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专题7 氮与社会可持续发展
第一单元 氮的固定
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
课标定位
素养阐释
1.通过分析氮的原子结构和N2的分子结构,能够推断氮气可能的化学性质,理解结构与性质的关系。
2.能够说出氮的固定的含义,能从科学的视角认识氮的固定对生活的意义。
3.能够从宏观与微观相结合的角度说出NO、NO2的主要性质和用途,感受化学变化的奇妙。
自主预习·新知导学
一、氮气
1.分子的结构。
2.存在。
在自然界中,绝大多数氮元素以游离态的氮气存在于空气中。
3.物理性质。
氮气是一种无色、无味的气体,约占空气总体积的78%。
4.化学性质。
一般认为,氮气分子是由两个氮原子通过共用三对电子结合而成的,氮气分子中存在氮氮三键,断开该化学键需要较多的能量,所以氮气分子很稳定。但在高温或放电等特殊条件下,也能与一些金属或非金属单质反应,生成含氮化合物。
【自主思考1】 金属镁在空气(不考虑空气中的二氧化碳)中燃烧可生成哪些产物 写出有关反应的化学方程式。
二、氮的固定
1.定义:将空气中游离态的氮转化为含氮化合物叫作氮的固定,简称固氮。
2.分类:氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式。
3.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)将空气中的氮气通过生物化学过程转化为含氮化合物(氨或铵态氮肥)作为自身的养分,约占自然固氮的90%。
(2)高能固氮。
通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物,约占自然固氮的10%。
俗话说,“雷雨发庄稼”。其中的原理是:雷电发生时,N2与O2化合生成NO(化学方程式为N2+O2 2NO ),NO迅速被氧化为NO2(化学方程式为2NO+O2══2NO2 ),NO2溶于水生成HNO3(化学方程式为3NO2+H2O══2HNO3+NO ),HNO3与土壤中的矿物质作用生成硝酸盐, 可被植物吸收。
4.人工固氮——合成氨。
(1)工业合成氨的意义。
哈伯和博施等化学家经过无数次的失败和不懈努力,最终实现了合成氨,化学方程式为N2+3H2 2NH3。合成氨工业的成功,为植物生长提供足够的氮肥,使人类免受饥荒之苦。
(2)工业合成氨的措施:
三、NO和NO2
【自主思考2】 汽车尾气中含有CO、NO等多种污染物,已成为城市空气的主要污染源。汽车尾气中的NO是如何产生的 写出有关反应的化学方程式。
提示:汽车尾气中的NO是由空气中的氮气与氧气在内燃机中高温条件下反应生成的,N2+O2 2NO。
【自主思考3】 实验室中一般用什么方法收集NO和NO2
提示:NO微溶于水,所以实验室中一般用排水法收集NO。因为常温常压下NO与空气中的氧气发生反应生成NO2,因此不能用排空气法收集。
NO2的密度比空气的密度大,实验室中一般用向上排空气法收集NO2。因为NO2与水发生反应:3NO2+H2O══2HNO3+NO,因此不能用排水法收集。
【效果自测】
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)实验室能用排空气法收集N2、NO和NO2。( )
(2)向一定容积的容器中充入1 mol N2和3 mol H2,充分反应能得到2 mol NH3。( )
(3)氮气可在氧气中燃烧生成NO。( )
(4)电闪雷鸣的雨天,雨水中含有一定量的硝酸,此时空气中可能发生的反应有N2+2O2 2NO2。( )
×
×
×
×
