内容正文:
第28讲
氮及其化合物的转化关系
1.能从物质类别、氮的化合价变化理解氮及其化合物的转化关系。
2.能从含氮物质的性质和转化的视角解释生产、生活中的相关现象。
复
习
目
标
1.在氮及其化合物的“价—类”二维图中填充N2、NH3、NH3·H2O、NH4Cl、NO、NO2、N2O4、HNO3、Cu(NO3)2。
HNO3
Cu(NO3)2
NO2
N2O4
NO
N2
NH3·
H2O
NH3
NH4Cl
知识网络
构建
2.完成图中序号对应的化学方程式(合理即可)。
①_______________________;
②____________________________;
③_________________________;
④__________________________________________;
⑤_________________________________________;
⑥___________________;
3NO2+H2O===2HNO3+NO
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
NH3+HCl===NH4Cl
知识网络
构建
⑦__________________________________________;
⑧______________________________;
⑨________________________;
⑩__________________________。
CuO+2HNO3===Cu(NO3)2+H2O
8NH3+3Cl2===6NH4Cl+N2
N2+3H2 2NH3
知识网络
构建
3.常见无机物A、B、C、D存在如图转化关系:
(1)若A是一种碱性气体,常用作制冷剂,B是汽车
尾气之一,遇空气会变色,则反应①的化学方程式
为_______________________________。
知识网络
构建
(2)若A为常见挥发性强酸,D是生产生活中用量最大、用途最广的金属单质,则B的化学式是__________。
Fe(NO3)3
由题意知,A是硝酸,B是硝酸铁,C是硝酸亚铁,则B的化学式为Fe(NO3)3。
(3)若A、C、D都是常见气体,C是形成酸雨的主要气体,则A的电子式是__________。
由题意知,C是二氧化硫,A是硫化氢,D是氧气,B是S,A的电子式是 。
知识网络
构建
(4)若A、B、C的水溶液均显碱性,焰色反应均为黄
色,D为CO2,举出C的一种用途:______________
_____________________________________________。
治疗胃酸过多、作发酵粉、用于泡沫灭火器等(任答其中一种即可)
若A、B、C的水溶液均显碱性,焰色反应均为黄色,说明都含有Na元素,D为CO2,A为NaOH,B是碳酸钠,C为碳酸氢钠。
知识网络
构建
一、氮及其化合物转化关系判断
1.(2023·江苏淮安高三联考)在题给条件下,下列选项所示的物质间转化不可以实现的是
√
拓展
综合应用
拓展
综合应用
2.(2023·江苏,8)氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是
√
拓展
综合应用
Cu与稀硝酸的反应产物之一为NO,NO与氧气发生反应生成NO2,A正确;
氮气与氧气在高温条件下生成NO,但NO无法与水发生化学反应,B错误;
拓展
综合应用
3.(2023·南京高三检测)水合肼又称水合联氨,广泛用作还原剂、抗氧化剂、发泡剂等。其制备原理为NaClO+2NH3===N2H4·H2O+NaCl。用如图装置制取水合肼的有关分析正确的是
A.装置的连接顺序是f→a→b→d→c→e
B.e所在装置的漏斗可以没入水面以下
C.f所在装置可以快速制备氨气
D.操作过程中要快速滴加NaClO溶液
√
二、氮及其化合物转化关系应用
拓展
综合应用
制备水合肼时需先制备氨气,并将其通入
NaClO溶液中,氨气极易溶于水,在两装
置中间需要连接安全瓶用于防倒吸,为有
利于氨气与NaClO溶液反应,制备水合肼
时氨气应从c口进入装置,最后用e所在装
置进行尾气处理,则装置的连接顺序应
是f→a→b→c→d→e(a、b顺序可互换),故A错误;
由题干信息可知,水合肼具有还原性,而NaClO具有强氧化性,若滴加NaClO溶液过快,过量的NaClO能氧化水合肼,降低产率,故D错误。
拓展
综合应用
4.氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一,工业上
