基础小练15　常见氮肥及其使用氮氧化物的无害化处理 (含答案）2024-2025学年高一化学必修2（苏教版2019）

基础小练15　常见氮肥及其使用　氮氧化物的无害化处理
【夯实基础】
1. 氮是生命的基础，它与生命活动、人类文明的发展息息相关。下列说法正确的是(　　)
A. 氮氧化物直接排放到空气中会引起温室效应
B. 德国化学家哈伯首先合成了氨，为人类解决粮食危机奠定了基础
C. 草木灰中含钾元素，与铵态氮肥一起施用，可增加肥效
D. 大多数植物能吸收游离态氮，将其转化为化合态氮
2. 为检验一种氮肥的成分，某学习小组的同学进行了下列实验：①加热氮肥样品生成两种气体，其中一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，另一种气体能使澄清石灰水变浑浊；②取少量该氮肥样品溶于水，并加入少量BaCl2溶液，没有明显变化。由此可知，该氮肥的主要成分是(　　)
A. NH4HCO3　　　　 B. NH4Cl　　
C. (NH4)2CO3　　　　　 D. NH4NO3
3. （2022徐州睢宁期中）下列关于铵盐和氨肥的说法正确的是(　　)
①农业生产中常使用的氮肥都是易溶于水的　②生产中使用的尿素[CO(NH2)2]不属于有机物　③铵态氮肥可以与草木灰混合施用　④铵态氮肥在使用时宜深施盖土，避免受热
A. ①③ B. ①④ C. ②③ D. ②④
4. （2024苏州西交大附中月考）低温等离子体(NTP)技术可有效脱除烟气中的NO，其原理是在高压放电条件下，O2产生自由基(O·)，自由基将NO氧化为NO2，再用Na2CO3溶液吸收，实验装置如图所示：
下列说法错误的是(　　)
A. 气液逆流可提高NO脱除率
B. 氮元素既有被氧化的过程又有被还原的过程
C. 高压电源的功率越大，烟气中NO的脱除效果一定越好
D. 单位时间内生成的自由基(O·)越多，越有利于NO的转化
【提升素养】
5. （2022宿迁期末）生产硝酸的尾气中主要含有NO、NO2等大气污染物，可用石灰乳等碱性溶液吸收处理，并得到Ca(NO3)2、Ca(NO2)2等化工产品。用石灰乳吸收硝酸工业的尾气（含NO、NO2）可获得Ca(NO2)2，其部分工艺流程如下：
下列说法不正确的是(　　)
A. 将石灰乳改为澄清石灰水吸收效率将会增大
B. 吸收时主要反应的化学方程式为NO＋NO2＋Ca(OH)2===Ca(NO2)2＋H2O
C. 该工艺流程中生产出的Ca(NO2)2常会混有Ca(NO3)2杂质
D. 若尾气中n(NO2)∶n(NO)<1∶1，吸收后排放的气体中NO含量升高
6. （2024南通海安实验中学学情检测）Cu基催化剂是NH3-SCR技术脱除NO中性能较为优异的新型催化剂，但烟气中的SO2会造成Cu基催化剂的催化性能下降。加入CeO2可抑制SO2对Cu基催化剂的影响，其作用机理如下图所示，下列说法错误的是(　　)
A. CemOn的化学式为Ce2O3
B. 总反应中的还原剂是NH3
C. ①②③均涉及氧化还原反应
D. 从整个反应机理来看，CeO2作为催化剂，在反应过程中有参与反应
7. （2023常州北郊高级中学调研）废水中的氨氮（NH3、NH）采用微生物脱氮法、化学沉淀法均可除去，具体原理如下：
①微生物脱氮法：NHNON2；
②化学沉淀法：向废水中加入含MgCl2、Na3PO4的溶液，生成MgNH4PO4·6H2O沉淀从而去除氨氮。
下列有关说法正确的是(　　)
A. 步骤a发生反应：NH＋O2===NO＋H2O＋H＋
B. 含氨氮的废水直接大量排放，对水体的影响不大
C. 化学沉淀法脱氮时，溶液的碱性过强，氨氮的去除率将下降
D. 微生物脱氮可在高温条件下进行，以加快脱氮的速率
8. （2024扬州邗江中学检测）硝酸生产的尾气中NO和NO2等氮氧化物以及酸性废水中NO均须处理达标后再排放。
Ⅰ. 硝酸生产的尾气中NO和NO2的处理
(1) 硝酸尾气可用NaOH溶液吸收，主要反应为NO＋NO2＋2OH－===2NO＋H2O；2NO2＋2OH－===NO＋NO＋H2O。
①吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到NaNO2晶体，该晶体中的主要杂质是　　　　（填化学式，下同）。
②吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是　　　　。
(2) 用NaClO溶液也能除去尾气中NO。其他条件相同，NO去除为NO的转化率随NaClO溶液初始pH（用稀盐酸调节）的变化如图所示：
在酸性溶液中，HClO氧化NO生成Cl－和NO的离子方程式为____________
　　　　　　　；NaClO溶液的初始pH越大，NO转化率越低，其原因是___________________________________________________________________________。
(3) 利用H2也能够还原氮氧化物(NOx)实现氮污染的治理。将硝酸尾气与H2的混合气体通入Ce(SO4)2与Ce2(SO4)3的混合溶液中实现无害化处理，其转化过程如图所示：
①x＝1时，Ce3+参与反应的离子方程式为　　__________________________。
②若该过程中，每转移3.6 mol电子消耗 1 mol 氮氧化物(NOx)，则x为　　　　。
Ⅱ. 酸性废水中NO的处理
(4) 在45 ℃、惰性气体氛围中金属或合金可以将溶液废水中的NO还原为N2，从而实现脱氨。量取三份50 mL含NO的废水，分别用金属铝、金属铁和铝铁合金进行处理，溶液中NO的残留率（残留率＝×100%）与反应时间的关系如图所示。0～2 h内，铝铁合金的脱氮效率比金属铝、金属铁要高得多，其可能原因是_______________________________________________________
___________________________________________________________。
(5) 还可以利用原电池原理处理酸性废水中NO，废水中的NO在水处理剂表面的变化如图所示，该电池正极上的电极反应式为____________________________________________________
_______________________________________________________。
基础小练15　常见氮肥及其使用氮氧化物的无害化处理
1. B　氮氧化物有毒，会污染环境，能引起光化学烟雾，CO2、CH4等温室气体会引起温室效应，A错误；草木灰中含有K2CO3，显碱性，与铵态氮肥一起施用，会释放NH3，降低肥效，C错误；大多数植物不能直接吸收游离态的氮，D错误。
2. A　一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，该气体是氨气，即该氮肥中含有NH，另一种气体能使澄清石灰水变浑浊，该气体可能是CO2；取少量该氮肥样品溶于水，并加入少量氯化钡溶液，没有明显变化，这说明该氮肥中没有SO、SO和CO，因此该氮肥应是NH4HCO3，故选A。
3. B　农业生产中常使用的氮肥都是易溶于水的，①正确；尿素是人类历史上第一种人工合成的有机物，②错误；铵态氮肥不可以与草木灰混合施用，是因为二者混合施用后，会产生氨气，氨气易挥发，造成氮元素的损失，③错误；铵态氮肥受热易分解，在使用时宜深施盖土，避免受热，④正确，故选B。
4. C　气液逆流会增大接触面积，能提高NO脱除率，A正确；NO→NO2时氮元素化合价升高，被氧化，用Na2CO3溶液吸收NO2生成硝酸钠和亚硝酸钠，氮元素既被氧化又被还原，B正确；高压电源的功率越大，氮和氧可能会生成NO，烟气中NO的脱除效果将减弱，C错误；自由基(O·)将NO氧化为NO2，单位时间内生成的自由基(O·)越多，越有利于NO的转化，D正确。