(5)除去NO中的NO2气体可以使混合气体通过蒸馏水。( )
(6)NO、NO2、N2O3、N2O5都属于酸性氧化物。( )
√
×
2.下列叙述与氮的固定无关的是( )。
A.工业上氮气与氢气化合生成氨气
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。
3.下列关于NO和NO2的说法中正确的是( )。
A.NO2是红棕色气体,易溶于水,属于酸性氧化物
B.NO2可由N2与O2直接化合得到
C.NO和NO2均既可以用排空气法收集又可以用排水法收集
D.NO和NO2在一定条件下可以相互转化
答案:D
解析:A项,NO2不是酸性氧化物;B项,在高温或放电条件下, N2与O2直接化合生成NO;C项,NO易与空气中的氧气反应生成NO2,应该用排水法收集,NO2能与水反应,应该用排空气法收集;D项,NO与氧气反应生成NO2,NO2与水反应生成HNO3和NO。
合作探究·释疑解惑
探究任务1
探究任务2
探究任务1 氮的固定及氮气的性质
问题引领
氮循环是自然界中一种重要的循环,对生态环境的调节起着重要的作用。氮在自然界中的循环如图所示。
1.氮在自然界中主要存在形式有哪些
提示:大部分以氮气的形式存在,少部分以化合物的形式(如硝酸盐或铵盐、蛋白质等)存在。
2.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。
提示:对人类有益的有: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。对人类有害的有:工业废气、汽车尾气中的氮氧化物会造成大气污染;工厂废液、生活废水中的氮元素对水体造成污染等。
3.为了促进氮的良性循环,我们应该怎么做
提示:我们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等。
归纳提升
1.氮的固定。
2.氮气的化学性质及应用。
(1)通常情况下氮气的化学性质很不活泼,很难与其他物质发生化学反应。
(2)氮元素有多种变价,N2中氮元素为0价,处于中间价态,故N2既有氧化性,又有还原性。
①与金属镁反应生成Mg3N2:N2+3Mg Mg3N2,氮气表现氧化性。
②与氢气化合生成NH3:N2+3H2 2NH3,氮气表现氧化性。
③与氧气反应生成NO:N2+O2 2NO,氮气表现还原性。
3.氮气的应用。
(1)氮气是制硝酸、合成氨的原料;
(2)氮气可以用作保护气;
(3)液氮可以用作冷冻麻醉剂。
典型例题
【例题1】 下列关于N2性质的叙述中错误的是( )。
A.任何物质在氮气中都不能燃烧
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:Mg可以在N2中燃烧生成Mg3N2。
(1)化合态的氮转化为游离态氮或化合态氮均不是氮的固定,且不一定为氧化还原反应,氮的固定一定是氧化还原反应。
(2)N2与O2反应不能一步转化为NO2,其反应产物只能是NO,NO与O2进一步反应才产生NO2。
【变式训练1】 下列反应起到了固氮作用的是( )。
A.工业上N2与H2在一定条件下合成NH3
B.NO与O2反应生成NO2
C.NH3被O2氧化成NO和H2O
D.由NH3制备化肥NH4HCO3
答案:A
解析:由定义知,氮的固定是将空气中游离态的氮转化成含氮化合物。
探究任务2 氮的氧化物的性质及溶于水的计算
问题引领
将分别充满NO、NO2的两支试管倒置于两个水槽中,观察现象,稍后通过导管通入一定量的氧气。
1.图1试管中观察到的实验现象是什么 请写出发生反应的化学方程式。若有气体剩余,分析剩余气体是什么
