学习目标 1.能从分子结构的角度认识氮气的化学稳定性,熟知氮气与镁、氧气、氢气的化学反应及其条件。了解氮的固定和自然界中氮的循环。2.能从物质类别和氮元素的化合价认识氮氧化物的性质与转化。
一、氮分子的结构
1.氮元素的存在
在自然界中,氮元素既有 ,也有 ,但绝大部分氮元素以游离态的氮气存在于空气中。
2.氮气
(1)分子结构
氮气分子的电子式和结构式分别为 、 。
(2)物理性质
颜色 气味 溶解性 密度
色 味 溶于水 比空气的
(3)化学性质
破坏氮气分子中氮原子之间的共价键需要很大的能量,所以氮气分子 。但在高温或放电等特殊条件下,氮气分子获得了足够多的能量,也能与一些 或 发生反应,生成含 。
①氮气能与氧气在放电条件下直接化合,化学方程式为 。
(N2表现还原性)
②氮气能与氢气反应,化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。该反应是工业合成氨的反应原理。(N2表现氧化性)
③氮气能与金属镁反应,化学方程式为3Mg+N2Mg3N2。(N2表现氧化性)
氮元素有多种化合价,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.下列关于氮气的叙述错误的是 ( )
A.N2是一种无色、无味的气体
B.N2可用作生产氮肥和硝酸的原料
C.N2可用浓硫酸或碱石灰干燥
D.N2可用排空气法收集
2.下列关于氮气性质的说法中正确的是 ( )
A.点燃条件下,N2在氧气中燃烧生成NO
B.点燃时,N2与金属Mg反应生成Mg3N2,N2作还原剂
C.合成氨反应中,N2发生氧化反应
D.氮气的化学性质稳定,其原因是两个氮原子之间以共价三键结合
3.下列有关氮气的说法错误的是 (填字母)。
a.氮气在通常情况下不燃烧,也不支持燃烧,不能供给呼吸
b.液氮可用于医学和高科技领域,制造低温环境
c.利用氮气的稳定性,工业上用其替代稀有气体作焊接金属的保护气
d.在高温高压、催化剂条件下与氢气反应时,氮气作还原剂
e.金属镁在空气(忽略空气中二氧化碳)中燃烧,产物只有氧化镁
二、氮的固定
1.氮的固定
将空气中 的氮转化为 叫作氮的固定。
2.分类
(1)自然固氮
①生物固氮:自然界中的一些微生物种群将空气中的氮气通过 转化为含氮化合物。
②高能固氮:通过 、火山爆发等途径产生含氮化合物,如在放电或高温条件下氮气和氧气能直接化合生成NO,该反应中N2作 。
(2)人工固氮——合成氨
氮气在高温、高压、催化剂的情况下,能与氢气化合生成NH3,该反应中N2作 。
3.自然界中的氮循环
4.人类活动与氮循环
(1)氮气氨气→氮肥、硝酸等含氮化合物。
(2)燃烧反应产生的氮氧化物参与氮的循环。
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、氧三种元素也参与了氮循环
2.(2024·福建三明一中高一月考)下列不属于氮的固定过程的是 ( )
A.工业合成氨
B.雷雨天气中,N2与 O2在闪电作用下转化为 NO
C.硝酸见光分解
D.豆科植物根瘤菌吸收氮
3.(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/N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
三、氮氧化物的性质
互动探究
“笑气”又称一氧化二氮,是一种无色有甜味的气体,在室温下稳定,有轻微麻醉作用,并能致人成瘾。故笑气现在已被列为《危险化学品目录》。下列过程能产生笑气N2O:3CO+2NO23CO2+N2O。
【问题讨论】
1.上述反应中氧化剂和还原剂分别是什么
2.在此反应中每生成1 mol N2O,转移电子的物质的量是多少
3.若把一支充满NO2气体的试管倒置在水槽中充分反应后,有什么现象
4.俗话说“雷雨发庄稼”,试说出其中的原理,写出反应的化学方程式。
5.实验室用什么方法收集NO、NO2
【探究归纳】
1.NO与NO2性质的比较
性质 一氧化氮 二氧化氮
物理性质 颜色 无色 红棕色
状态 气体 气体
气味 无味 刺激性气味
密度 比空气略大 比空气大
溶解性 微溶于水 与水反应
毒性 有毒 有毒
化学性质 与氧气反应2NO+O22NO2 与水反应3NO2+H2O2HNO3+NO
2.氮氧化物溶于水的计算
(1)关系式法
①NO和O2混合气体通入水中
由2NO+O22NO2和3NO2+H2O2HNO3+NO得总反应为4NO+3O2+2H2O4HNO3
②NO2和O2混合气体通入水中
由3NO2+H2O2HNO3+NO和2NO+O22NO2得总反应为4NO2+O2+2H2O4HNO3
③NO、NO2和O2三种混合气体通入水中
先按3NO2+H2O2HNO3+NO计算出生成的NO的体积,再加上原来混合气体中NO的体积,再按①计算。
(2)电子守恒法
当NOx转化为硝酸时要失去电子,如果是NOx与O2混合,则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。
1.下列关于NO与NO2的叙述正确的是 ( )
A.都能与人体中的血红蛋白结合而使人中毒
B.都是无色有刺激性气味的有毒气体
C.都能用排水法和排空气法收集
D.在一定条件下可以相互转化
2.(2023·沈阳一二0中学高一测试)如图所示,将相同条件下的m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内,充分反应后,试管内残留体积的气体,该气体与空气接触后立即变为红棕色。则m与n的比值为 ( )
A.3∶2 B.2∶3
C.8∶3 D.3∶8
1.氮气能大量存在于空气中的根本原因是 ( )
A.氮气性质稳定,即使在高温下也不与其他物质发生反应
B.氮气的密度比空气的稍小且不溶于水