在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生
成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行
了探究。回答下列问题:
(1)氨气的制备
①氨气的发生装置可以选择上图中的_______,反应的化学方程式为________________
________________________________________________________。
②欲收集一瓶干燥的氨气,选择上图中的装置,其连接顺序为发生装置→________(按气流方向,用小写字母表示)。
A(或B)
2NH4Cl+Ca(OH)2
dcfedci
拓展
综合应用
氨气是碱性气体,可用碱石灰干燥,其密度小于空气,应采用向下排空气法收集,氨气极易溶于水,尾气处理时应防止倒吸,则要收集一瓶干燥的氨气,仪器的连接顺序为发生装置→dcfedci。
拓展
综合应用
(2)氨气与二氧化氮的反应
将上述收集到的NH3充入注射器X中,硬质玻璃管Y
中加入少量催化剂,充入NO2(两端用夹子K1、K2夹
好)。在一定温度下按图示装置进行实验。
操作步骤 实验现象 解释原因
打开K1,推动注射器活塞,使X中的气体缓慢通入Y管中 ①Y管中___________
_______________ ②反应的化学方程式:________
_________________________
红棕色气体颜色慢慢变浅
6NO2+
拓展
综合应用
操作步骤 实验现象 解释原因
将注射器活塞退回原处并固定,待装置恢复到室温 Y管中有少量水珠 生成的气态水凝聚
打开K2 ③___________________
_________ ④__________________________
______________________
Z中NaOH溶液产生倒吸现象
反应后气体分子数减少,Y管中压强小于外界压强
拓展
综合应用
拓展
综合应用
课时精练
1.(2021·江苏,7)在指定条件下,下列选项所示的物质间转化能实现的是
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√
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NO不溶于水也不与水反应,A错误;
稀HNO3与Cu反应得到硝酸铜、水和NO,得不到NO2,B错误;
NO有氧化性,CO有还原性,在高温、催化剂条件下二者可发生氧化还原反应转化为无毒的N2和CO2,C正确;
O3有强氧化性,不能作还原剂将硝酸根离子还原,D错误。
2.(2024·南京金陵中学高三检测)下列说法正确的是
A.N2H4中氮原子采取sp3杂化
B.[Ni(NH3)6]SO4是一种配合物,向其中滴加BaCl2溶液不会生成沉淀
C.N2O4制取HNO3是利用了N2O4的氧化性
D.常温下可用铝质容器盛装稀硝酸
√
[Ni(NH3)6]SO4电离产生 和[Ni(NH3)6]2+,加入BaCl2溶液后会产生BaSO4沉淀,B错误;
N2O4中氮元素为+4价,而HNO3中氮元素为+5价,故N2O4制取HNO3是利用了N2O4的还原性,C错误;
铝和稀硝酸在常温下能反应,不可用铝质容器盛装稀硝酸,D错误。
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3.(2023·连云港模拟)自然界中时刻存在着氮的转化。如图为N2分子在催化剂作用下发生一系列转化示意图。
下列叙述正确的是
A.N2→NH3,NH3→NO均属于氮的固定
B.使用催化剂a、b均可以提高单位时间内生成
物的产量
C.催化剂a、b表面均发生了极性共价键的断裂
D.在催化剂a作用下,氮原子发生了氧化反应
√
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N2→NH3属于氮的固定,NH3→NO不属于
氮的固定,A错误;
催化剂可以提高化学反应速率,可以提高
单位时间内生成物的产量,B正确;
催化剂a作用下,N2→NH3,断裂N≡N非极性共价键;催化剂b作用下,NH3→NO,断裂N—H极性共价键,C错误;
催化剂a作用下,N2→NH3,氮原子化合价从0价降低至-3价,发生了还原反应,D错误。
4.(2023·徐州高三检测)已知X、Y、Z、E、F五种常见物质含有同一元素M,在一定条件下它们有如下转化,Z是NO,下列推断不合理的是
