第五章 化工生产中的重要非金属元素
第二节 氮及其化合物
第1课时 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮
一、选择题
1．下列关于自然界中氮循环(如图)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：A项，人工固氮合成氨反应中，氮元素的化合价降低被还原，错误；B项，工业合成氨属于人工固氮，正确；C项，硝酸盐转化为蛋白质及经动物消化使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，正确；D项，碳、氢、氧三种元素也参加了氮的循环，正确。
2.有报道称“氮气能有效减少轮胎的噪音,延长轮胎使用寿命”,关于氮气的性质的说法,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.在水中溶解度小(通常情况下)
D.跟氢气在一定条件下发生反应,氮气是氧化剂
【解析】选B。N2在O2中不能燃烧,在放电或高温条件下N2被O2氧化为NO,B错误。
3.下列关于氮的氧化物的叙述正确的是 ( )
A.氮的氧化物只有NO、NO2
B.氮的氧化物均为红棕色气体
C.氮的氧化物均有毒
D.氮的氧化物在空气中均能稳定存在
【解析】选C。氮的氧化物包括NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等,A项错误;NO、N2O4等均为无色气体,B项错误;氮的氧化物均有毒,C项正确;NO在空气中易被O2氧化为NO2,D项错误。
4.在NO2与水的反应中,下列判断正确的是 ( )
A.氮元素的化合价不发生变化
B.氧化剂与还原剂的质量比为2∶1
C.NO2只是还原剂
D.3 mol NO2参加反应转移2 mol电子
【解析】选D。。
5.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,松开后管口向上,观察到试管口有红棕色出现
D.取少量试管内液体,滴加石蕊试液溶液无明显变化
【解析】选D。A项,NO2能与水反应,反应的化学方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO,所以反应后试管内的气体体积减小,压强减小,试管内液面上升,故A正确;B项,NO2与水反应生成的NO是无色气体,所以试管内气体颜色逐渐变浅,直至消失,故B正确;C项,常温下,NO极易与空气中的O2反应生成红棕色的NO2,所以将试管取出,松开后管口向上,观察到试管口有红棕色出现,故C正确;D项,NO2与水反应生成了硝酸,溶液呈酸性,所以滴加石蕊溶液后,溶液变成红色,故D错误。
6.下列关于一氧化氮的叙述不正确的是 ( )
A.一氧化氮是一种无色的有毒气体
B.在常温下一氧化氮不能与氧气化合生成二氧化氮
C.一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到
D.一氧化氮不溶于水,能用排水法收集
【解析】选B。NO是一种无色不溶于水的有毒气体,可以用排水法收集。在常温下,NO容易与氧气直接化合生成NO2。
7.下列对于二氧化氮的说法正确的是 ( )
A.NO2能与水反应生成硝酸,NO2是酸性氧化物
B.除去O2中混有的NO2,可将混合气体通入水中,将NO2溶解
C.NO2与溴蒸气的鉴别可用NaOH溶液,溶于NaOH溶液得无色溶液的是NO2,得橙色溶液的为溴蒸气
D.NO2是大气污染物之一
【解析】选D。NO2与NaOH溶液反应,发生氧化还原反应生成两种盐和水,故NO2不是酸性氧化物,故A错误;除去O2中混有的NO2,将混合气体通入水中,NO2溶解的同时又生成NO,且NO又能与氧气反应生成NO2,故B错误;NO2与溴蒸气的鉴别不可用NaOH溶液,两者均可溶于NaOH溶液得无色溶液,故C错误;NO2属于大气污染物,可以形成硝酸型酸雨或光化学烟雾,故D正确。
8.在一定条件下,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的水中,充分反应后剩余气体的体积约为原总体积的( )