提示:未通O2前,无明显现象,通入O2后,无色气体先变成红棕色,后逐渐变为无色,试管内液面上升,持续通入适量O2,试管内可充满水。2NO+O2══2NO2, 3NO2+H2O══2HNO3+NO,剩余气体可能是O2,也可能是NO。
2.图2试管中观察到的实验现象是什么 请写出发生反应的化学方程式。若有气体剩余,分析剩余气体是什么
提示:未通O2前,红棕色气体逐渐变为无色,试管内液面上升至试管容积的 处,剩余 的气体无色,通入O2后,剩余无色气体先变成红棕色,后逐渐变为无色,试管内液面继续上升,持续通入适量O2,试管内可充满水。3NO2+H2O══2HNO3+NO, 2NO+O2══2NO2,剩余气体可能是O2,也可能是NO。
归纳提升
1.氮的氧化物。
氮有多种价态的氧化物,氮元素从+1~+5价都有对应的氧化物,如N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5,其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。
2.氮的氧化物溶于水的相关反应原理。
3NO2+H2O══2HNO3+NO①
2NO+O2══2NO2②
由方程式①×2+②得:
4NO2+O2+2H2O══4HNO3③
由方程式①×2+②×3得:
4NO+3O2+2H2O══4HNO3④
3.氮的氧化物溶于水的三种类型。
(1)只有NO2气体时,NO2气体溶于水仅涉及反应①,此时剩余气体为NO。
(2)气体为NO2和O2的混合气体时,NO2和O2的混合气体溶于水涉及反应③。
(3)气体为NO和O2的混合气体时,NO、O2的混合气体溶于水涉及反应④。
4.NO2气体和溴蒸气的鉴别方法。
(1)通入水中形成黄色溶液的为Br2;
(2)通入AgNO3溶液中有浅黄色沉淀生成的为Br2;
(3)通入CCl4中,有机层变橙红色的为Br2。
典型例题
【例题2】 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.NO、NO2均为有毒气体
D.氮的氧化物在空气中均能稳定存在
答案:C
解析:氮的氧化物包括NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等,A项错误;NO为无色气体,B项错误;NO、NO2均为有毒气体,C项正确;NO在空气中易被O2氧化为NO2,D项错误。
【例题3】 将V mL NO和NO2的混合气通过水吸收后,得到a mL无色气体A,将此无色气体A与等体积O2混合,再通过水充分吸收后,收集到5 mL无色气体B。请回答下列问题。
(1)无色气体A是 ,无色气体B是 。
(2)无色气体A的体积是 。
答案:(1)NO O2 (2)20 mL
解析:(1)NO2溶于水生成NO,故A为NO,NO与O2通入水中发生反应4NO+3O2+2H2O══4HNO3,二者等体积时,O2过量,故B为O2。
(2)4NO + 3O2+2H2O══4HNO3
方法技巧 利用“守恒法”巧解氮氧化物溶于水的计算题。
(1)反应原理:
无论是单一气体(NO2),还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体,反应的实质都是3NO2+H2O══2HNO3+NO、2NO+O2══2NO2,若有气体剩余,则只能是NO或O2,不可能是NO2。
(2)氮原子守恒:反应后若无NO剩余,则有n(HNO3)=n(NO2)+n(NO)。
(3)得失电子守恒:4n(O2)=n(NO2)+3n(NO)。
【变式训练2】 将装有50 mL NO2、NO混合气体的量筒倒立于水槽中,反应后气体体积缩小为30 mL,则原混合气体中NO2和NO的体积比是( )。
A.5∶3
B.3∶5
C.3∶2
D.2∶3
答案:C
解析:运用差量法计算。
设混合气体中NO2的体积为x,