5. A　澄清石灰水中，由于Ca(OH)2的溶解度很小，c(OH－)小，不利于吸收NO和NO2，A错误；NO和NO2可以与碱性溶液按照1∶1比例发生归中反应生成亚硝酸盐，即NO＋NO2＋Ca(OH)2===Ca(NO2)2＋H2O，B正确；若尾气中NO2含量较大，多余的NO2会和 Ca(OH)2发生歧化反应，生成Ca(NO2)2和 Ca(NO3)2，Ca(NO2)2也容易被氧气氧化为 Ca(NO3)2，则生产出的Ca(NO2)2中常会混有Ca(NO3)2杂质，C正确；若尾气中n(NO2)∶n(NO)<1∶1，即按照1∶1比例反应后NO过量，NO不溶于水，也不与碱反应，吸收后排放的气体中NO含量升高，D正确。
6. C　由反应①可得化学方程式为xCeO2＋3SO2＋O2===Cex(SO4)y，由硫原子个数守恒可得：y＝3，由氧原子个数守恒可得：2x＋6＋2＝4y，代入可得x＝2，则硫酸盐中Ce元素的化合价为＋3，由反应②可得化学方程式为 Ce2(SO4)3＋4NH3＋3H2O===CemOn＋(NH4)2SO4＋2NH4HSO4，该反应各元素化合价没有变化，是非氧化还原反应，所以CemOn中Ce的化合价也为＋3，故CemOn的化学式为Ce2O3，A正确；由反应③可得化学方程式为Ce2O3＋(NH4)2SO4＋2NH4HSO4＋2NO＋O2===2CeO2＋3SO2＋3N2＋9H2O，联立①②③得总反应为4NH3＋2NO＋2O2===3N2＋6H2O，NH3中N元素化合价升高，作还原剂，B正确；根据分析，反应②不是氧化还原反应，C错误；从整个反应机理来看，CeO2先参与反应，后又生成，是反应的催化剂，D正确。
7. C　该反应的反应前后电荷不守恒，正确的离子方程式为NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋，A错误；含氨氮的废水直接大量排放会造成水体“富营养”化，可使水中藻类植物大量繁殖，造成水体污染，B错误；化学沉淀法脱氮时，溶液的碱性过强，Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀，则氨氮的去除率将下降，C正确；高温条件会杀死微生物，从而使微生物失去生理活性，不利于脱氮，D错误。
8. (1) ①NaNO3　②NO　(2) 3HClO＋2NO＋H2O===3Cl－＋2NO＋5H＋　溶液pH越大，溶液中HClO的浓度越小，氧化NO的能力越弱　(3) ①4Ce3+＋2NO＋4H＋===4Ce4+＋N2＋2H2O　②1.8　(4) 铝铁合金在溶液中形成原电池，加快反应速率　(5) NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O
解析：(1) ①根据硝酸尾气与NaOH溶液反应的化学方程式，可知吸收后的溶液所含溶质主要为NaNO2和NaNO3，因此吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到NaNO2晶体中含有主要杂质为NaNO3。②NO不与NaOH溶液反应，若NO物质的量比NO2多时，吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物为NO。(2) 在酸性NaClO溶液中，HClO氧化NO生成Cl－和NO，反应后溶液呈酸性，反应的离子方程式见答案。因为HClO具有强氧化性，因此NaClO氧化NO的实质是HClO与NO发生氧化还原反应，pH越大，c(H＋)减小，c(HClO)减小，氧化NO能力减弱，NO转化率降低。(3) ①x＝1时，氮的氧化物为NO，根据转化过程，Ce3+、NO在酸性条件下发生氧化还原反应，得到Ce4+、N2、H2O，根据得失电子数目守恒，以及原子守恒，反应离子方程式见答案。②令NOx转化成N2时，N的化合价变化y价，1 mol NOx能转化成0.5 mol N2，根据得失电子数目守恒有0.5 mol×2×y＝3.6 mol，即y＝3.6，NOx中O显－2价，N的化合价为＋3.6，化合价代数和为0，则x＝1.8。(4) 铝铁合金的脱氮效率比金属铝、铁要高，是因为铝铁合金构成原电池，原电池加快反应速率。(5) 根据原电池工作原理，正极上得到电子，化合价降低，根据变化图示，NO在正极上得电子转化成NH。