C.氮气既无氧化性,也无还原性,不与其他物质反应
D.氮气分子中两个氮原子结合很牢固,分子结构稳定
2.合成氨反应是人类科技发展史上的重大成就贡献,下列有关说法不正确的是 ( )
A.该反应中N2被氧化
B.化学家哈伯和博施对合成氨的研究作出了重要贡献
C.合成氨反应属于人工固氮作用
D.合成氨反应是可逆反应
3.(2023·厦门大同中学高一月考)下列关于氮及其化合物的说法正确的是 ( )
A.NOx是引起光化学烟雾的大气污染物
B.NO、NO2均为污染性气体,在大气中可稳定存在
C.NO、NO2均易溶于水
D.NO、NO2均能与水发生反应
4.氮是动植物生长中不可缺少的元素,含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如下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中,氮气被还原
C.过程⑤中涉及的反应可能有2N
D.过程⑥中涉及的反应可能有2N+12H+N2↑+6H2O
5.(1)将一支充满NO2红棕色气体的试管倒立在烧杯中(水中已预先加入数滴石蕊试液)。
试描述可能出现的实验现象
。
等。
(2)已知带火星的木条可以在NO2中复燃,NO2的复燃能力与氧气相当,试问下列各组气体按体积比4∶1(前者∶后者)的比例混合,能使带火星的木条复燃的有 (填字母序号)。
A.NO2、O2 B.CO2、NO2
C.O2、NO2 D.N2、NO2
第一单元 氮的固定
一、
1.游离态 化合态 2.(1)︰N N︰ N≡N (2)无 无 难
稍小 (3)很稳定 金属 非金属单质 氮化合物 ①N2+O22NO
对点训练
1.D [N2是一种无色、无味的气体,A正确;N2可与H2反应生成氨气,NH3可用作生产氮肥和硝酸,B正确;N2与浓硫酸和碱石灰都不反应,可用它们干燥,C正确;N2的密度比空气略小,不能用排空气法收集,D错误。]
2.D [A项,氮气在放电或高温条件下生成一氧化氮;B项,点燃时,N2与金属Mg反应生成Mg3N2,N2得电子化合价降低作氧化剂;C项,合成氨反应中,N2得电子化合价降低发生还原反应;D项,氮气的化学性质稳定,其原因是两个氮原子之间以共价三键结合,键能大,不易断裂,化学性质稳定。]
3.de
解析 氮气的化学性质很稳定,在通常情况下不燃烧,也不支持燃烧,不能供给呼吸,a项正确;液氮汽化吸热,可用于制造低温环境,b项正确;氮气的化学性质很稳定,可用作焊接金属的保护气,c项正确;氮气与氢气生成氨气的反应中,N的化合价从0价降低到-3价,作氧化剂,d项错误;Mg在点燃条件下可以和O2、N2发生反应,产物为MgO和Mg3N2,e项错误。
二、
1.游离态 含氮化合物 2.(1)①生物化学过程 ②闪电 还原剂 (2)氧化剂
对点训练
1.A [在雷电作用下N2与O2反应生成NO,氮元素被氧化,工业合成氨属于人工固氮,合成氨过程中氮元素被还原,A项错误,B项正确;由图可看出含氮无机物和含氮有机物可以相互转化,C项正确;合成蛋白质的过程中就有碳、氢、氧元素的参与,D项正确。]
2.C [工业合成氨是氮气和氢气在适宜条件下合成氨,氮由游离态转化为化合态,属于氮的固定,A正确;雷雨天气时,氮气和氧气合成NO,氮由游离态转化为化合态,属于氮的固定,B正确;硝酸见光分解属于不同化合态的氮之间的转化,C错误;根瘤菌把氮气转化为氨,氮由游离态转化为化合态,属于氮的固定,D正确。]
3.B [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/N2,浇水和松土有利于过程②的反应,B正确;过程③中N,N的化合价由+3价升高到+5价,N作还原剂被氧化,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。]
三、
问题讨论
1.NO2;CO。
2.6 mol。
3.试管内液面上升,升至大约试管容积的处。
4.雷雨发生时,空气中的N2和O2化合生成NO,NO迅速被氧化为NO2,NO2溶于水生成HNO3,HNO3跟土壤中的矿物质作用生成硝酸盐,N可被植物吸收。N2+O22NO,2NO+O22NO2,3NO2+H2O2HNO3+NO。
5.排水法收集NO;向上排空气法收集NO2。
对点训练
1.D [NO能与人体中的血红蛋白结合而使人中毒,而NO2使人中毒不是由于其与人体中的血红蛋白结合,A项错误;NO是无色、无味的有毒气体,NO2是红棕色、有刺激性气味的有毒气体,B项错误;NO不能用排空气法收集,NO2不能用排水法收集,C项错误;一定条件下NO与NO2可相互转化,NO和O2反应生成NO2,NO2与H2O反应生成HNO3和NO,D项正确。]
2.C [在一定条件下,将m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水中且盛满水的容器中内,充分反应, NO和O2全部溶于水时按照下列反应进行,化学方程式为4NO+3O2+2H2O4HNO3,由于气体与空气接触后立即变为红棕色,所以容器内残留气体为NO,那么与O2反应的NO气体为m-,NO和O2按照4∶3混合溶于水恰好全部溶解所以∶n =4∶3,所以m∶n=8∶3。]
课堂达标训练
1.D [氮气的性质稳定,但在高温或放电等条件下能与一些金属或非金属单质发生反应,A项错误;氮气的密度与空气相近,不是其在空气中大量存在的原因,B项错误;氮气中N元素呈0价,处于中间价态,可以降低也可以升高,故氮气既有氧化性,又有还原性,C项错误;氮气分子中存在N≡N键,N≡N键很稳定,破坏氮气分子中N≡N键需要很多能量,所以氮气分子很稳定,能大量存在于空气中,D项正确。]