3NO2+H2O══2HNO3+NO ΔV
3 1 2
x 50 mL-30 mL
则原混合气体中NO为50 mL-30 mL=20 mL。
所以V(NO2)∶V(NO)=30 mL∶20 mL=3∶2。
课 堂 小 结专题7 氮与社会可持续发展
第一单元 氮的固定
基础巩固
1.下列各项属于自然固氮的是( )。
A.植物从土壤中吸收含氮肥料
B.合成氨制取氮肥
C.N2与O2在雷电作用下生成NO
D.化学模拟生物固氮
2.N2是空气的重要组成部分,有科学家依据蒸汽机的原理,设计制造出液氮蒸汽机,即利用液态氮的汽化来驱动机车,从而达到环境保护的目的,其原理主要依据是( )。
A.液氮的沸点为-195.8 ℃,远低于常温
B.N2在空气中燃烧放热
C.N2的化学性质很稳定
D.N2在空气中的体积分数约为78%
3.下列有关氮气用途的说法不正确的是( )。
A.作焊接金属的保护气
B.制硝酸和化肥的原料
C.食品袋中充氮气来防腐
D.与氧气反应制NO从而制硝酸
4.近年来,利用半导体光催化还原氮气制备氨气引起全世界极大关注。下图是在半导体光催化的作用下,N2被光催化材料捕获进而被还原实现“N2NH3”的转化示意图。下列说法正确的是( )。
A.此方法不属于人工固氮技术
B.由转化示意图可知,氮气化学性质很活泼
C.该反应过程中有共价键的断裂和形成
D.该反应的化学方程式是N2+3H22NH3
5.研究表明,一氧化氮在治疗心血管疾病中具有重要的作用。下列对一氧化氮的叙述错误的是( )。
A.NO是无色气体
B.NO是汽车尾气的有害成分之一
C.可以用向上排空气法收集NO
D.NO在一定条件下也可作氧化剂
6.在NO2被水吸收的反应中,发生还原反应的物质与发生氧化反应的物质的质量比为( )。
A.3∶1 B.1∶3
C.1∶2 D.2∶1
7.工业上常用原理:NOx+NH3N2+H2O,使NOx转化为无毒的N2,现有NO、NO2的混合气体3.0 L,可与3.5 L相同状况的NH3恰好完全反应,全部转化为N2,则在原混合气体中NO与NO2的物质的量之比是( )。
A.1∶1 B.2∶1
C.3∶1 D.1∶3
8.A、B、C三种气体,A为无色不溶于水的气体单质,在一定条件下,A与O2反应生成B,B无色且微溶于水,它也能与O2反应生成C,C易溶于水并与水反应生成B,反应后所得溶液呈酸性。
(1)三种气体的化学式为A ,B ,C 。
(2)除去A气体中的少量O2的方法是 。
(3)除去B中的少量C的方法是 。
9.以下是氮循环的一部分。
(1)通常状况下,NO2的颜色是 。
(2)反应①的化学方程式是 。
(3)NO2易溶于水,并与水发生化学反应。该反应中,氧化剂是 。
(4)化合物A的化学式是 。
(5)治理汽车尾气的一种方法是用催化剂使NO与CO发生反应:2NO+2CO2CO2+N2。当生成2 mol N2时,被还原的NO为 mol。
10.为了有效实现NO与NO2的相互转化,设计如下实验:按图组装好实验装置,并检验装置气密性,实验前用排水法收集半烧瓶NO气体。
(1)打开止水夹,推动针筒活塞,使O2进入烧瓶。关上止水夹,首先观察到烧瓶中的现象: ,产生此现象时发生反应的化学方程式为 。
(2)轻轻摇动烧瓶,观察到烧瓶中的现象。
① ;
② 。
产生此现象时发生反应的化学方程式为 。
能力提升
1.氮是动植物生长不可缺少的元素,含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如图所示的氮元素的循环过程,下列说法不正确的是( )。
A.过程①“雷电作用”中发生的反应是N2+O22NO
B.过程③“固氮作用”中,氮气被还原
C.⑤中涉及的反应可能有2N+O22N
D.⑥中涉及的反应可能有2N+12H+N2↑+6H2O
