第3章 物质的性质与转化 分层作业19 自然界中的氮循环、氮的氧化物--2025鲁科版化学必修第一册同步练习题（含答案）
文档属性
| 名称 | 第3章 物质的性质与转化 分层作业19 自然界中的氮循环、氮的氧化物--2025鲁科版化学必修第一册同步练习题（含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 532.1KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-04-27 18:46:55 | ||
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2025鲁科版化学必修第一册
分层作业19 自然界中的氮循环、氮的氧化物
A级 必备知识基础练
题组1.自然界中的氮循环与氮的固定
1.(2024黑龙江双鸭山第一中学月考)农业上有一句俗语“雷雨发庄稼”,该过程中不会涉及的化学反应是( )
A.N2+O22NO
B.2NO+O22NO2
C.4NH3+5O24NO+6H2O
D.3NO2+H2O2HNO3+NO
2.(2024安徽合肥高一期中)植物对氮元素的吸收过程如下,下列说法正确的是( )
N2NH3/NNN植物吸收
A.高温有利于加快过程①
B.浇水和松土有利于过程②
C.过程③中N被还原
D.过程④叫做氮的固定
3.氮元素在地球上含量丰富,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。下列叙述与氮的循环无关的是( )
A.豆科植物根部的根瘤菌能把空气中的氮气转变为硝酸盐
B.自然界中,氨是动植物遗体中的蛋白质腐败后的产物
C.为防止粮食、罐头、水果等食品腐烂,常用氮气作为保护气
D.在电闪雷鸣的雨天,N2与O2发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收
题组2.氮气、氮氧化物的性质
4.(2023石嘴山高一期末)下列说法正确的是( )
A.实验室能用排空气法收集N2、NO和NO2
B.工业上可以用N2冷却镁蒸气
C.除去NO中的NO2气体可以使混合气体通过蒸馏水
D.NO、NO2、N2O3、N2O5都属于酸性氧化物
5.(2023辽宁丹东高一月考)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
6.下列对NO、NO2的描述正确的是( )
A.NO是红棕色气体,易溶于水,是酸性氧化物
B.NO在人体内作为“信使分子”能扩张血管,提高免疫力等,因此大气中的NO对人体无害
C.NO、NO2在一定条件下可相互转化
D.NO、NO2互为同素异形体,且NO2能与水反应,不能用排水法收集
题组3.氮氧化物与水反应的有关计算
7.(2024山东济宁高一月考)NO、NO2、O2按照一定比例通入水中,能被完全吸收,无剩余气体,若NO、NO2、O2的气体体积分别为a、b、c,则a∶b∶c可能为( )
A.1∶5∶1 B.2∶6∶3
C.5∶1∶2 D.5∶2∶1
8.把3体积的NO2气体,依次通过下列3个分别装有足量①NaHCO3饱和溶液、②浓硫酸、③Na2O2的装置后,用排水法把残留气体收集到集气瓶中,集气瓶内气体应是(同温同压下测定)( )
A.1体积NO
B.2体积NO2和0.5体积O2
C.2体积O2
D.0.25体积O2
B级 关键能力提升练
以下选择题有1~2个选项符合题意。
9.(2023江苏常州高一调研)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( )
甲 乙 丙
丁 戊 己
已知:①浓硝酸可氧化NO。②NaOH溶液能吸收NO2,不吸收NO。③稀硝酸与Cu反应生成NO。
A.装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d
B.装置戊中发生反应的化学方程式:2NO+2Fe2FeO+N2
C.装置丁的作用是除去挥发出来的硝酸和产生的NO
D.装置乙的作用是干燥,防止水蒸气进入戊中干扰反应
10.(2024山东新泰一中高一月考)某无色混合气体,依次通过浓硫酸和过氧化钠,气体体积不断减少,颜色变深,已知NH3能与酸反应生成铵盐。则混合气体的组成是( )
A.H2O(g)、NO和N2
B.NH3、NO和CO2
C.O2、HCl和CO
D.NO2、CO2和H2O(g)
11.在汽车尾气净化装置里,气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。下列说法不正确的是( )
A.该转化过程中只有2种元素的化合价发生变化