A.X可能是一种氢化物
B.Y生成Z一定是化合反应
C.E可能是一种有色气体
D.F中M元素的化合价可能为+5
√
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如果X是水,分解可生成O2,O2与N2反应生成
NO,X可能是一种氢化物,故A正确;
Z为NO,如果Y是O2,那么NH3与O2在催化剂的条件下可以生成NO,所以Y生成Z不一定是化合反应,故B错误;
Z是NO,NO与O2反应产生红棕色的NO2气体,所以E可能是红棕色NO2,故C正确;
F可以是HNO3,M元素的化合价可能为+5,故D正确。
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5.(2023·盐城中学高三月考)关于反应Cu(NO3)2·3H2O CuO+NO2↑+O2↑+H2O↑(反应未配平),下列说法正确的是
A.氧化产物与还原产物的物质的量之比为4∶1
B.生成22.4 L O2时,反应转移电子数为4NA
C.将充分分解后所得的气体收集于一密闭容器中,充分静置反应,所得溶液中硝酸
与水的物质的量之比为1∶1
D.Cu(NO3)2·3H2O中的铜元素被氧化
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√
反应中氮元素的化合价降低被还原,二氧化氮为还原产物,氧元素的化合价升高被氧化,氧气是氧化产物,反应的化学方程式为2Cu(NO3)2·3H2O 2CuO+4NO2↑+O2↑+6H2O↑,氧化产物氧气与还原产物二氧化氮的物质的量之比为1∶4,故A项错误;
未标明标准状况,无法计算22.4 L氧气的物质的量和反应转移的电子数目,故B项错误;
由分析可知,硝酸铜晶体分解生成4 mol二氧化氮时,生成1 mol氧气和6 mol水,二氧化氮、氧气和水能反应生成硝酸:4NO2+O2+2H2O===4HNO3,由方程式可知,所得溶液中硝酸与水的物质的量之比为4 mol∶(6-2) mol=1∶1,故C项正确;
由方程式可知,反应中铜元素的化合价没有发生变化,故D项错误。
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6.(2023·宿迁高三联考)含N元素的气体a可发生如图所示转化。下列说法正确的是
A.c生成d属于自然固氮
B.b可用于检验氯气管道是否泄漏
C.x中阴离子的空间结构为V形
D.d为酸性氧化物
√
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由图示转化关系可知,a为NH3,b为N2,
c为NO,d为NO2,x为NaNO2,y为NaNO3。
NO生成NO2不属于自然固氮,故A错误;
氨气可与氯气反应出现白烟,可用于检验
氯气管道是否泄漏,故B错误;
x中阴离子为 ,它的价层电子对数为3,有1个孤电子对,它的空间结构为V形,故C正确;
NO2与NaOH溶液发生歧化反应,生成两种盐和水,不是酸性氧化物,故D错误。
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√
生物硝化法处理废水会使水体呈酸性,可以加入石灰石与H+反应来调节水体的pH,D项正确。
8.(2024·镇江模拟)以天然气为原料合成氨是新的生产氮肥的方法,其工艺流程如下。下列说法正确的是
A.反应①使用催化剂可提高反应速率和
甲烷的平衡转化率
B.反应②的原子利用率为100%
C.生成1.0 mol NH4NO3至少需要0.75 mol CH4
D.反应③理论上当n(NH3)∶n(O2)=4∶3时,恰好完全反应
√
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反应①使用催化剂可以提高反应速率,但不能提高甲烷的平衡转化率,A错误;
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反应③的化学方程式为2NH3+2O2===NH4NO3+H2O,则理论上当n(NH3)∶n(O2)
=1∶1时,恰好完全反应,D错误。
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9.某兴趣小组设计用铁粉将NO还原为N2(同时生成FeO)。下列说法不正确的是
已知:①浓硝酸可氧化NO;②NaOH溶液能吸收
NO2,不吸收NO。