2.(双选)将10 mL充满NO2和O2混合气体的试管倒置在水槽中,反应停止后试管内剩余2 mL无色气体,则原混合气体中NO2和O2的体积分别是( )。
A.9.2 mL和0.8 mL
B.4.4 mL和5.6 mL
C.7.2 mL和2.8 mL
D.6.4 mL和3.6 mL
3.下列物质之间的转化不能通过一步反应实现的是( )。
A.N2NO B.N2NO2
C.NONO2 D.NO2NO
4.如图所示,试管中盛装的气体呈红棕色,当倒扣在盛有水的水槽中时,试管内水面上升,但不能充满试管,当向试管内鼓入氧气后,可以观察到试管中水面继续上升,经过多次重复后,试管被水充满,对原试管中盛装的气体的说法正确的是( )。
A.可能是N2与NO2的混合气体
B.一定是NO2与O2的混合气体
C.可能是NO与NO2的混合气体
D.不可能是NO2一种气体
5.如图所示,室温下向盛有3.0 mL NO的试管中缓缓通入1.5 mL O2(所有气体的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)上述过程中发生反应的化学方程式有 。
(3)最终试管中剩余的气体是 ,体积为 。
专题7 氮与社会可持续发展
第一单元 氮的固定
基础巩固
1.下列各项属于自然固氮的是( )。
A.植物从土壤中吸收含氮肥料
B.合成氨制取氮肥
C.N2与O2在雷电作用下生成NO
D.化学模拟生物固氮
答案:C
解析:A、B两项是化合态氮之间的转化,不属于氮的固定;D属于人工固氮;C属于自然固氮。
2.N2是空气的重要组成部分,有科学家依据蒸汽机的原理,设计制造出液氮蒸汽机,即利用液态氮的汽化来驱动机车,从而达到环境保护的目的,其原理主要依据是( )。
A.液氮的沸点为-195.8 ℃,远低于常温
B.N2在空气中燃烧放热
C.N2的化学性质很稳定
D.N2在空气中的体积分数约为78%
答案:A
解析:液氮的沸点很低,极易汽化,汽化时吸收热量,体积膨胀而驱动机车转动,此过程中不产生污染物,保护了环境,跟氮气的化学性质及在空气中的体积分数无关,A项符合题意。
3.下列有关氮气用途的说法不正确的是( )。
A.作焊接金属的保护气
B.制硝酸和化肥的原料
C.食品袋中充氮气来防腐
D.与氧气反应制NO从而制硝酸
答案:D
解析:氮气的化学性质不活泼,能防止金属在高温下被空气中的氧气氧化,A项正确;氮气可用于合成氨,氨可作制硝酸和化肥的原料,B项正确;食品袋中充氮气可减缓食品被氧化而变质的速率,C项正确;氮气与氧气的反应很难进行,不宜用氮气与氧气反应制NO从而制备硝酸,D项错误。
4.近年来,利用半导体光催化还原氮气制备氨气引起全世界极大关注。下图是在半导体光催化的作用下,N2被光催化材料捕获进而被还原实现“N2NH3”的转化示意图。下列说法正确的是( )。
A.此方法不属于人工固氮技术
B.由转化示意图可知,氮气化学性质很活泼
C.该反应过程中有共价键的断裂和形成
D.该反应的化学方程式是N2+3H22NH3
答案:C
解析:氮的固定是将单质N2转化为氮元素的化合物,该过程是将N2转化为化合物NH3,故此方法属于人工固氮技术,A项错误;根据图示可知,N2在半导体光催化材料的作用下且需光照条件才能实现“N2NH3”的转化,因此不能说明N2性质活泼,B项错误;在反应过程中,反应物H2O中H—O键断裂,N2中N≡N键断裂,生成物中有N—H键形成、OO键形成,故该反应过程中有共价键的断裂和形成,C项正确;由图可知,氮气与水反应生成氨气和氧气,则该反应的化学方程式是2N2+6H2O4NH3+3O2,D项错误。
5.研究表明,一氧化氮在治疗心血管疾病中具有重要的作用。下列对一氧化氮的叙述错误的是( )。
A.NO是无色气体
B.NO是汽车尾气的有害成分之一
C.可以用向上排空气法收集NO