A. B. C. D.
【解析】选C。假定NO和O2体积分别为V,则:
4NO+3O2+2H2O===4HNO3,
4 3
V V
故氧气剩余,剩余氧气体积为V-V=V,所以充分反应后剩余气体的体积为原体积的=。
9．如图所示，相同条件下，两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体，分别倒置于水槽中，然后通过导管缓慢通入氧气，边通入边慢慢摇动试管，直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散，则两个试管内溶液中溶质的物质的量浓度之比为( )
A．1∶1 B．5∶7
C．7∶5 D．4∶3
答案：A
解析：因为NO2和NO的体积相等，在同温同压下两者的物质的量相等，根据反应：2NO＋O2===2NO2,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，生成的HNO3的物质的量也相等，因此两试管内HNO3的物质的量浓度相等。
10．同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的两种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2。现将3支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是( )
A．V1>V2>V3 B．V1>V3>V2
C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2
答案：D
解析：可假设试管体积均为2V，每种气体的体积均为V；当倒置于水槽中时：①中有反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，则剩余气体的体积V1＝V；②中有反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，则剩余O2的体积V2＝V；③中气体与水不反应，故试管中气体体积V3＝2V。综上所述，V3>V1>V2。
11．硝酸工业尾气中含有高浓度的NO和NO2，它们都是大气的重要污染物。已知某厂排放的尾气中NO、NO2的体积比为1∶1，该厂采用NaOH溶液来处理该尾气，处理后所得溶液中只有一种含氮的钠盐。则该含氮的钠盐中，氮元素的化合价为( )
A．－3 B．＋1 C．＋3 D．＋5
答案：C
解析：设该含氮钠盐中氮元素的化合价为x价，NO、NO2在NaOH溶液中发生氧化还原反应生成含氮元素的钠盐，根据得失电子守恒，推知x－2＝4－x，解得x＝3。
12．(双选)某混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种。现将此无色透明的混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，把剩余气体排入空气中，很快变为红棕色。对于原混合气体成分的判断中，正确的是( )
A．肯定有SO2和NO
B．肯定没有Cl2和NO2
C．可能有Cl2和O2
D．肯定只有NO
答案：AB
解析：由题意可知，混合气体无色，故无Cl2(黄绿色)、NO2(红棕色)；能使品红溶液褪色，说明有SO2；剩余气体排入空气中，很快变为红棕色，说明产生了NO2，进而说明原混合气体中有NO，无O2。
二、非选择题
13.氮氧化物会严重污染大气,所以实验室必须对含有氮氧化物的废气进行处理。用NaOH溶液可以吸收废气中的氮氧化物,反应化学方程式如下:
①NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O
②2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O
(1)在反应①中,参加反应的氧化剂和还原剂的质量之比为 。
(2)在反应②中,氧化产物是 ,还原产物是 (填化学式)。
(3)在反应①②中,参加反应的NaOH均为2 mol时,两个反应转移电子数的关系是① ②(填“>”“=”或“<”)。
【解析】(1)根据反应①可知,氧化剂(NO2)和还原剂(NO)的物质的量之比是1∶1,质量之比为23∶15。(2)在反应②中只有氮元素的化合价发生变化,所以NO2既是氧化剂也是还原剂,氧化产物为NaNO3,还原产物为NaNO2。(3)反应①中2 molNaOH参加反应时,转移1 mol电子,反应②中2 molNaOH参加反应时,转移1 mol电子。
答案:(1)23∶15 (2)NaNO3 NaNO2 (3)=
14.某校化学兴趣小组用如图装置验证NO2的氧化性和NO的还原性。
已知:①装置甲中发生的反应为Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2 ↑+2H2O 。
②硝酸具有挥发性,可将I-氧化成I2。
请回答下列问题:
(1)装置乙中的现象是 。
(2)说明NO具有还原性的操作和现象是 。
(3)小组一成员对实验设计提出了疑问,他认为乙中的现象不足以证明NO2的氧化性,他的理由是 。
(4)小组另一成员为探究NO2的氧化性,进行如下实验(如图所示)。
由图B和图C中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式: _____________。
【解析】(1)碘化钾被氧化为单质碘,碘使淀粉变蓝。(2)丙中NO2与水反应生成的NO会和氧气反应生成红棕色的NO2,证明NO具有还原性,故操作和现象为打开开关,挤压空气囊,丙中气体由无色变为红棕色。(3)浓硝酸具有挥发性,且NO2与水反应生成硝酸,硝酸具有强氧化性,也能将碘离子氧化成单质碘,使溶液变蓝,对NO2的性质检验造成干扰。(4)题图B中“无色气体”,题图C中“有红棕色气体产生”,说明题图B中反应生成了NO,即NO2和SO2反应,NO2转化为NO,表现氧化性,而SO2则表现还原性,被氧化,硫元素化合价升高,只能变成+6价,应转化为SO3,故化学方程式为NO2+SO2===NO+SO3。
答案:(1)乙试管中溶液变蓝色
(2)打开开关,挤压空气囊,丙中气体由无色变为红棕色
(3)挥发出来的HNO3,NO2和水反应生成的HNO3是一种氧化性酸,也可将I-氧化成I2,使溶液变蓝
(4)NO2+SO2===NO+SO3
15．利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，其部分工艺流程如图：
(1)一定条件下，NO与NO2可以生成一种新的氧化物，试写出该反应的化学方程式：___________________________________。
(2)上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底部进入，石灰乳从吸收塔顶部喷淋)，其目的是_________________________；
滤渣可循环使用，滤渣的主要成分是________(填化学式)。
(3)该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1。
若n(NO)∶n(NO2)>1∶1，则会导致________________________；
若n(NO)∶n(NO2)<1∶1，则会导致_________________________。
(4)生产中溶液需保持弱碱性，在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解，产物之一是NO，其反应的离子方程式为__________________。
答案：(1)NO＋NO2N2O3
(2)使尾气中的NO、NO2被充分吸收 Ca(OH)2
(3)排放气体中NO含量升高 产品Ca(NO2)2中Ca(NO3)2含量升高
(4)3NO＋2H＋===NO＋2NO↑＋H2O
解析：(1)若NO与NO2反应生成新的氧化物，必然是NO中N的化合价升高被氧化，NO2中N的化合价降低被还原，生成的新的氧化物中N的化合价应该介于＋2和＋4之间，为＋3价，据此写出反应的化学方程式：NO＋NO2N2O3。
(2)气体上升液体下降，这样气液接触充分，使尾气被充分吸收；分析加入的原料及生成物，只有Ca(OH)2微溶于水，所以滤渣的主要成分为Ca(OH)2。
(3)当n(NO)>n(NO2)时，NO过剩；当n(NO)(4)依据化合价升降守恒，NO生成NO时氮元素化合价降低，则反应中NO中氮元素的化合价也有升高，可能生成NO或NO2，但在水溶液中NO2会与水反应生成NO，所以最终产物为NO，据此写出离子方程式：3NO＋2H＋===NO＋2NO↑＋H2O。
16．某活动小组利用如图装置验证NO的还原性及探究工业生产硝酸的原理(装置气密性已检查完毕)。
Ⅰ.向广口瓶中通入NO并测定NO的体积。
(1)通入NO前，从滴定管向广口瓶中加入水；
(2)从导管a通入一定量的NO，并记录滴定管液面变化的示数为V L(V<0.05，气体体积已换算为标准状况)。
Ⅱ.验证NO的还原性、探究工业生产硝酸的原理。
(1)停止通入NO后关闭K1、K3，打开K2，从导管b缓缓通入O2，可观察到的现象是____________________________，
写出对应现象的化学方程式：_______________________；
(2)继续通入O2，打开K3并及时调整滴定管；
(3)液面与广口瓶中液面相平，直至广口瓶中刚好充满液体。
①当通入氧气的体积为V L时，广口瓶中剩余的气体体积为________；
②当广口瓶中刚好充满液体时，所得溶液的物质的量浓度为________ mol·L－1。
答案：Ⅱ.(1)气体先变为红棕色，然后逐渐变浅，直至无色 2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO (3)① L ②
解析：Ⅱ.(3)①NO遇到O2生成红棕色的NO2，NO2与水反应生成HNO3和NO，上述两个方程式合并可得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，反应掉NO的体积为V(NO)＝V(O2)＝V L×＝ V L，剩余气体体积为 L；②生成HNO3的物体的量n(HNO3)＝n(NO)＝ mol，c(HNO3)＝＝ mol·L－1。 第五章 化工生产中的重要非金属元素
第二节 氮及其化合物
第1课时 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮
一、选择题
1．下列关于自然界中氮循环(如图)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.有报道称“氮气能有效减少轮胎的噪音,延长轮胎使用寿命”,关于氮气的性质的说法,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.在水中溶解度小(通常情况下)
D.跟氢气在一定条件下发生反应,氮气是氧化剂
3.下列关于氮的氧化物的叙述正确的是 ( )
A.氮的氧化物只有NO、NO2
B.氮的氧化物均为红棕色气体
C.氮的氧化物均有毒
D.氮的氧化物在空气中均能稳定存在
4.在NO2与水的反应中,下列判断正确的是 ( )
A.氮元素的化合价不发生变化
B.氧化剂与还原剂的质量比为2∶1
C.NO2只是还原剂
D.3 mol NO2参加反应转移2 mol电子
5.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,松开后管口向上,观察到试管口有红棕色出现
D.取少量试管内液体,滴加石蕊试液溶液无明显变化
6.下列关于一氧化氮的叙述不正确的是 ( )
A.一氧化氮是一种无色的有毒气体
B.在常温下一氧化氮不能与氧气化合生成二氧化氮
C.一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到
D.一氧化氮不溶于水,能用排水法收集
7.下列对于二氧化氮的说法正确的是 ( )
A.NO2能与水反应生成硝酸,NO2是酸性氧化物
B.除去O2中混有的NO2,可将混合气体通入水中,将NO2溶解
C.NO2与溴蒸气的鉴别可用NaOH溶液,溶于NaOH溶液得无色溶液的是NO2,得橙色溶液的为溴蒸气
D.NO2是大气污染物之一
8.在一定条件下,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的水中,充分反应后剩余气体的体积约为原总体积的( )