B.NO和O2必须在催化剂表面才能反应
C.该装置将有毒的NO和CO转化为无毒的CO2和N2
D.该催化转化的总反应方程式为2NO+O2+4CO4CO2+N2
12.(2024湖北武汉期中调研)我国学者利用图甲所示工艺在常温常压下固氮制氨。在等离子体作用下,空气中的N2和O2反应生成N(x=2或3),其中N与N的物质的量之比为1∶4。随后在通电条件下,N全部转化成NH3,转化关系如图乙所示。
下列说法错误的是( )
A.Ⅰ中N2被氧化
B.Ⅱ中H2O做还原剂
C.Ⅱ中生成NH3与O2的物质的量之比为2∶1
D.若生成0.2 mol NH3,则空气中N2减少的分子数目为0.1NA
13.(1)某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应,进行如下实验(如图所示)。
①图甲两集气瓶中 (填“上”或“下”)瓶颜色深。
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 ,说明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: 。
(2)某课外活动小组探究镁与NO2的反应。已知镁与CO2反应如下:2Mg+CO22MgO+C。
①该小组采用类比Mg与CO2反应的思路对Mg与NO2的反应进行预测,写出Mg与NO2反应的化学方程式: 。
②设计实验验证猜测(用于连接玻璃管的乳胶管均内衬锡纸)。
资料信息:2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O。
Ⅰ.装置A中的试剂是 。
Ⅱ.干燥管和装置B的作用分别是 、 。
Ⅲ.实验开始时正确的操作步骤顺序是 (填字母)。
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
14.(2024山东莱州一中高一月考)如图是无机物A~F在一定条件下的转化关系(部分产物及反应条件未标出)。
已知:A为气体,A~F都含有相同的元素。
试回答下列问题。
(1)写出下列物质的化学式:C 、F 。
(2)在①②③④中属于氮的固定的是 (填序号)。
(3)D易溶于水。常温常压下(Vm=28 L·mol-1),将体积为V mL的试管充满D后倒扣在水中。
①最终试管中所得E的物质的量浓度为(不考虑E的扩散) mol·L-1。
②为了消除D的污染,可将它与B在催化剂作用下反应,生成水和一种无污染物质,该反应的化学方程式是 。
③若C、D按物质的量之比1∶1被Na2CO3溶液吸收,只生成一种盐,则该反应的离子方程式是 。为提高吸收速率与效率,最好选用 装置(填字母)。
(4)工业上可用①②③由B制取E,为了提高原料的利用率并尽量减轻对环境的污染,C必须循环使用。若消耗1 mol的B制取E,在该过程中至少消耗的O2的物质的量为 mol。
C级 学科素养拔高练
15.(2024山东莱州一中高一月考)亚硝酸钠是一种工业盐,在生产、生活中应用广泛。现用下图所示装置(夹持装置已省略)及药品,探究亚硝酸钠与硫酸反应及气体产物成分。
已知:①NO+NO2+2OH-2N+H2O;
②气体液化的温度:NO2为21 ℃,NO为-152 ℃。
(1)反应前应打开弹簧夹,先通入一段时间氮气,排除装置中的空气,目的是
。
(2)该实验装置的明显缺陷是 。
(3)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确认A中产生的气体含有NO,依据的现象是 ;
②装置B的作用是 。
(4)通过上述实验探究过程,可得出装置A中反应的化学方程式:
。
(5)①水合肼(N2H4·H2O)是一种重要的化工原料,在医药、农业及燃料上都有着广泛的应用。目前,我国生产水合肼均采用尿素法,即利用NaClO溶液、NaOH溶液与尿素[CO(NH2)2](尿素中的C为+4,N为-3)反应制得粗肼(N2H4),则NaClO与尿素的物质的量之比为 。
②火箭发射时可用肼(N2H4)为燃料,二氧化氮做氧化剂,生成无毒害的物质,写出反应的化学方程式: 。
答案：
1.C 解析 “雷雨发庄稼”是指在雷雨天,空气中游离态的氮即氮气经过一系列反应转化为可被植物吸收的化合态的氮,从而帮助农作物生长。具体过程是,空气中的氮气和氧气在雷电的作用下,发生化合反应生成NO;随后NO被空气中的氧气氧化转化为NO2;NO2和雨水发生反应生成硝酸;这样的雨水落到地面再转化为硝酸盐,从而获得易于被植物吸收利用的化合态的氮,帮助植物生长发育;在整个转化过程中几乎不涉及氨的催化氧化,C项不符合。