2.A [在N2与H2合成NH3的反应中,氮元素化合价降低,得到电子,被还原,A项错误;化学家哈伯设计出了一套在高温、高压条件下催化合成氨的实验装置,博施找到了较为理想的催化剂,让合成氨的工艺由实验室走向工业化生产,因此他们对合成氨的研究作出了重要贡献,B项正确;合成氨反应是将游离态的氮转化为含氮化合物,属于人工固氮,C项正确;在N2与H2合成NH3的反应中,反应物不能完全转化为生成物,该反应是可逆反应,D项正确。]
3.A [氮氧化物是引起光化学烟雾的大气污染物,故A正确;NO、NO2均能形成酸雨,是污染性气体,常温下一氧化氮易和氧气反应生成二氧化氮,在大气中不能稳定存在,故B错误;一氧化氮微溶于水,二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮,故C错误;一氧化氮不与水反应,故D错误。]
4.D [过程①“雷电作用”中发生的反应是氮气和氧气反应生成一氧化氮N2+O22NO,故A正确。过程③中,氮气转化为铵根离子或氨气,氮元素化合价降低,被还原,发生还原反应,故B正确。过程⑤中N,涉及的反应有2N2,故C正确。过程⑥中涉及的反应是硝酸根离子被还原生成氮气,离子方程式中电荷不守恒,故D错误。]
5.(1)红棕色气体颜色变浅至消失;水进入试管形成液柱,液柱高度大约占试管高度的;溶液变红色 (2)AC
解析 (1)将一支充满NO2红棕色气体的试管倒立在烧杯中时,二氧化氮和水反应生成一氧化氮和硝酸,试管中的压强减小,在外界大气压的作用下,溶液会进入试管;硝酸属于酸,水溶液显酸性,能使石蕊试液变红色。(2)因为NO2的复燃能力与氧气相当,故A、C相当于纯氧,故带火星的木条可以复燃,氧气约占空气体积的五分之一,空气不能使带火星的木条复燃,而B、D中NO2只占混合气体体积的五分之一,相当于空气中的氧气含量,故不会使带火星的木条复燃。(共66张PPT)
第一单元 氮的固定
专题 氮与社会可持续发展
7
1.能从分子结构的角度认识氮气的化学稳定性,熟知氮气与镁、氧气、氢气的化学反应及其条件。了解氮的固定和自然界中氮的循环。2.能从物质类别和氮元素的化合价认识氮氧化物的性质与转化。
学习目标
一、氮分子的结构
二、氮的固定
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
三、氮氧化物的性质
一、氮分子的结构
对点训练
1.氮元素的存在
在自然界中,氮元素既有 ,也有 ,但绝大部分氮元素以游离态的氮气存在于空气中。
2.氮气
(1)分子结构
氮气分子的电子式和结构式分别为 、 。
(2)物理性质
颜色 气味 溶解性 密度
色 味 溶于水 比空气的
游离态
化合态
︰N N︰
N≡N
无
无
难
稍小
(3)化学性质
破坏氮气分子中氮原子之间的共价键需要很大的能量,所以氮气分子 。但在高温或放电等特殊条件下,氮气分子获得了足够多的能量,也能与一些
或 发生反应,生成含 。
①氮气能与氧气在放电条件下直接化合,化学方程式为 。
(N2表现还原性)
很稳定
金属
非金属单质
氮化合物
1.下列关于氮气的叙述错误的是( )
A.N2是一种无色、无味的气体
B.N2可用作生产氮肥和硝酸的原料
C.N2可用浓硫酸或碱石灰干燥
D.N2可用排空气法收集
解析 N2是一种无色、无味的气体,A正确;N2可与H2反应生成氨气,NH3可用作生产氮肥和硝酸,B正确;N2与浓硫酸和碱石灰都不反应,可用它们干燥,C正确;N2的密度比空气略小,不能用排空气法收集,D错误。
D
2.下列关于氮气性质的说法中正确的是( )
A.点燃条件下,N2在氧气中燃烧生成NO
B.点燃时,N2与金属Mg反应生成Mg3N2,N2作还原剂
C.合成氨反应中,N2发生氧化反应
D.氮气的化学性质稳定,其原因是两个氮原子之间以共价三键结合
解析 A项,氮气在放电或高温条件下生成一氧化氮;B项,点燃时,N2与金属Mg反应生成Mg3N2,N2得电子化合价降低作氧化剂;C项,合成氨反应中,N2得电子化合价降低发生还原反应;D项,氮气的化学性质稳定,其原因是两个氮原子之间以共价三键结合,键能大,不易断裂,化学性质稳定。
D
3.下列有关氮气的说法错误的是 (填字母)。
a.氮气在通常情况下不燃烧,也不支持燃烧,不能供给呼吸
b.液氮可用于医学和高科技领域,制造低温环境
c.利用氮气的稳定性,工业上用其替代稀有气体作焊接金属的保护气
d.在高温高压、催化剂条件下与氢气反应时,氮气作还原剂
e.金属镁在空气(忽略空气中二氧化碳)中燃烧,产物只有氧化镁
de
解析 氮气的化学性质很稳定,在通常情况下不燃烧,也不支持燃烧,不能供给呼吸,a项正确;液氮汽化吸热,可用于制造低温环境,b项正确;氮气的化学性质很稳定,可用作焊接金属的保护气,c项正确;氮气与氢气生成氨气的反应中,N的化合价从0价降低到-3价,作氧化剂,d项错误;Mg在点燃条件下可以和O2、N2发生反应,产物为MgO和Mg3N2,e项错误。
二、氮的固定
对点训练
1.氮的固定
将空气中 的氮转化为 叫作氮的固定。
2.分类
(1)自然固氮
①生物固氮:自然界中的一些微生物种群将空气中的氮气通过
转化为含氮化合物。
②高能固氮:通过 、火山爆发等途径产生含氮化合物,如在放电或高温条件下氮气和氧气能直接化合生成NO,该反应中N2作 。
(2)人工固氮——合成氨
氮气在高温、高压、催化剂的情况下,能与氢气化合生成NH3,该反应中N2作 。
游离态
含氮化合物
生物化学过程
闪电
还原剂
氧化剂
3.自然界中的氮循环
4.人类活动与氮循环
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
与了氮循环
A
解析 在雷电作用下N2与O2反应生成NO,氮元素被氧化,工业合成氨属于人工固氮,合成氨过程中氮元素被还原,A项错误,B项正确;由图可看出含氮无机物和含氮有机物可以相互转化,C项正确;合成蛋白质的过程中就有碳、氢、氧元素的参与,D项正确。
2.(2024·福建三明一中高一月考)下列不属于氮的固定过程的是( )