D.NO在一定条件下也可作氧化剂
答案:C
解析:因NO可与空气中的O2反应生成NO2,故NO不能用排空气法收集,只能用排水法收集。
6.在NO2被水吸收的反应中,发生还原反应的物质与发生氧化反应的物质的质量比为( )。
A.3∶1 B.1∶3
C.1∶2 D.2∶1
答案:C
解析:,发生还原反应的NO2与发生氧化反应的NO2的质量比为1∶2。
7.工业上常用原理:NOx+NH3N2+H2O,使NOx转化为无毒的N2,现有NO、NO2的混合气体3.0 L,可与3.5 L相同状况的NH3恰好完全反应,全部转化为N2,则在原混合气体中NO与NO2的物质的量之比是( )。
A.1∶1 B.2∶1
C.3∶1 D.1∶3
答案:D
解析:相同状况下,气体的体积之比等于物质的量之比,则3.0molNO、NO2混合气体与3.5molNH3恰好反应生成N2,设NO的物质的量为x,则NO2的物质的量为(3mol-x),由得失电子守恒可知2x+4×(3mol-x)=3×3.5mol,x=0.75mol,故原混合气体中NO与NO2的物质的量之比为1∶3。
8.A、B、C三种气体,A为无色不溶于水的气体单质,在一定条件下,A与O2反应生成B,B无色且微溶于水,它也能与O2反应生成C,C易溶于水并与水反应生成B,反应后所得溶液呈酸性。
(1)三种气体的化学式为A ,B ,C 。
(2)除去A气体中的少量O2的方法是 。
(3)除去B中的少量C的方法是 。
答案:(1)N2 NO NO2
(2)通过灼热的铜丝网
(3)通过盛水的洗气瓶后干燥
解析:A为无色不溶于水的气体单质,A可能是H2、N2、O2等,A与O2反应生成B,B无色且微溶于水,则A为N2,B为NO,C为NO2。
9.以下是氮循环的一部分。
(1)通常状况下,NO2的颜色是 。
(2)反应①的化学方程式是 。
(3)NO2易溶于水,并与水发生化学反应。该反应中,氧化剂是 。
(4)化合物A的化学式是 。
(5)治理汽车尾气的一种方法是用催化剂使NO与CO发生反应:2NO+2CO2CO2+N2。当生成2 mol N2时,被还原的NO为 mol。
答案:(1)红棕色
(2)N2+O22NO
(3)NO2
(4)HNO3
(5)4
解析:(1)NO2的颜色是红棕色。(2)反应①是N2与O2在放电条件下的反应,化学方程式是N2+O22NO。(3)NO2易溶于水,发生的反应是3NO2+H2O2HNO3+NO。该反应中,NO2中的氮元素化合价既有降低又有升高,NO2既是氧化剂又是还原剂。(4)由3NO2+H2O2HNO3+NO知A的化学式是HNO3。(5)从2NO+2CO2CO2+N2看出NO与N2的物质的量之比为2∶1,则生成2molN2时反应的NO为4mol。
10.为了有效实现NO与NO2的相互转化,设计如下实验:按图组装好实验装置,并检验装置气密性,实验前用排水法收集半烧瓶NO气体。
(1)打开止水夹,推动针筒活塞,使O2进入烧瓶。关上止水夹,首先观察到烧瓶中的现象: ,产生此现象时发生反应的化学方程式为 。
(2)轻轻摇动烧瓶,观察到烧瓶中的现象。
① ;
② 。
产生此现象时发生反应的化学方程式为 。
答案:(1)烧瓶中气体由无色变为红棕色 2NO+O22NO2
(2)①烧瓶中红棕色气体又变为无色
②烧杯中水倒吸到烧瓶中(或烧瓶中液面上升) 3NO2+H2O2HNO3+NO
解析:(1)无色的NO能与O2反应产生红棕色的NO2,化学方程式为2NO+O22NO2。
(2)轻轻摇动烧瓶,使得NO2与水发生反应3NO2+H2O2HNO3+NO,所以烧瓶中红棕色气体又变为无色,烧瓶中液面上升;产生此现象时发生反应的化学方程式为3NO2+H2O2HNO3+NO。
能力提升