A.装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g(或g→h)
→b→c→d
B.装置E中发生反应的化学方程式为2NO+2Fe
2FeO+N2
C.装置D的作用是吸收挥发出来的硝酸和产生的NO2
D.装置B的作用是干燥,防止水蒸气进入装置E中干扰反应
√
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根据实验原理“NO被灼热的铁粉还原为N2,同时生成FeO”,所以首先利用铜与稀硝酸反应生成NO,由于硝酸具有挥发性,所以制得的NO中会混有硝酸蒸气和产生的NO2,故先通过装置D除去挥发出的HNO3和产生的NO2,再通过装置F干燥,得到纯净干燥的NO,然后进入装置E中与铁粉反应,最后处理多余的NO,
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由于NaOH溶液不与NO反应,而浓硝酸可氧化NO生成NO2,所以先通过装置B氧化NO,再通过装置C吸收尾气,故上述装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→
g(或g→h)→b→c→d,A正确。
10.某学习小组设计实验探究NO与铜粉的反应并检验NO,实验装置如图所示(夹持装置略)。实验开始前,向装置中通入一段时间的N2,排尽装置内的空气。
已知:在溶液中FeSO4+NO [Fe(NO)]SO4(棕色),该反应可用于检验NO。
下列说法不正确的是
A.装置F、I中的试剂依次为水、硫酸亚铁溶液
B.若观察到装置H中红色粉末变黑色,则NO与
Cu发生了反应
C.实验结束后,先熄灭酒精灯,再关闭分液漏斗的活塞
D.装置J收集的气体中一定不含NO
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稀硝酸与铜反应生成一氧化氮,一氧化
氮能够被氧气氧化,因此实验前需要通
入氮气,排尽装置中的空气,硝酸具有
挥发性,生成的一氧化氮中混有少量硝酸蒸气,可以通过水吸收后再干燥,干燥的一氧化氮在装置H中与铜粉发生反应,未反应的NO可以利用硫酸亚铁溶液检验。装置F、I中的试剂依次为水、硫酸亚铁溶液,A项正确;
实验结束后,为了防止倒吸,需要先熄灭酒精灯,再关闭分液漏斗的活塞,C项正确;
由于FeSO4+NO [Fe(NO)]SO4(棕色)为可逆反应,装置J收集的气体中可能含有NO,D项错误。
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11.(2023·南通模拟)某学习小组设计实验制备Ca(NO2)2,实验装置如图所示(夹持装置已略去)。已知:2NO+CaO2===Ca(NO2)2;2NO2+CaO2===Ca(NO3)2。下列说法不正确的是
A.装置E中酸性K2Cr2O7溶液的作用是吸收多余的、
未反应的氮氧化物
B.装置B、D中的试剂可分别为水和浓硫酸
C.将铜片换成木炭也可以制备纯净的亚硝酸钙
D.借助装置A及氢氧化钠溶液和稀硫酸可以分离CO2和CO
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由于硝酸具有挥发性,所以在A中生成的
NO气体中会含有少量HNO3蒸气,可用装
置B中的水除去,为防止CaO2与水反应,
用装置C中的浓硫酸对NO气体进行干燥,
故B正确;
将铜片换成木炭,由于木炭与稀硝酸不能反应,所以得不到要制备的产物,故C错误;
装置A中盛氢氧化钠溶液,通入CO2和CO的混合气体,CO2被NaOH吸收后生成Na2CO3,在出气管口即可收集到CO,然后将分液漏斗中的稀硫酸滴入A中,与生成的Na2CO3反应再释放出CO2,达到分离的目的,故D正确。
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12.(2023·连云港高三调研)合成氨及其衍生工业是化工生产的重要门类,请结合图示判断下列说法不正确的是
A.合成氨采用400~500 ℃是为了提高原料
转化率和反应速率
B.湿润的淀粉-KI试纸不可以鉴别气体2和
溴蒸气
C.生成固体1的化学方程式为NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl
D.1 L气体1、2的混合气与1 L NH3在一定条件下转化为对环境无害的物质,混合气
中二者的体积比为1∶1
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合成氨反应为放热反应,温度降低,