2.B 解析 过程①有根瘤菌参与催化,不能高温下进行,A错误;过程②是NH3/N和O2反应生成N,浇水和松土有利于过程②的反应,B正确;过程③中N转化为N,N的化合价由+3价升高到+5价,N做还原剂被氧化,C错误;氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程,过程④是氮的化合物中氮的转变,D错误。
3.C 解析 在自然界中,大豆、蚕豆等豆科植物根部的根瘤菌能把空气中的氮气转变为硝酸盐等含氮化合物,符合氮的循环,故A不选;自然界中,蛋白质腐败后生成氨,符合氮的循环,故B不选;用氮气作为保护气,是氮气的用途,而不是氮的循环过程,所以不符合氮的循环,故C选;在电闪雷鸣的雨天,N2与O2会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收,符合氮的循环,故D不选。
4.C 解析 N2的相对分子质量和空气接近,不能用排空气法收集,NO能和氧气反应,不能用排空气法收集,故A错误;Mg性质活泼,能在N2中燃烧,故B错误;NO2能和水反应生成NO和HNO3,故C正确;酸性氧化物能和碱反应生成盐和水,所以NO、NO2不属于酸性氧化物,故D错误。
5.C 解析 Mg可在N2中燃烧,故C错误。
6.C 解析 NO是无色、难溶于水的气体,不与碱反应,不是酸性氧化物,故A错误;NO有毒,为大气污染物,对人体有害,故B错误;NO和O2发生反应:2NO+O22NO2,NO2与H2O反应生成NO,故C正确;NO与NO2都不是单质,不互为同素异形体,故D错误。
7.B 解析 NO、NO2、O2按照一定比例通入水中,最后全部生成HNO3。在反应中,N元素由+2、+4价升高到+5价,O2中的O元素由0价降低到-2价,利用电子守恒3n(NO)+n(NO2)=4n(O2),即3a+b=4c,可验证备选项,以确定正确选项。1∶5∶1,不符合3a+b=4c,A不正确;2∶6∶3,符合3a+b=4c,B正确;5∶1∶2,不符合3a+b=4c,C不正确;5∶2∶1,不符合3a+b=4c,D不正确。
8.D 解析 本题涉及的化学过程如下:
NO2
第①步生成2体积CO2、1体积NO;第②步得到干燥的2体积CO2、1体积NO;第③步得到1体积NO2、0.5体积O2;第④步通入水中发生反应:4NO2+O2+2H2O4HNO3,故O2过量,最终剩余0.25体积O2。
9.CD 解析 本实验验证NO与铁粉反应生成N2和FeO,甲装置是制备NO气体,NO能与装置空气中氧气反应生成NO2,制备NO的气体中混有水蒸气、硝酸蒸气和NO2,水蒸气能与铁反应,干扰实验,需要除去,让NO2与水反应生成硝酸和NO,得到纯净NO,与铁反应,NO有毒,需要尾气处理,根据信息,先通过浓硝酸,最后通过NaOH溶液。根据上述分析,连接顺序是a→f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d,故A正确;NO与铁粉反应生成氮气和FeO,其反应方程式为2NO+2Fe2FeO+N2,故B正确;根据上述分析,装置丁的作用是除去挥发出来的硝酸和产生的NO2,故C错误;浓硝酸不具有吸水性,不做干燥剂,根据信息可知,浓硝酸的作用是将NO氧化成NO2,便于NaOH溶液吸收,防止污染环境,故D错误。
10.B 解析 某无色混合气体,依次通过浓硫酸和过氧化钠时,气体体积不断减少,最后气体颜色加深,颜色加深说明生成了红棕色气体NO2;由于原混合气体为无色,所以原混合气体中一定含有NO;通过浓硫酸时气体体积减少,说明混合气体中存在与浓硫酸反应的气体;经过浓硫酸后气体被干燥,能够与过氧化钠放出氧气的气体只能为二氧化碳,所以混合气体中一定含有CO2。H2O(g)、NO和N2通过浓硫酸后水分被吸收,再通过过氧化钠时气体颜色不会加深,故A错误;NH3、NO和CO2,通过浓硫酸后氨气被吸收,气体体积减小,通过过氧化钠时二氧化碳与过氧化钠反应生成氧气,氧气与NO反应生成红棕色的二氧化氮,气体颜色加深,满足题中要求,故B正确;O2、HCl和CO,通过浓硫酸和过氧化钠后,气体的颜色不会加深,故C错误;NO2、CO2和H2O(g),二氧化氮为红棕色气体,不满足无色气体条件,故D错误。
11.AB 解析 由题图可知发生的反应为2NO+O2+4CO4CO2+N2,该转化过程中有N、O、C三种元素的化合价发生变化,A错误,D正确;NO不稳定,与氧气反应生成NO2,该反应不需要催化剂,B错误;由方程式可知该装置将有毒的NO和CO转化为无毒的CO2和N2,C正确。