1.氮是动植物生长不可缺少的元素,含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如图所示的氮元素的循环过程,下列说法不正确的是( )。
A.过程①“雷电作用”中发生的反应是N2+O22NO
B.过程③“固氮作用”中,氮气被还原
C.⑤中涉及的反应可能有2N+O22N
D.⑥中涉及的反应可能有2N+12H+N2↑+6H2O
答案:D
解析:过程①“雷电作用”中氮气与氧气化合生成NO,即发生的反应是N2+O22NO,A项正确;过程③“固氮作用”中氮元素化合价降低,氮气被还原,B项正确;⑤中N被氧化为N,涉及的反应可能有2N+O22N,C项正确;⑥中氮元素化合价降低,N被还原,涉及的反应不可能为2N+12H+N2↑+6H2O,因为此反应中只有元素化合价降低,没有元素化合价升高,且电荷不守恒,D项错误。
2.(双选)将10 mL充满NO2和O2混合气体的试管倒置在水槽中,反应停止后试管内剩余2 mL无色气体,则原混合气体中NO2和O2的体积分别是( )。
A.9.2 mL和0.8 mL
B.4.4 mL和5.6 mL
C.7.2 mL和2.8 mL
D.6.4 mL和3.6 mL
答案:AD
解析:剩余2mL气体可能是NO或O2,分两种情况讨论:
(1)若剩余的是NO,可以看成先发生了反应:4NO2+O2+2H2O4HNO3。剩余的NO2又与水作用,最终有2mLNO产生。由反应3NO2+H2O2HNO3+NO可知剩余的NO2体积为2mL×3=6mL。则原有O2体积为(10mL-6mL)×=0.8mL,NO2体积为10mL-0.8mL=9.2mL。
(2)若剩余的是O2,则有10mL-2mL=8mL是NO2与O2的混合气体按反应:4NO2+O2+2H2O4HNO3进行。所以NO2的体积为8mL×=6.4mL,O2体积为10mL-6.4mL=3.6mL。
3.下列物质之间的转化不能通过一步反应实现的是( )。
A.N2NO B.N2NO2
C.NONO2 D.NO2NO
答案:B
解析:A项,N2+O22NO;C项,2NO+O22NO2;D项,3NO2+H2O2HNO3+NO。
4.如图所示,试管中盛装的气体呈红棕色,当倒扣在盛有水的水槽中时,试管内水面上升,但不能充满试管,当向试管内鼓入氧气后,可以观察到试管中水面继续上升,经过多次重复后,试管被水充满,对原试管中盛装的气体的说法正确的是( )。
A.可能是N2与NO2的混合气体
B.一定是NO2与O2的混合气体
C.可能是NO与NO2的混合气体
D.不可能是NO2一种气体
答案:C
解析:试管中盛装的气体呈红棕色,那么一定有二氧化氮存在。根据题述现象可知,原试管中盛装的气体的成分情况可能为①NO2、②NO2和O2(少量)、③NO2和NO等,本题选C。
5.如图所示,室温下向盛有3.0 mL NO的试管中缓缓通入1.5 mL O2(所有气体的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)上述过程中发生反应的化学方程式有 。
(3)最终试管中剩余的气体是 ,体积为 。
答案:(1)①通入O2,试管内气体由无色变为红棕色
②试管内液面上升 ③试管内剩余无色气体
(2)2NO+O22NO2,3NO2+H2O2HNO3+NO
(3)NO 1.0 mL
解析:通入的O2与NO发生反应生成NO2:2NO+O22NO2,所以看到有红棕色气体生成;生成的NO2溶于水:3NO2+H2O2HNO3+NO,气体被消耗,所以会看到试管内液面上升;总反应的化学方程式为4NO+3O2+2H2O4HNO3,NO过量,故最后有无色气体剩余。
因为1.5mLO2全部参加反应,由总反应4NO+3O2+2H2O4HNO3知,V反应(NO)=V(O2)×=1.5mL×=2.0mL,而NO的总体积是3.0mL,故剩余NO气体的体积是1.0mL。