A.工业合成氨
B.雷雨天气中,N2与 O2在闪电作用下转化为 NO
C.硝酸见光分解
D.豆科植物根瘤菌吸收氮
解析 工业合成氨是氮气和氢气在适宜条件下合成氨,氮由游离态转化为化合态,属于氮的固定,A正确;雷雨天气时,氮气和氧气合成NO,氮由游离态转化为化合态,属于氮的固定,B正确;硝酸见光分解属于不同化合态的氮之间的转化,C错误;根瘤菌把氮气转化为氨,氮由游离态转化为化合态,属于氮的固定,D正确。
C
3.(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( )
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,浇水和松土有利于过程②的反应,B正确;过程③中N,N的化合价由+3价升高到+5价,N作还原剂被氧化,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。
三、氮氧化物的性质
对点训练
互动探究
“笑气”又称一氧化二氮,是一种无色有甜味的气体,在室温下稳定,有轻微麻醉作用,并能致人成瘾。故笑气现在已被列为《危险化学品目录》。下列过程能产生笑气N2O:3CO+2NO2===3CO2+N2O。
【问题讨论】
1.上述反应中氧化剂和还原剂分别是什么
提示 NO2;CO。
2.在此反应中每生成1 mol N2O,转移电子的物质的量是多少
提示 6 mol。
3.若把一支充满NO2气体的试管倒置在水槽中充分反应后,有什么现象
提示 试管内液面上升,升至大约试管容积的处。
4.俗话说“雷雨发庄稼”,试说出其中的原理,写出反应的化学方程式。
5.实验室用什么方法收集NO、NO2
提示 排水法收集NO;向上排空气法收集NO2。
【探究归纳】
1.NO与NO2性质的比较
性质 一氧化氮 二氧化氮
物理 性质 颜色 无色 红棕色
状态 气体 气体
气味 无味 刺激性气味
密度 比空气略大 比空气大
溶解性 微溶于水 与水反应
毒性 有毒 有毒
化学性质 与氧气反应2NO+O2===2NO2 与水反应3NO2+H2O===2HNO3+NO
2.氮氧化物溶于水的计算
(1)关系式法
①NO和O2混合气体通入水中
由2NO+O2===2NO2和3NO2+H2O===2HNO3+NO得总反应为4NO+3O2+2H2O===4HNO3
②NO2和O2混合气体通入水中
由3NO2+H2O===2HNO3+NO和2NO+O2===2NO2得总反应为4NO2+O2+2H2O===4HNO3
③NO、NO2和O2三种混合气体通入水中
先按3NO2+H2O===2HNO3+NO计算出生成的NO的体积,再加上原来混合气体中NO的体积,再按①计算。
(2)电子守恒法
当NOx转化为硝酸时要失去电子,如果是NOx与O2混合,则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。
1.下列关于NO与NO2的叙述正确的是( )
A.都能与人体中的血红蛋白结合而使人中毒
B.都是无色有刺激性气味的有毒气体
C.都能用排水法和排空气法收集
D.在一定条件下可以相互转化
解析 NO能与人体中的血红蛋白结合而使人中毒,而NO2使人中毒不是由于其与人体中的血红蛋白结合,A项错误;NO是无色、无味的有毒气体,NO2是红棕色、有刺激性气味的有毒气体,B项错误;NO不能用排空气法收集,NO2不能用排水法收集,C项错误;一定条件下NO与NO2可相互转化,NO和O2反应生成NO2,NO2与H2O反应生成HNO3和NO,D项正确。
D
2.(2023·沈阳一二0中学高一测试)如图所示,将相同条件下的m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内,充分反应后,试管内残留体积的气体,该气体与空气接触后立即变为红棕色。则m与n的比值为( )
A.3∶2 B.2∶3 C.8∶3 D.3∶8
C
解析 在一定条件下,将m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水中且盛满水的容器中内,充分反应, NO和O2全部溶于水时按照下列反应进行,化学方程式为4NO+ 3O2+2H2O===4HNO3,由于气体与空气接触后立即变为红棕色,所以容器内残留气体为NO,那么与O2反应的NO气体为m-,NO和O2按照4∶3混合溶于水恰好全部溶解所以∶n =4∶3,所以m∶n=8∶3。
课堂达标训练
1.氮气能大量存在于空气中的根本原因是( )
A.氮气性质稳定,即使在高温下也不与其他物质发生反应
B.氮气的密度比空气的稍小且不溶于水
C.氮气既无氧化性,也无还原性,不与其他物质反应
D.氮气分子中两个氮原子结合很牢固,分子结构稳定
解析 氮气的性质稳定,但在高温或放电等条件下能与一些金属或非金属单质发生反应,A项错误;氮气的密度与空气相近,不是其在空气中大量存在的原因,B项错误;氮气中N元素呈0价,处于中间价态,可以降低也可以升高,故氮气既有氧化性,又有还原性,C项错误;氮气分子中存在N≡N键,N≡N键很稳定,破坏氮气分子中N≡N键需要很多能量,所以氮气分子很稳定,能大量存在于空气中,D项正确。
D
2.合成氨反应是人类科技发展史上的重大成就贡献,下列有关说法不正确的是( )
A.该反应中N2被氧化
B.化学家哈伯和博施对合成氨的研究作出了重要贡献
C.合成氨反应属于人工固氮作用
D.合成氨反应是可逆反应
A
解析 在N2与H2合成NH3的反应中,氮元素化合价降低,得到电子,被还原,A项错误;化学家哈伯设计出了一套在高温、高压条件下催化合成氨的实验装置,博施找到了较为理想的催化剂,让合成氨的工艺由实验室走向工业化生产,因此他们对合成氨的研究作出了重要贡献,B项正确;合成氨反应是将游离态的氮转化为含氮化合物,属于人工固氮,C项正确;在N2与H2合成NH3的反应中,反应物不能完全转化为生成物,该反应是可逆反应,D项正确。
3.(2023·厦门大同中学高一月考)下列关于氮及其化合物的说法正确的是( )
A.NOx是引起光化学烟雾的大气污染物
B.NO、NO2均为污染性气体,在大气中可稳定存在
C.NO、NO2均易溶于水
D.NO、NO2均能与水发生反应
解析 氮氧化物是引起光化学烟雾的大气污染物,故A正确;NO、NO2均能形成酸雨,是污染性气体,常温下一氧化氮易和氧气反应生成二氧化氮,在大气中不能稳定存在,故B错误;一氧化氮微溶于水,二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮,故C错误;一氧化氮不与水反应,故D错误。
A
4.氮是动植物生长中不可缺少的元素,含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如下图所示的氮元素的循环过程,下列说法不正确的是( )
D
5.(1)将一支充满NO2红棕色气体的试管倒立在烧杯中(水中已预先加入数滴石蕊试液)。
试描述可能出现的实验现象
。
(2)已知带火星的木条可以在NO2中复燃,NO2的复燃能力与氧气相当,试问下列各组气体按体积比4∶1(前者∶后者)的比例混合,能使带火星的木条复燃的有
(填字母序号)。
A.NO2、O2 B.CO2、NO2 C.O2、NO2 D.N2、NO2
红棕色气体颜色变浅至消失;
水进入试管形成液柱,液柱高度大约占试管高度的;溶液变红色
AC
解析 (1)将一支充满NO2红棕色气体的试管倒立在烧杯中时,二氧化氮和水反应生成一氧化氮和硝酸,试管中的压强减小,在外界大气压的作用下,溶液会进入试管;硝酸属于酸,水溶液显酸性,能使石蕊试液变红色。(2)因为NO2的复燃能力与氧气相当,故A、C相当于纯氧,故带火星的木条可以复燃,氧气约占空气体积的五分之一,空气不能使带火星的木条复燃,而B、D中NO2只占混合气体体积的五分之一,相当于空气中的氧气含量,故不会使带火星的木条复燃。
课后巩固训练
A级 合格过关练
选择题只有一个选项符合题目要求
1.随着我国汽车年销量的大幅增加,空气环境受到了很大的污染。汽车尾气装置里,气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示,下列说法正确的是( )
D
2.下列有关氮气的叙述错误的是( )
A.镁在空气中燃烧除生成氧化镁外还生成氮化镁
B.在雷雨天,空气中的N2和O2可反应生成NO
C.氮气既可作氧化剂又可作还原剂
D.1 mol N2可与3 mol H2完全反应生成2 mol NH3
解析 A项,镁在空气中燃烧时,与O2(主要)、CO2、N2(氧化剂)反应,生成MgO、C(碳单质)和Mg3N2,正确;B项,在放电条件下,N2与O2反应生成NO,正确;C项,N2与O2反应作还原剂、与H2反应作氧化剂,正确;D项,N2与H2的反应是可逆反应,反应物不能完全转化,生成的NH3物质的量小于2 mol,错误。
D
3.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,试管中剩余气体的体积分别为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
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。
D
4.在一大试管中装入10 mL NO,倒立于水槽中,然后慢慢地通入10 mL O2,下面有关实验最终状态的描述中,正确的是( )
A.试管内气体呈红棕色 B.试管内气体无色,是NO
C.试管内气体无色,是O2 D.试管内液面下降
解析 试管内装有10 mL NO,缓慢地通入10 mL O2,发生反应4NO+3O2+2H2O===4HNO3,可知氧气剩余,剩余O2为10 mL-=2.5 mL,由上述分析可知,A、B错误,C正确;一氧化氮、氧气和水反应生成硝酸,随气体的量减少,试管内压强变小,导致液面在不停上升,最终有气体剩余,液体不能充满试管,D错误。
C
5.(2024·陕西西安铁一中学高一期中)下列关于自然界中氮循环(如图)的说法错误的是( )
A.①和②均属于氮的固定
B.氢、氧元素也参与了自然界中的氮循环
C.④中每生成1 mol N,消耗2 mol O2
D.③和⑤过程中氮元素分别被还原和被氧化
D
解析 A项,氮的固定指将N2转化为氮的化合物,反应①将N2转化为NO,属于氮的固定,反应②属于植物固氮;B项,由图示知,氮循环过程中涉及氢、氧元素;C项,反应④是O2将NH3氧化为N,N元素化合价由-3价升高到+5价,失去8个电子,即生成1 mol N失去8 mol电子,失去的电子被O2得到,根据转移电子关系O2~4e-,知得8 mol电子需要2 mol O2;D项,反应③中NO被氧化为N,氮元素被氧化,反应⑤中N被还原为N2,氮元素被还原。
6.(2024·福建省福州第三中学高一月考)运载火管的推进剂引燃后。从尾部会喷出大量的高温气体,该气体的主要成分是CO2、H2O、N2、NO等,在发射现场可以看到火箭尾部产生大量红棕色气体,你认为其原因最有可能的是( )
A.高温下N2遇空气生成了NO B.NO遇空气生成了NO2
C.CO2与NO反应生成CO和NO2 D.NO与H2O反应生成H2和NO2
解析 NO是无色气体,A错误;引燃后的高温气体成分CO2、H2O、N2、NO等无色气体中,一氧化氮容易被氧气氧化为二氧化氮,二氧化氮是红棕色气体,B正确;在该条件下,CO2与NO不反应,C错误;一氧化氮和水之间不会发生反应,D错误。
B
7.把少量NO2气体通入过量小苏打溶液中,再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管,最后收集到的气体是( )