12.C 解析 过程Ⅰ中,N2由0价升高到+3价(N)、+5价(N),N2失电子,被氧化,A正确;Ⅱ中,N中N的化合价为+5价降到-3价(NH3),O化合价由-2价升高到0价,N+H2O+H+NH3+2O2,H2O失去电子,做还原剂,B正确;根据离子方程式可知,在过程Ⅱ中生成的NH3和O2的物质的量之比为1∶2,C错误;根据原子守恒,0.2 mol NH3~0.1 mol N2,D正确。
13.答案 (1)①下 ②两气体混合后,颜色由红棕色变为无色 ③NO 氧化 ④NO2+SO2NO+SO3
(2)①4Mg+2NO24MgO+N2 ②Ⅰ.NaOH溶液 Ⅱ.吸收NO2,避免污染环境 收集N2 Ⅲ.badc
解析 (1)①NO2呈红棕色,SO2为无色,故下瓶颜色深。②NO2有强氧化性,能被SO2还原成NO,故现象为两气体混合后,颜色由红棕色变为无色。③NO遇空气被氧化成NO2:2NO+O22NO2,“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有NO,体现了NO2的氧化性。④由题给现象可知,NO2和SO2反应的化学方程式为NO2+SO2NO+SO3。(2)①由题意可知,Mg与NO2发生置换反应的化学方程式为4Mg+2NO24MgO+N2。②由资料信息:2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O可知,装置A中的试剂是NaOH溶液,作用是除去未反应的NO2。干燥管是尾气处理装置,作用是吸收NO2以避免污染环境。装置B的作用是利用排水法收集N2。实验开始时正确的操作步骤:b(打开弹簧夹)→a(通入NO2,排尽反应装置中的空气)→d(当硬质玻璃管充满红棕色气体后,关闭弹簧夹)→c(点燃酒精灯,确认充满NO2后才开始加热)。
14.答案 (1)NO NH4NO3 (2)④
(3)① ②8NH3+6NO27N2+12H2O
③NO+NO2+C2N+CO2 B
(4)2
解析 已知A为气体,A~F都含有相同的元素,A能和氧气、氢气反应,B和氧气生成C,推测A为氮气、B为氨气、C为一氧化氮,一氧化氮和氧气生成二氧化氮,二氧化氮和水生成硝酸,硝酸和氨气生成硝酸铵,故D为二氧化氮、E为硝酸、F为硝酸铵。
(1)C、F分别为NO、NH4NO3。
(2)游离态氮转化为氮的化合物为氮的固定,①②③④中属于氮的固定的是④。
(3)①二氧化氮和水反应生成硝酸:3NO2+H2O2HNO3+NO,常温常压下(Vm=28 L·mol-1),将体积为V mL的试管充满二氧化氮后倒扣在水中,最终试管中会剩余三分之一的NO,液体进入试管的三分之二,所得硝酸的物质的量浓度为(不考虑氨气的扩散) mol·L-1;
②氨气和二氧化氮在催化剂作用下反应,生成水和一种无污染物质,根据元素守恒可知,该物质为氮气,反应的化学方程式是8NH3+6NO27N2+12H2O;
③NO、NO2中氮的化合价分别为+2价、+4价,若NO、NO2按物质的量之比1∶1被Na2CO3溶液吸收,只生成一种盐,则结合化合价变化可知,生成盐为NaNO2,碳酸根离子转化为二氧化碳气体,反应为NO+NO2+Na2CO32NaNO2+CO2,离子反应为NO+NO2+C2N+CO2。为提高吸收速率与效率,最好选用B,装置中球泡可以增加接触面积加快吸收速率。
(4)工业上可用①②③由氨气制取硝酸,反应中NO必须循环使用,则可以认为氮元素完全转化为了硝酸,结合电子守恒可知NH3~8e-~2O2,若消耗1 mol的氨气制取硝酸,在该过程中至少消耗的O2的物质的量为2 mol。
15.答案 (1)排尽空气,防止可能生成的NO被空气中氧气氧化
(2)无尾气吸收装置
(3)①C中出现红棕色气体 ②冷凝使NO2完全液化
(4)2NaNO2+H2SO4Na2SO4+NO2↑+NO↑+H2O
(5)①1∶1 ②2N2H4+2NO23N2+4H2O
解析 (1)空气中的氧气能氧化NO,所以必须先排尽空气,防止可能生成的NO被完全氧化成NO2,造成对A中反应气体产物检验不完全。
(2)该实验装置明显缺陷是无尾气吸收装置,会导致氮的氧化物直接排放到空气中造成污染。
(3)①已知气体液化的温度:NO2为21 ℃,NO为-152 ℃,如果有NO,则经过装置B的冷却后,进入C中,能和氧气反应,生成红棕色气体,即现象是C中出现红棕色气体;②NO2气体液化的温度为21 ℃,故装置B的作用是冷凝使NO2完全液化。
(4)通过上述实验探究可知,装置A中亚硝酸钠与硫酸反应生成硫酸钠、二氧化氮、一氧化氮和水,反应的化学方程式是2NaNO2+H2SO4Na2SO4+NO2↑+NO↑+H2O。
(5)①NaClO具有氧化性,NaClO溶液、NaOH溶液与尿素[CO(NH2)2]反应制得粗肼(N2H4),反应中氮元素化合价升高,则次氯酸钠为氧化剂,生成粗肼反应的化学方程式为NaClO+CO(NH2)2+2NaOHN2H4·H2O+Na2CO3+NaCl,NaClO与尿素的物质的量之比为1∶1;②火箭发射时可用肼(N2H4)为燃料,二氧化氮做氧化剂,生成无毒害的物质氮气和水,反应的化学方程式为2N2H4+2NO23N2+4H2O。
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2025鲁科版化学必修第一册
分层作业19 自然界中的氮循环、氮的氧化物
A级 必备知识基础练
题组1.自然界中的氮循环与氮的固定
1.(2024黑龙江双鸭山第一中学月考)农业上有一句俗语“雷雨发庄稼”,该过程中不会涉及的化学反应是( )
A.N2+O22NO
B.2NO+O22NO2
C.4NH3+5O24NO+6H2O
D.3NO2+H2O2HNO3+NO
2.(2024安徽合肥高一期中)植物对氮元素的吸收过程如下,下列说法正确的是( )
N2NH3/NNN植物吸收
A.高温有利于加快过程①
B.浇水和松土有利于过程②
C.过程③中N被还原
D.过程④叫做氮的固定
3.氮元素在地球上含量丰富,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。下列叙述与氮的循环无关的是( )
A.豆科植物根部的根瘤菌能把空气中的氮气转变为硝酸盐
B.自然界中,氨是动植物遗体中的蛋白质腐败后的产物
C.为防止粮食、罐头、水果等食品腐烂,常用氮气作为保护气
D.在电闪雷鸣的雨天,N2与O2发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收
题组2.氮气、氮氧化物的性质
4.(2023石嘴山高一期末)下列说法正确的是( )
A.实验室能用排空气法收集N2、NO和NO2
B.工业上可以用N2冷却镁蒸气
C.除去NO中的NO2气体可以使混合气体通过蒸馏水
D.NO、NO2、N2O3、N2O5都属于酸性氧化物
5.(2023辽宁丹东高一月考)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
6.下列对NO、NO2的描述正确的是( )
A.NO是红棕色气体,易溶于水,是酸性氧化物
B.NO在人体内作为“信使分子”能扩张血管,提高免疫力等,因此大气中的NO对人体无害
C.NO、NO2在一定条件下可相互转化
D.NO、NO2互为同素异形体,且NO2能与水反应,不能用排水法收集
题组3.氮氧化物与水反应的有关计算
7.(2024山东济宁高一月考)NO、NO2、O2按照一定比例通入水中,能被完全吸收,无剩余气体,若NO、NO2、O2的气体体积分别为a、b、c,则a∶b∶c可能为( )
A.1∶5∶1 B.2∶6∶3
C.5∶1∶2 D.5∶2∶1
8.把3体积的NO2气体,依次通过下列3个分别装有足量①NaHCO3饱和溶液、②浓硫酸、③Na2O2的装置后,用排水法把残留气体收集到集气瓶中,集气瓶内气体应是(同温同压下测定)( )
A.1体积NO
B.2体积NO2和0.5体积O2
C.2体积O2
D.0.25体积O2
B级 关键能力提升练
以下选择题有1~2个选项符合题意。
9.(2023江苏常州高一调研)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( )
甲 乙 丙
丁 戊 己
已知:①浓硝酸可氧化NO。②NaOH溶液能吸收NO2,不吸收NO。③稀硝酸与Cu反应生成NO。
A.装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d
B.装置戊中发生反应的化学方程式:2NO+2Fe2FeO+N2
C.装置丁的作用是除去挥发出来的硝酸和产生的NO
D.装置乙的作用是干燥,防止水蒸气进入戊中干扰反应
10.(2024山东新泰一中高一月考)某无色混合气体,依次通过浓硫酸和过氧化钠,气体体积不断减少,颜色变深,已知NH3能与酸反应生成铵盐。则混合气体的组成是( )
A.H2O(g)、NO和N2
B.NH3、NO和CO2
C.O2、HCl和CO
D.NO2、CO2和H2O(g)
11.在汽车尾气净化装置里,气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。下列说法不正确的是( )
A.该转化过程中只有2种元素的化合价发生变化
B.NO和O2必须在催化剂表面才能反应
C.该装置将有毒的NO和CO转化为无毒的CO2和N2
D.该催化转化的总反应方程式为2NO+O2+4CO4CO2+N2
12.(2024湖北武汉期中调研)我国学者利用图甲所示工艺在常温常压下固氮制氨。在等离子体作用下,空气中的N2和O2反应生成N(x=2或3),其中N与N的物质的量之比为1∶4。随后在通电条件下,N全部转化成NH3,转化关系如图乙所示。
下列说法错误的是( )
A.Ⅰ中N2被氧化
B.Ⅱ中H2O做还原剂
C.Ⅱ中生成NH3与O2的物质的量之比为2∶1
D.若生成0.2 mol NH3,则空气中N2减少的分子数目为0.1NA
13.(1)某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应,进行如下实验(如图所示)。
①图甲两集气瓶中 (填“上”或“下”)瓶颜色深。
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 ,说明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: 。
(2)某课外活动小组探究镁与NO2的反应。已知镁与CO2反应如下:2Mg+CO22MgO+C。
①该小组采用类比Mg与CO2反应的思路对Mg与NO2的反应进行预测,写出Mg与NO2反应的化学方程式: 。
②设计实验验证猜测(用于连接玻璃管的乳胶管均内衬锡纸)。
资料信息:2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O。
Ⅰ.装置A中的试剂是 。
Ⅱ.干燥管和装置B的作用分别是 、 。
Ⅲ.实验开始时正确的操作步骤顺序是 (填字母)。
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
14.(2024山东莱州一中高一月考)如图是无机物A~F在一定条件下的转化关系(部分产物及反应条件未标出)。
已知:A为气体,A~F都含有相同的元素。
试回答下列问题。
(1)写出下列物质的化学式:C 、F 。
(2)在①②③④中属于氮的固定的是 (填序号)。
(3)D易溶于水。常温常压下(Vm=28 L·mol-1),将体积为V mL的试管充满D后倒扣在水中。
①最终试管中所得E的物质的量浓度为(不考虑E的扩散) mol·L-1。
②为了消除D的污染,可将它与B在催化剂作用下反应,生成水和一种无污染物质,该反应的化学方程式是 。
③若C、D按物质的量之比1∶1被Na2CO3溶液吸收,只生成一种盐,则该反应的离子方程式是 。为提高吸收速率与效率,最好选用 装置(填字母)。
(4)工业上可用①②③由B制取E,为了提高原料的利用率并尽量减轻对环境的污染,C必须循环使用。若消耗1 mol的B制取E,在该过程中至少消耗的O2的物质的量为 mol。
C级 学科素养拔高练
15.(2024山东莱州一中高一月考)亚硝酸钠是一种工业盐,在生产、生活中应用广泛。现用下图所示装置(夹持装置已省略)及药品,探究亚硝酸钠与硫酸反应及气体产物成分。
已知:①NO+NO2+2OH-2N+H2O;
②气体液化的温度:NO2为21 ℃,NO为-152 ℃。
(1)反应前应打开弹簧夹,先通入一段时间氮气,排除装置中的空气,目的是
。
(2)该实验装置的明显缺陷是 。
(3)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确认A中产生的气体含有NO,依据的现象是 ;
②装置B的作用是 。
(4)通过上述实验探究过程,可得出装置A中反应的化学方程式:
。
(5)①水合肼(N2H4·H2O)是一种重要的化工原料,在医药、农业及燃料上都有着广泛的应用。目前,我国生产水合肼均采用尿素法,即利用NaClO溶液、NaOH溶液与尿素[CO(NH2)2](尿素中的C为+4,N为-3)反应制得粗肼(N2H4),则NaClO与尿素的物质的量之比为 。
②火箭发射时可用肼(N2H4)为燃料,二氧化氮做氧化剂,生成无毒害的物质,写出反应的化学方程式: 。
答案：
1.C 解析 “雷雨发庄稼”是指在雷雨天,空气中游离态的氮即氮气经过一系列反应转化为可被植物吸收的化合态的氮,从而帮助农作物生长。具体过程是,空气中的氮气和氧气在雷电的作用下,发生化合反应生成NO;随后NO被空气中的氧气氧化转化为NO2;NO2和雨水发生反应生成硝酸;这样的雨水落到地面再转化为硝酸盐,从而获得易于被植物吸收利用的化合态的氮,帮助植物生长发育;在整个转化过程中几乎不涉及氨的催化氧化,C项不符合。
2.B 解析 过程①有根瘤菌参与催化,不能高温下进行,A错误;过程②是NH3/N和O2反应生成N,浇水和松土有利于过程②的反应,B正确;过程③中N转化为N,N的化合价由+3价升高到+5价,N做还原剂被氧化,C错误;氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程,过程④是氮的化合物中氮的转变,D错误。
3.C 解析 在自然界中,大豆、蚕豆等豆科植物根部的根瘤菌能把空气中的氮气转变为硝酸盐等含氮化合物,符合氮的循环,故A不选;自然界中,蛋白质腐败后生成氨,符合氮的循环,故B不选;用氮气作为保护气,是氮气的用途,而不是氮的循环过程,所以不符合氮的循环,故C选;在电闪雷鸣的雨天,N2与O2会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收,符合氮的循环,故D不选。
4.C 解析 N2的相对分子质量和空气接近,不能用排空气法收集,NO能和氧气反应,不能用排空气法收集,故A错误;Mg性质活泼,能在N2中燃烧,故B错误;NO2能和水反应生成NO和HNO3,故C正确;酸性氧化物能和碱反应生成盐和水,所以NO、NO2不属于酸性氧化物,故D错误。
5.C 解析 Mg可在N2中燃烧,故C错误。
6.C 解析 NO是无色、难溶于水的气体,不与碱反应,不是酸性氧化物,故A错误;NO有毒,为大气污染物,对人体有害,故B错误;NO和O2发生反应:2NO+O22NO2,NO2与H2O反应生成NO,故C正确;NO与NO2都不是单质,不互为同素异形体,故D错误。
7.B 解析 NO、NO2、O2按照一定比例通入水中,最后全部生成HNO3。在反应中,N元素由+2、+4价升高到+5价,O2中的O元素由0价降低到-2价,利用电子守恒3n(NO)+n(NO2)=4n(O2),即3a+b=4c,可验证备选项,以确定正确选项。1∶5∶1,不符合3a+b=4c,A不正确;2∶6∶3,符合3a+b=4c,B正确;5∶1∶2,不符合3a+b=4c,C不正确;5∶2∶1,不符合3a+b=4c,D不正确。
8.D 解析 本题涉及的化学过程如下:
NO2
第①步生成2体积CO2、1体积NO;第②步得到干燥的2体积CO2、1体积NO;第③步得到1体积NO2、0.5体积O2;第④步通入水中发生反应:4NO2+O2+2H2O4HNO3,故O2过量,最终剩余0.25体积O2。
9.CD 解析 本实验验证NO与铁粉反应生成N2和FeO,甲装置是制备NO气体,NO能与装置空气中氧气反应生成NO2,制备NO的气体中混有水蒸气、硝酸蒸气和NO2,水蒸气能与铁反应,干扰实验,需要除去,让NO2与水反应生成硝酸和NO,得到纯净NO,与铁反应,NO有毒,需要尾气处理,根据信息,先通过浓硝酸,最后通过NaOH溶液。根据上述分析,连接顺序是a→f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d,故A正确;NO与铁粉反应生成氮气和FeO,其反应方程式为2NO+2Fe2FeO+N2,故B正确;根据上述分析,装置丁的作用是除去挥发出来的硝酸和产生的NO2,故C错误;浓硝酸不具有吸水性,不做干燥剂,根据信息可知,浓硝酸的作用是将NO氧化成NO2,便于NaOH溶液吸收,防止污染环境,故D错误。
10.B 解析 某无色混合气体,依次通过浓硫酸和过氧化钠时,气体体积不断减少,最后气体颜色加深,颜色加深说明生成了红棕色气体NO2;由于原混合气体为无色,所以原混合气体中一定含有NO;通过浓硫酸时气体体积减少,说明混合气体中存在与浓硫酸反应的气体;经过浓硫酸后气体被干燥,能够与过氧化钠放出氧气的气体只能为二氧化碳,所以混合气体中一定含有CO2。H2O(g)、NO和N2通过浓硫酸后水分被吸收,再通过过氧化钠时气体颜色不会加深,故A错误;NH3、NO和CO2,通过浓硫酸后氨气被吸收,气体体积减小,通过过氧化钠时二氧化碳与过氧化钠反应生成氧气,氧气与NO反应生成红棕色的二氧化氮,气体颜色加深,满足题中要求,故B正确;O2、HCl和CO,通过浓硫酸和过氧化钠后,气体的颜色不会加深,故C错误;NO2、CO2和H2O(g),二氧化氮为红棕色气体,不满足无色气体条件,故D错误。
11.AB 解析 由题图可知发生的反应为2NO+O2+4CO4CO2+N2,该转化过程中有N、O、C三种元素的化合价发生变化,A错误,D正确;NO不稳定,与氧气反应生成NO2,该反应不需要催化剂,B错误;由方程式可知该装置将有毒的NO和CO转化为无毒的CO2和N2,C正确。
12.C 解析 过程Ⅰ中,N2由0价升高到+3价(N)、+5价(N),N2失电子,被氧化,A正确;Ⅱ中,N中N的化合价为+5价降到-3价(NH3),O化合价由-2价升高到0价,N+H2O+H+NH3+2O2,H2O失去电子,做还原剂,B正确;根据离子方程式可知,在过程Ⅱ中生成的NH3和O2的物质的量之比为1∶2,C错误;根据原子守恒,0.2 mol NH3~0.1 mol N2,D正确。
13.答案 (1)①下 ②两气体混合后,颜色由红棕色变为无色 ③NO 氧化 ④NO2+SO2NO+SO3