平衡正向移动,原料的转化率升高,
所以400~500 ℃不利于提高原料的
转化率,故A错误;
气体2为NO2气体,NO2气体和溴蒸气都能使淀粉-KI试纸变蓝,故B正确;
气体1为NO,气体2为NO2,1 L NO、NO2的混合气与1 L NH3在一定条件下转化为对环境无害的物质,反应的化学方程式为2NH3+NO+NO2 2N2+3H2O,NO、NO2的体积比等于化学计量数之比,为1∶1,故D正确。
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13.工业上以原料气(N2、H2及少量CO、
NH3的混合气)、A、水为原料按如图
流程制取B、C。
请回答:
(1)写出氧化炉中生成NO反应的化学方程式:________________________________。
(2)下列关于该流程的说法正确的是_______(填字母)。
A.A是空气
B.尾气中的NO2可以用纯碱溶液处理
C.化合物C是一种无机酸酯
D.制备的工业浓硝酸通常略显黄色是由于含有Fe3+
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ABC
(3)液氮有类似于水的性质,能发生自耦电离、
氨解反应。已知:SOCl2+H2O===SO2↑+
2HCl,写出SOCl2在液氨中的氨解反应的化
学方程式:___________________________________。
(4)设计实验验证无色晶体B是NH4NO3:_______________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。写出实验过程中涉及阴离子检验的主要反应的离子方程式:_________________________________________。
SOCl2+4NH3===SO(NH2)2+2NH4Cl
取少量该无色晶体B于试管中,加水溶解,再将溶液分成两份,向其中一支试管中加入适量浓NaOH溶液,加热,并在试管口处放置湿润的红色石蕊试纸,若试纸变蓝,则说明该晶体含有 ;再向另一支试管中滴加稀硫酸,无明显现象,加入少量铜片,在试管口有红棕色气体产生,则说明该晶体中含有 ,由此可证明该晶体为NH4NO3
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(1)写出题述络合脱硝法总反应的离子方程式:
______________________________________。
(2)在不同温度下,将含0.01 mol·L-1[Co(NH3)6]3+
的溶液以一定流速通过装有活性炭的催化器,
[Co(NH3)6]3+的转化率随温度升高而增大,其原因可能是________________________
________________________。
14.燃煤烟气中90%以上的NOx是NO,脱硝技术主要就是指NO的脱除技术。
Ⅰ.络合脱硝法
六氨合钴溶液中的[Co(NH3)6]2+能络合烟气中的NO和O2,形成的两种络合物在溶液中极易发生反应,实现NO的脱除。在吸收液中加入活性炭可有效催化[Co(NH3)6]2+的再生,维持溶液脱除NO的能力,原理如图1所示。
温度升高,反应速率加快,
提高[Co(NH3)6]3+的转化率
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[Co(NH3)6]3+的转化率随温度升高而增大,其原因可能是温度升高,反应速率加快,提高[Co(NH3)6]3+的转化率,或是温度升高,O2在水中溶解度下降,有利于[Co(NH3)6]3+的还原,或是温度升高,促进[Co(NH3)6]3+离解为Co3+,从而有利于Co3+的还原(任意答一点即可)。
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Ⅱ.氧化脱硝法
(3)ClO2氧化脱硝过程发生的反应如下:
5NO+2ClO2+H2O===5NO2+2HCl
2NO2+H2O===HNO2+HNO3
随着ClO2溶液初始浓度的增加,脱硝时从溶液中逸出的NO2却随之增加。研究表明,溶液中的ClO2不能吸收NO2,且在一定程度上阻碍水对NO2的吸收。
①设计实验验证ClO2对NO2的抑制作用:_____________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________(NO2的浓度可由仪器直接测定)。
