酸根离子会和钡离子生成硫酸钡沉淀，故检验沉淀是否洗涤干净的方法是取最后一次洗涤液于试管中，加入氯化钡溶液，若无明显现象，证明沉淀洗涤干净；若出现白色沉淀，则沉淀没有洗涤干净； （5）结合已知：完全沉淀pH为6.2，开始沉淀pH为7.7，从溶液中获取须控制，则由制备的实验方案：取一定质量的固体，边搅拌边加入盐酸至固体全部溶解，加入调节pH范围6.2～7.7，使铜离子转化为氢氧化铜沉淀，过滤后，向滤液中加入盐酸，调节pH<2，蒸发浓缩，使用冰水冷却结晶，过滤，洗涤，干燥得到晶体。 10．水体中的局部氮循环如下图所示，其中含氮物质转化方向与水深有关。 下列说法不正确的是 A．图中涉及的反应均为氧化还原反应 B．反硝化过程中含氮物质被还原 C．不同水深含氮物质转化方向不同，可能与溶氧量有关 D．步骤①中，每生成，转移4mol电子 【答案】D 【详解】A．由图中转化关系可知，图中涉及的反应，元素化合价都发生了变化，故均为氧化还原反应，故A正确； B．由图中转化关系可知，反硝化过程→NO→N2O，含N物质化合价均降低，被还原，故B正确； C．表层水中氧气浓度大，含氮物质转化以硝化过程为主，发生氧化反应；底层水中氧气浓度小，含氮物质转化以反硝化过程为主，发生还原反应，所以不同水深含氮物质转化方向不同，可能与溶氧量有关，故C正确； D．步骤①中生成NH2OH，氮的化合价由-3价升高到-1价，每生成1molNH2OH，转移2mol电子，故D错误； 答案选D。 拓展培优 1．设计实验探究NO的氧化性。 实验Ⅰ：用排水法收集一瓶NO，将其倒扣在盛有碱性溶液的水槽中，振荡，观察到集气瓶中液面上升。 资料：ⅰ.NO与碱性溶液会发生氧化还原反应，被还原为。 ⅱ.与反应生成黄色沉淀。 某同学认为，需通过进一步实验验证NO的氧化性，补充以下实验： 实验Ⅱ：取饱和溶液，加入少量冰醋酸，再滴加5滴的溶液，无明显变化。 实验Ⅲ： (1)取少量实验Ⅰ反应后集气瓶中的溶液，加入少量冰醋酸，再滴加5滴的溶液， (填实验现象)。 上述实验证明NO有氧化性。 (2)实验Ⅱ的目的是 (3)写出NO与碱性溶液反应的离子方程式 (4)一个氧化还原反应可以看成“氧化”和“还原”两个半反应，试用此角度分析NO与碱性溶液的反应。若还原反应为：，则氧化反应为： 。 (5)某同学结合所学知识设计处理工业废气中和NO的实验方案，达到消除污染，保护环境的目的。 ①先用饱和纯碱溶液吸收废气中的，生成，写出该反应的离子方程式 ②再向生成的溶液中加入一定量 ，以此溶液来吸收NO气体。 【答案】(1)出现黄色沉淀 (2)排除对检验的干扰 (3) (4) (5) NaOH 【详解】（1）取少量实验Ⅰ反应后集气瓶中的溶液，加入少量冰醋酸，再滴加5滴的溶液，根据信息：与反应生成黄色沉淀、结合分析可知，实验现象为：出现黄色沉淀。 （2）银离子能与硫酸根离子产生沉淀，再利用信息：Ag+与反应生成黄色沉淀，则实验Ⅱ的目的是：排除对检验的干扰。 （3）据分析，NO与碱性溶液反应生成、和H2O，反应中，氮元素从+2价升高到+1价、硫元素从+4价升高到+6价，则按得失电子数守恒、电荷守恒、元素质量守恒得离子方程式。 （4）氧化反应为：的氧化产物为硫酸根离子，硫元素化合价升高，结合守恒可知相应的离子方程式为。 （5）某同学结合所学知识设计处理工业废气中和NO的实验方案，达到消除污染，保护环境的目的。 ①先用饱和纯碱溶液吸收废气中的，生成，则同时生成亚硫酸钠，该反应的离子方程式：。 ②根据资料ⅰ可知：应再向生成的溶液中加入一定量NaOH，以此溶液来吸收NO气体。 2．硝酸工业尾气中的、进入大气后，会形成光化学烟雾、破坏臭氧层等。可用溶液对含氮氧化物的废气进行处理，反应的化学方程式如下：①，②，将一定量和的混合气体通入溶液中，恰好被完全吸收。下列说法不正确的是 A．原混合气体中在标准状况下的体积可能为 B．通入的混合气体在标况下的体积可能为 C．原混合气体中与的体积之比可能是 D．