(2)①4Mg+2NO24MgO+N2 ②Ⅰ.NaOH溶液 Ⅱ.吸收NO2,避免污染环境 收集N2 Ⅲ.badc
解析 (1)①NO2呈红棕色,SO2为无色,故下瓶颜色深。②NO2有强氧化性,能被SO2还原成NO,故现象为两气体混合后,颜色由红棕色变为无色。③NO遇空气被氧化成NO2:2NO+O22NO2,“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有NO,体现了NO2的氧化性。④由题给现象可知,NO2和SO2反应的化学方程式为NO2+SO2NO+SO3。(2)①由题意可知,Mg与NO2发生置换反应的化学方程式为4Mg+2NO24MgO+N2。②由资料信息:2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O可知,装置A中的试剂是NaOH溶液,作用是除去未反应的NO2。干燥管是尾气处理装置,作用是吸收NO2以避免污染环境。装置B的作用是利用排水法收集N2。实验开始时正确的操作步骤:b(打开弹簧夹)→a(通入NO2,排尽反应装置中的空气)→d(当硬质玻璃管充满红棕色气体后,关闭弹簧夹)→c(点燃酒精灯,确认充满NO2后才开始加热)。
14.答案 (1)NO NH4NO3 (2)④
(3)① ②8NH3+6NO27N2+12H2O
③NO+NO2+C2N+CO2 B
(4)2
解析 已知A为气体,A~F都含有相同的元素,A能和氧气、氢气反应,B和氧气生成C,推测A为氮气、B为氨气、C为一氧化氮,一氧化氮和氧气生成二氧化氮,二氧化氮和水生成硝酸,硝酸和氨气生成硝酸铵,故D为二氧化氮、E为硝酸、F为硝酸铵。
(1)C、F分别为NO、NH4NO3。
(2)游离态氮转化为氮的化合物为氮的固定,①②③④中属于氮的固定的是④。
(3)①二氧化氮和水反应生成硝酸:3NO2+H2O2HNO3+NO,常温常压下(Vm=28 L·mol-1),将体积为V mL的试管充满二氧化氮后倒扣在水中,最终试管中会剩余三分之一的NO,液体进入试管的三分之二,所得硝酸的物质的量浓度为(不考虑氨气的扩散) mol·L-1;
②氨气和二氧化氮在催化剂作用下反应,生成水和一种无污染物质,根据元素守恒可知,该物质为氮气,反应的化学方程式是8NH3+6NO27N2+12H2O;
③NO、NO2中氮的化合价分别为+2价、+4价,若NO、NO2按物质的量之比1∶1被Na2CO3溶液吸收,只生成一种盐,则结合化合价变化可知,生成盐为NaNO2,碳酸根离子转化为二氧化碳气体,反应为NO+NO2+Na2CO32NaNO2+CO2,离子反应为NO+NO2+C2N+CO2。为提高吸收速率与效率,最好选用B,装置中球泡可以增加接触面积加快吸收速率。
(4)工业上可用①②③由氨气制取硝酸,反应中NO必须循环使用,则可以认为氮元素完全转化为了硝酸,结合电子守恒可知NH3~8e-~2O2,若消耗1 mol的氨气制取硝酸,在该过程中至少消耗的O2的物质的量为2 mol。
15.答案 (1)排尽空气,防止可能生成的NO被空气中氧气氧化
(2)无尾气吸收装置
(3)①C中出现红棕色气体 ②冷凝使NO2完全液化
(4)2NaNO2+H2SO4Na2SO4+NO2↑+NO↑+H2O
(5)①1∶1 ②2N2H4+2NO23N2+4H2O
解析 (1)空气中的氧气能氧化NO,所以必须先排尽空气,防止可能生成的NO被完全氧化成NO2,造成对A中反应气体产物检验不完全。
(2)该实验装置明显缺陷是无尾气吸收装置,会导致氮的氧化物直接排放到空气中造成污染。
(3)①已知气体液化的温度:NO2为21 ℃,NO为-152 ℃,如果有NO,则经过装置B的冷却后,进入C中,能和氧气反应,生成红棕色气体,即现象是C中出现红棕色气体;②NO2气体液化的温度为21 ℃,故装置B的作用是冷凝使NO2完全液化。
(4)通过上述实验探究可知,装置A中亚硝酸钠与硫酸反应生成硫酸钠、二氧化氮、一氧化氮和水,反应的化学方程式是2NaNO2+H2SO4Na2SO4+NO2↑+NO↑+H2O。
(5)①NaClO具有氧化性,NaClO溶液、NaOH溶液与尿素[CO(NH2)2]反应制得粗肼(N2H4),反应中氮元素化合价升高,则次氯酸钠为氧化剂,生成粗肼反应的化学方程式为NaClO+CO(NH2)2+2NaOHN2H4·H2O+Na2CO3+NaCl,NaClO与尿素的物质的量之比为1∶1;②火箭发射时可用肼(N2H4)为燃料,二氧化氮做氧化剂,生成无毒害的物质氮气和水,反应的化学方程式为2N2H4+2NO23N2+4H2O。
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