A.氧气 B.二氧化氮
C.二氧化氮和氧气 D.二氧化氮和一氧化氮
解析 少量NO2气体通入过量小苏打溶液中,逸出的气体是NO、CO2,二者物质的量比为1∶2,同时还有少量水蒸气逸出,再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管,CO2与过氧化钠反应生成的O2与NO反应生成NO2,O2有剩余,同时逸出的少量水蒸气与过氧化钠反应生成O2,所以最后收集到的气体是NO2和O2。
C
8.(2024·山东临沂一中高一月考)将盛有22 mL NO2和O2混合气体的量筒倒立于水槽中,充分反应后,还剩余2 mL无色气体,则原混合气体中O2的体积和剩余的2 mL气体可能分别是( )
A.1.2 mL,NO B.2.4 mL,O2 C.3.2 mL,NO D.4 mL,O2
解析 将盛有22 mL NO2和O2混合气体的量筒倒立于水槽中,充分反应后,还剩余2 mL无色气体,假设剩余2 mL O2,根据4NO2+O2+2H2O===4HNO3,则20 mL中氧气占五分之一即4 mL,总的氧气体积为6 mL;假设剩余2 mL NO气体,3NO2+ 2H2O===2HNO3+NO,则生成2 mL NO消耗6 mL NO2,还有16 mL NO2和O2混合气体溶于水形成硝酸,则氧气占这16 mL的五分之一即3.2 mL,故C符合题意。
C
9.无色的混合气体甲,可能含NO、CO2、NO2、N2中的几种,将一定量的甲气体经过下图实验的处理,结果得到酸性溶液,而几乎无气体剩余,则甲气体的组成为( )
A.NO2、N2 B.NO、CO2
C.NO2、CO2 D.NO、CO2、N2
解析 混合气体无色,气体中不含NO2,气体通过Na2O2后显红棕色,说明原混合气体中含有NO,且有与Na2O2反应生成O2的气体CO2,通入水中,溶液呈酸性,且几乎无气体剩余,说明原气体中不含N2。
B
10.(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)在关闭弹簧夹,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:
。
排尽空气,防止可能生成的NO被空气中氧气氧化
无尾气吸收装置
C中出现红棕色气体
冷凝使NO2完全液化
2NaNO2+H2SO4===Na2SO4+NO2↑+NO↑+H2O
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中的气体,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+H2SO4===Na2SO4+NO2↑+NO↑+H2O;
(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价,N为-3价)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,二氧化氮作氧化剂,生成无毒害的物质,写出反应的化学方程式 。
1∶1
2N2H4+2NO2===3N2+4H2O
解析 (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,氯元素化合价降低得到氯化钠,结合质量守恒可知,同时生成碳酸钠,故生成粗肼反应的化学方程式为NaClO+CO(NH2)2+2NaOH===N2H4·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,二氧化氮作氧化剂,生成无毒害的物质氮气和水,反应的方程式为2N2H4+2NO2===3N2+4H2O。
B级 素养培优练
11.如图所示,试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物),当倒扣在盛有水的水槽中时,试管内液面上升,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柱继续上升,经过多次重复后,试管内完全被水充满,则原来试管中盛装的气体是( )
①可能是N2和NO2的混合气体 ②一定是NO2气体
③可能是NO与NO2的混合气体 ④可能是O2与NO2
的混合气体
A.①② B.②③ C.③④ D.②④
C
解析 N2和水不反应且不溶于水,在有O2的条件下N2也不与水反应,则通入O2后试管内不能完全被水充满,①错误;O2与NO2可与水发生反应4NO2+O2+2H2O=== 4HNO3,试管内只有NO2气体,通入O2后能完全被水充满,但还有其他可能,如NO和NO2的混合气体,②错误,③、④正确。
12.实验室以空气和镁为原料制备Mg3N2的装置如图所示(夹持和加热装置略去):
下列说法正确的是( )
A.装置A、B中可依次加入浓硫酸、NaOH溶液
B.若去掉装置C,对产品纯度无影响
C.实验时应先加热C,通入一段时间空气后再加热D
D.E中碱石灰的作用是吸收尾气
C
解析 要制备氮化镁,需要除去空气中的氧气、CO2和水蒸气,则装置A、B中可依次加入NaOH溶液、浓硫酸,A错误;若去掉装置C,镁与氧气反应生成氧化镁,对产品纯度有影响,B错误;实验时,应先加热C,通入一段时间空气除去氧气,然后再加热D,C正确;装置E中碱石灰的作用是吸收空气中的水蒸气和二氧化碳,D错误。
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在该反应中表现 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:
。
下
两气体混合后,颜色由红棕色变为无色
NO
氧化
NO2+SO2===NO+SO3
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+O2===2NO2,“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+SO2===NO+SO3。
资料信息:2NO2+2NaOH===NaNO3+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
NaOH溶液
吸收NO2,避免污染环境
收集N2
badc专题7 作业7 氮的固定
A级 合格过关练
选择题只有一个选项符合题目要求(1~9题,每题4分)
1.随着我国汽车年销量的大幅增加,空气环境受到了很大的污染。汽车尾气装置里,气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示,下列说法正确的是 ( )
反应中NO为氧化剂,N2为氧化产物
汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2
NO和O2必须在催化剂表面才能反应
催化转化总反应化学方程式为2NO+O2+4CO4CO2+N2
2.下列有关氮气的叙述错误的是 ( )
镁在空气中燃烧除生成氧化镁外还生成氮化镁
在雷雨天,空气中的N2和O2可反应生成NO
氮气既可作氧化剂又可作还原剂
1 mol N2可与3 mol H2完全反应生成2 mol NH3
3.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,试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3,则下列关系正确的是 ( )
V1>V2>V3 V1>V3>V2
V2>V3>V1 V3>V1>V2
4.在一大试管中装入10 mL NO,倒立于水槽中,然后慢慢地通入10 mL O2,下面有关实验最终状态的描述中,正确的是 ( )
试管内气体呈红棕色
试管内气体无色,是NO
试管内气体无色,是O2
试管内液面下降
5.(2024·陕西西安铁一中学高一期中)下列关于自然界中氮循环(如图)的说法错误的是 ( )
①和②均属于氮的固定
氢、氧元素也参与了自然界中的氮循环
④中每生成1 mol N,消耗2 mol O2
③和⑤过程中氮元素分别被还原和被氧化
6.(2024·福建省福州第三中学高一月考)运载火管的推进剂引燃后。从尾部会喷出大量的高温气体,该气体的主要成分是CO2、H2O、N2、NO等,在发射现场可以看到火箭尾部产生大量红棕色气体,你认为其原因最有可能的是 ( )
高温下N2遇空气生成了NO
NO遇空气生成了NO2
CO2与NO反应生成CO和NO2
NO与H2O反应生成H2和NO2
7.把少量NO2气体通入过量小苏打溶液中,再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管,最后收集到的气体是 ( )
氧气
二氧化氮
二氧化氮和氧气
二氧化氮和一氧化氮
8.(2024·山东临沂一中高一月考)将盛有22 mL NO2和O2混合气体的量筒倒立于水槽中,充分反应后,还剩余2 mL无色气体,则原混合气体中O2的体积和剩余的2 mL气体可能分别是 ( )
1.2 mL,NO 2.4 mL,O2
3.2 mL,NO 4 mL,O2
9.无色的混合气体甲,可能含NO、CO2、NO2、N2中的几种,将一定量的甲气体经过下图实验的处理,结果得到酸性溶液,而几乎无气体剩余,则甲气体的组成为 ( )
NO2、N2 NO、CO2
NO2、CO2 NO、CO2、N2
10.(12分)(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)(1分)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)(1分)该实验装置的明显缺陷是
。
(3)(4分)在关闭弹簧夹,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)(2分)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)(4分)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价,N为-3价)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,二氧化氮作氧化剂,生成无毒害的物质,写出反应的化学方程式
。
B级 素养培优练
(11~12题,每题4分)
11.如图所示,试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物),当倒扣在盛有水的水槽中时,试管内液面上升,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柱继续上升,经过多次重复后,试管内完全被水充满,则原来试管中盛装的气体是 ( )
①可能是N2和NO2的混合气体
②一定是NO2气体
③可能是NO与NO2的混合气体
④可能是O2与NO2的混合气体
①② ②③
③④ ②④
12.实验室以空气和镁为原料制备Mg3N2的装置如图所示(夹持和加热装置略去):
下列说法正确的是 ( )
装置A、B中可依次加入浓硫酸、NaOH溶液
若去掉装置C,对产品纯度无影响
实验时应先加热C,通入一段时间空气后再加热D
E中碱石灰的作用是吸收尾气
13.(14分)(1)(7分)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(1分)图甲两集气瓶中 (填“上”或“下”)瓶颜色深。
②(2分)图乙中反应的现象是
。
③(2分)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在该反应中表现 性。
④(2分)由图乙和图丙中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式: 。
(2)(7分)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(2分)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 (1分)。
Ⅱ.干燥管和装置B的作用分别是
(1分)、 (1分)。
Ⅲ.实验开始时正确的操作步骤顺序是 (2分)(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
作业7 氮的固定
1.D [反应过程中NO、O2为氧化剂,N2为还原产物,A错误;汽车尾气中的N2不是污染物,B错误;NO和O2的反应不需要催化剂,C错误;根据题中的图示,可将反应的过程分成如下两步写:2NO+O22NO2,2NO2+4CON2+4CO2,将两步反应合并可得总反应化学方程式为2NO+O2+4CO4CO2+N2,D正确。]
2.D [A项,镁在空气中燃烧时,与O2(主要)、CO2、N2(氧化剂)反应,生成MgO、C(碳单质)和Mg3N2,正确;B项,在放电条件下,N2与O2反应生成NO,正确;C项,N2与O2反应作还原剂、与H2反应作氧化剂,正确;D项,N2与H2的反应是可逆反应,反应物不能完全转化,生成的NH3物质的量小于2 mol,错误。]
3.D [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+H2O2HNO3+NO,则剩余气体的体积V1=V;②中有反应:4NO2+O2+2H2O4HNO3,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。]
4.C [试管内装有10 mL NO,缓慢地通入10 mL O2,发生反应4NO+3O2+2H2O4HNO3,可知氧气剩余,剩余O2为10 mL-=2.5 mL,由上述分析可知,A、B错误,C正确;一氧化氮、氧气和水反应生成硝酸,随气体的量减少,试管内压强变小,导致液面在不停上升,最终有气体剩余,液体不能充满试管,D错误。]
5.D [A项,氮的固定指将N2转化为氮的化合物,反应①将N2转化为NO,属于氮的固定,反应②属于植物固氮;B项,由图示知,氮循环过程中涉及氢、氧元素;C项,反应④是O2将NH3氧化为N,N元素化合价由-3价升高到+5价,失去8个电子,即生成1 mol N失去8 mol电子,失去的电子被O2得到,根据转移电子关系O2~4e-,知得8 mol电子需要2 mol O2;D项,反应③中NO被氧化为N,氮元素被氧化,反应⑤中N被还原为N2,氮元素被还原。]
6.B [NO是无色气体,A错误;引燃后的高温气体成分CO2、H2O、N2、NO等无色气体中,一氧化氮容易被氧气氧化为二氧化氮,二氧化氮是红棕色气体,B正确;在该条件下,CO2与NO不反应,C错误;一氧化氮和水之间不会发生反应,D错误。]
7.C [少量NO2气体通入过量小苏打溶液中,逸出的气体是NO、CO2,二者物质的量比为1∶2,同时还有少量水蒸气逸出,再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管,CO2与过氧化钠反应生成的O2与NO反应生成NO2,O2有剩余,同时逸出的少量水蒸气与过氧化钠反应生成O2,所以最后收集到的气体是NO2和O2。]
8.C [将盛有22 mL NO2和O2混合气体的量筒倒立于水槽中,充分反应后,还剩余2 mL无色气体,假设剩余2 mL O2,根据4NO2+O2+2H2O4HNO3,则20 mL中氧气占五分之一即4 mL,总的氧气体积为6 mL;假设剩余2 mL NO气体,3NO2+2H2O2HNO3+NO,则生成2 mL NO消耗6 mL NO2,还有16 mL NO2和O2混合气体溶于水形成硝酸,则氧气占这16 mL的五分之一即3.2 mL,故C符合题意。]
9.B [混合气体无色,气体中不含NO2,气体通过Na2O2后显红棕色,说明原混合气体中含有NO,且有与Na2O2反应生成O2的气体CO2,通入水中,溶液呈酸性,且几乎无气体剩余,说明原气体中不含N2。]
10.(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中的气体,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,氯元素化合价降低得到氯化钠,结合质量守恒可知,同时生成碳酸钠,故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,二氧化氮作氧化剂,生成无毒害的物质氮气和水,反应的方程式为2N2H4+2NO23N2+4H2O。
11.C [N2和水不反应且不溶于水,在有O2的条件下N2也不与水反应,则通入O2后试管内不能完全被水充满,①错误;O2与NO2可与水发生反应4NO2+O2+2H2O4HNO3,试管内只有NO2气体,通入O2后能完全被水充满,但还有其他可能,如NO和NO2的混合气体,②错误,③、④正确。]
12.C [要制备氮化镁,需要除去空气中的氧气、CO2和水蒸气,则装置A、B中可依次加入NaOH溶液、浓硫酸,A错误;若去掉装置C,镁与氧气反应生成氧化镁,对产品纯度有影响,B错误;实验时,应先加热C,通入一段时间空气除去氧气,然后再加热D,C正确;装置E中碱石灰的作用是吸收空气中的水蒸气和二氧化碳,D错误。]
13.(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)。