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分别取等体积的蒸馏水和一定浓度的ClO2
溶液,在相同时间内以相同的流速向两份溶液中通入NO2,比较逸出NO2的浓度,若通过蒸馏水逸出的NO2的浓度较小,则说明ClO2对NO2的吸收有抑制作用
②其他条件相同,当NO烟气中含有SO2时,用ClO2溶液处理烟气的实验结果如图2所示。脱硝处理含SO2的NO烟气时逸出的NO2明显减少,其原因是__________
_____________________________________________________________________________________。
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ClO2溶液
中的部分ClO2与SO2发生反应,溶液中剩余的ClO2浓度减小,减弱了水对NO2吸收的阻碍作用
N2+O22NO
4NH3+5O24NO+6H2O
2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O
4NH3+5O24NO+6H2O
由题意知,A为氨气,B是NO,D是氧气,C是二氧化氮,反应①的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。
A.NO2(g)HNO3(aq)
B.NH3(g)NO2(g)
C.N2(g)NO(g)
D.Cu(OH)2(s)[Cu(NH3)4]2+(aq)
常温下,NH3与O2不反应,即NH3(g)NO2(g)不可以实现,B符合题意;
Cu(OH)2(s) Cu2+(aq)+2OH-(aq),NH结合OH-促进上述溶解平衡,且Cu2+能与NH3形成[Cu(NH3)4]2+,故Cu(OH)2(s)[Cu(NH3)4]2+(aq)能够实现,D不符合题意。
A.实验室探究稀硝酸与铜反应的气态产物:HNO3(稀)NONO2
B.工业制硝酸过程中的物质转化:N2NOHNO3
C.汽车尾气催化转化器中发生的主要反应:2NO+2CON2+2CO2
D.实验室制备少量NH3的原理:2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O
汽车尾气催化转化器主要将污染气体NO、CO转化为无污染的气体,故该反应方程式为2NO+2CON2+2CO2,C正确;
实验室利用熟石灰和氯化铵制备少量NH3,化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O,D正确。
CaCl2+2H2O+2NH3↑(或NH3·H2ONH3↑+H2O)
8NH37N2+12H2O
打开K1,推动注射器活塞将氨气缓慢通入Y管中,在一定温度和催化剂的作用
下发生反应:6NO2+8NH37N2+12H2O,随着反应的发生Y管中红棕色
气体颜色变浅;反应生成的水蒸气液化后,NO2和NH3反应后气体的物质的量减小,反应容器中的压强减小,打开K2,Z中的溶液倒吸入Y管中。
A.NO(g)HNO3(aq)
B.稀HNO3(aq)NO2(g)
C.NO(g)N2(g)
D.NO(aq)N2(g)
SO
NO
7.工业上常采用生物硝化法将NH转化为NO来处理氨氮废水,工艺流程如图,下列说法错误的是
A.生物硝化法处理废水,会导致水体pH逐渐下降:
NH+2O2===NO+2H++H2O
B.长期过量施用NH4Cl等铵态化肥,易导致土壤酸化,水体富营养化
C.检验NH所需的试剂是浓NaOH溶液、湿润的蓝色石蕊试纸
D.微生物保持活性的pH范围为7~9,可以加入石灰石来调节水体的pH
反应②的化学方程式为CO2+2NH3
CO(NH2)2+H2O,则该反
应的原子利用率小于100%,B错误;
由天然气经过各步转化,最终生成NH4NO3涉及的化学反应有CH4+2H2O
CO2+4H2,N2+3H2 2NH3,2NH3+2O2===NH4NO3+H2O,则有NH4NO3~2NH3~3H2~CH4,故生成1.0 mol NH4NO3至少需要0.75 mol
CH4,C正确;
4NH3+5O24NO+6H2O
NH
NO
3Cu+2NO+8H+===3Cu2++2NO↑+4H2O
2NO+O2+2OH-===NO+NO+H2O
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