A. B. C. D.
9．如图所示，相同条件下，两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体，分别倒置于水槽中，然后通过导管缓慢通入氧气，边通入边慢慢摇动试管，直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散，则两个试管内溶液中溶质的物质的量浓度之比为( )
A．1∶1 B．5∶7
C．7∶5 D．4∶3
10．同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的两种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2。现将3支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是( )
A．V1>V2>V3 B．V1>V3>V2
C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2
11．硝酸工业尾气中含有高浓度的NO和NO2，它们都是大气的重要污染物。已知某厂排放的尾气中NO、NO2的体积比为1∶1，该厂采用NaOH溶液来处理该尾气，处理后所得溶液中只有一种含氮的钠盐。则该含氮的钠盐中，氮元素的化合价为( )
A．－3 B．＋1 C．＋3 D．＋5
12．(双选)某混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种。现将此无色透明的混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，把剩余气体排入空气中，很快变为红棕色。对于原混合气体成分的判断中，正确的是( )
A．肯定有SO2和NO
B．肯定没有Cl2和NO2
C．可能有Cl2和O2
D．肯定只有NO
二、非选择题
13.氮氧化物会严重污染大气,所以实验室必须对含有氮氧化物的废气进行处理。用NaOH溶液可以吸收废气中的氮氧化物,反应化学方程式如下:
①NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O
②2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O
(1)在反应①中,参加反应的氧化剂和还原剂的质量之比为 。
(2)在反应②中,氧化产物是 ,还原产物是 (填化学式)。
(3)在反应①②中,参加反应的NaOH均为2 mol时,两个反应转移电子数的关系是① ②(填“>”“=”或“<”)。
14.某校化学兴趣小组用如图装置验证NO2的氧化性和NO的还原性。
已知:①装置甲中发生的反应为Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2 ↑+2H2O 。
②硝酸具有挥发性,可将I-氧化成I2。
请回答下列问题:
(1)装置乙中的现象是 。
(2)说明NO具有还原性的操作和现象是 。
(3)小组一成员对实验设计提出了疑问,他认为乙中的现象不足以证明NO2的氧化性,他的理由是 。
(4)小组另一成员为探究NO2的氧化性,进行如下实验(如图所示)。
由图B和图C中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式: _____________。
15．利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，其部分工艺流程如图：
(1)一定条件下，NO与NO2可以生成一种新的氧化物，试写出该反应的化学方程式：___________________________________。
(2)上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底部进入，石灰乳从吸收塔顶部喷淋)，其目的是_________________________；
滤渣可循环使用，滤渣的主要成分是________(填化学式)。
(3)该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1。
若n(NO)∶n(NO2)>1∶1，则会导致________________________；
若n(NO)∶n(NO2)<1∶1，则会导致_________________________。
(4)生产中溶液需保持弱碱性，在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解，产物之一是NO，其反应的离子方程式为__________________。
16．某活动小组利用如图装置验证NO的还原性及探究工业生产硝酸的原理(装置气密性已检查完毕)。
Ⅰ.向广口瓶中通入NO并测定NO的体积。
(1)通入NO前，从滴定管向广口瓶中加入水；
(2)从导管a通入一定量的NO，并记录滴定管液面变化的示数为V L(V<0.05，气体体积已换算为标准状况)。
Ⅱ.验证NO的还原性、探究工业生产硝酸的原理。
(1)停止通入NO后关闭K1、K3，打开K2，从导管b缓缓通入O2，可观察到的现象是____________________________，
写出对应现象的化学方程式：_______________________；
(2)继续通入O2，打开K3并及时调整滴定管；
(3)液面与广口瓶中液面相平，直至广口瓶中刚好充满液体。
①当通入氧气的体积为V L时，广口瓶中剩余的气体体积为________；
②当广口瓶中刚好充满液体时，所得溶液的物质的量浓度为________ mol·L－1。