所得溶液中和的物质的量之比可能为1：2 【答案】B 【详解】A．根据分析，0<n(NO)≤0.75 mol，因此，标况下，V(NO)可能是16.8 L，A正确； B．气体总物质的量为1.5 mol，标况下不可能是44.8L，B错误； C．根据分析知n(NO):n(NO2)≤1，C正确； D．产物n(NaNO2)≥n(NaNO3)，因此NaNO3和NaNO2的物质的量之比可能为1:2，D正确； 答案选B。 3．中华优秀传统文化涉及了很多化学知识，下列有关说法错误的是 A．《本草纲目》中“冬月灶中所烧薪柴之灰，令人以灰淋汁，取碱浣衣”里的“碱”主要是NaOH B．“三月打雷麦谷堆”是指在雷电作用下最终可转化成被农作物吸收的化合态氮 C．刘长卿诗云“水声冰下咽，砂路雪中平”，其中固态冰转化为液态水需要吸热 D．“火树银花合，星桥铁锁开”中的反应涉及化学能转化为热能和光能 【答案】A 【详解】A．“冬月灶中所烧薪柴之灰，令人以灰淋汁，取碱浣衣”里的“碱”主要是草木灰中含有的碳酸钾，A错误； B．雷电可以将空气中的O2和N2转化为NO，NO与O2生成NO2，NO2与水反应生成HNO3，最终与土壤中的物质反应可以生成作物吸收的化合态氮，B正确；   C．冰转化为水的过程是固态转化为液态的过程，需要吸热，C正确； D．火树银花指的是灼热的铁与氧气发生剧烈的氧化还原反应，这个过程中化学能转化成了热能和光能，D正确； 故选A。 4．NA为阿伏加德罗常数，下列关于氮气的说法中，错误的是 A．通常情况下氮气性质比较稳定，是因为断开共价三键(N≡N)需要较多能量 B．自然界雷电固氮反应中，氮气做还原剂 C．人工固氮合成氨反应中，氮气做氧化剂 D．1molN2与3molH2完全反应生成2NA个NH3分子 【答案】D 【详解】A．N2分子的键能较大(N≡N)，断开N2分子中的化学键需要吸收较多能量，故N2化学性质稳定，A正确； B．雷电作用固氮是氮气被氧气氧化为NO，氮元素被氧化，氮气做还原剂，B正确； C．人工固氮主要是通过控制条件将氮气转化为氨反应中，氮气化合价由0价降低到-3价，做氧化剂，C正确； D．合成氨反应为可逆反应，不能完全反应，1molN2与3molH2反应生成NH3分子小于2NA个，D错误； 故选D。 5．科研人员发明一种可由氮气和水持续合成氨的系统，机理如图所示，已知锂(Li)元素的常见价态为0、+1，下列说法不正确的是 A．过程②中水做氧化剂 B．过程③属于氧化还原反应 C．该过程的最终产物为和 D．上述过程实现了锂循环使用 【答案】A 【详解】A．过程②中没有元素化合价发生变化，不是氧化还原反应，故A错误； B．过程③中Li和O元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，故B正确； C．根据图示，该过程中氮气和水反应生成氨气和氧气，最终产物为和，故C正确； D．根据图示，Li是该反应的催化剂，实现了锂循环使用，故D正确； 答案选A。 6．中国科学院科研团队研究表明，在常温常压和可见光下，基于LDH (一种固体催化剂)合成NH3的原理如图所示。下列说法错误的是 A．该过程中H2O被还原成氧气 B．该过程中涉及置换反应 C．基于LDH合成NH3的过程属于氮的固定 D．该过程的化学方程式为 【答案】A 【详解】A．该反应过程中O元素化合价从H2O中的-2价变为O2的0价，O元素的化合价升高，失去电子被氧化，因此是H2O被氧化生成O2，A错误； B．根据图示可知：发生的反应为：，反应物和生成物中均存在单质和化合物，属于置换反应，B正确； C．根据图示可知：氮元素由游离态转变为化合态NH3，因此属于氮的固定，C正确； D．根据题意和图示，可以写出该反应的化学方程式为，D正确； 故合理选项是A。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $