第03讲 氮气及氮的氧化物-2022-2023学年高一化学精讲精练（人教版2019必修第二册）（解析版）

氮气及氮的氧化物考点精讲一、氮气与氮的固定1．氮元素的位置、结构与存在（1）氮元素位于元素周期表的第二周期、第ⅤA族。氮原子的最外电子层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。因此，氮原子一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。（2）氮元素在自然界中主要以氮分子的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。2．氮气的物理性质N2是一种无色、无味的气体，ρ(N2)＜ρ(空气)，难溶于水。3．氮气的结构与化学性质（1）N2的结构：N2的结构式为N≡N，氮氮键很难断裂，化学性质很稳定。（2）化学性质N2在高温、放电等条件下，N2获得足够的能量，使N≡N断裂。写出N2与Mg、H2、O2反应的化学方程式。①3Mg＋N2Mg3N2；②N2＋3H22NH3；③N2＋O22NO。4．氮的固定：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程。（1）自然固氮：大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合物，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨。（2）人工固氮：人类通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物，最重要的人工固氮途径就是工业合成氨。 二、一氧化氮和二氧化氮1．物理性质颜色状态气味毒性水溶性NO无色气态无味有毒不溶NO2红棕色气态有刺激性气味有毒易溶2．化学性质（1）NO在空气中易转化为红棕色的NO2，反应方程式为：2NO＋O2===2NO2。（2）NO2与H2O反应生成HNO3和NO，反应方程式为：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。考点1：氮气和氮的固定【例1】（氮的固定）下列过程不属于固氮的是(　　)A．雷电时生成氮的氧化物B．工业上用氢气与氮气合成氨C．植物的根从土壤中吸收铵根离子和硝酸盐D．豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为硝酸盐【答案】C【解析】固氮是指将游离态氮转化为氮的化合物。雷电时N2＋O2===2NO，N2转化为NO，故A属于固氮；氮气转化为氨，故B属于固氮；没有发生化学反应，故C不属于固氮；氮气转化为硝酸盐，故D属于固氮。【例2】（性质）关于氮气的性质说法中，错误的是(　　)A．氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在B．通常情况下，氮气性质很不活泼C．可在氧气中燃烧生成一氧化氮D．大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环【答案】C【解析】通常情况下氮气的性质很不活泼，在放电或高温条件下，才能与氧气反应。【例3】（用途）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。【例4】（氮气循环）氮在自然界中的转化是一个复杂的过程，如图所示的氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分。（1）循环图中能够说明含氮有机物可以转化为无机物的是___________(填转化序号)。（2）循环图中转化④的反应之一可表示为N+2O2X+2H++H2O，写出X的化学式：_______。（3）下列有关氮循环说法正确的是___________。a．图中转化②③④都属于氮的固定b．雷雨天气容易发生转化②的过程c．动植物蛋白质中一定含有氮元素（4）氨气与二氧化氮在一定条件下可以发生反应，生成参与大气循环的物质，写出反应的化学方程式：______。【答案】（1）⑥（2）N（3）bc（4）8NH3+6NO27N2+12H2O【解析】（1）氮循环中铵盐和蛋白质可相互转化，铵盐属于无机物，蛋白质属于有机物，含氮有机物可以转化为无机物的是转化⑥；（2）由质量守恒定律可知，生成物和反应物的原子差1个N和3个O原子，结合电荷守恒，可知X的化学式为：N；（3）a．氮的固定是将氮元素的单质转化为化合物的过程，转化④是化合态转为另一个化合态，不属于氮的固定，a错误；b．雷雨天气下氮气与氧气在闪电作用下反应生成NO，再经氧化等系列反应发生转化②的过程，b正确；c．蛋白质的组成元素中一定含氮元素，则动植物蛋白质中一定含有氮元素，c正确；故选：bc；（4）氨气和二氧化氮反应生成无污染的物质，则生成氮气与水，反应方程式为：8NH3+6NO27N2+12H2O。1．氮元素在自然界中主要以N2的形式存在于大气中，在空气中占体积分数约为0.78，N2 的相对分子质量与空气接近，故N2的密度与空气接近，实验室只能用排水法收集。2．N2化学性质不活泼，在一般条件下不与氧气反应，经常作为食品包装袋的填充剂隔绝空气，避免食品被氧化变质。在一定条件下能与部分活泼金属、非金属反应，表现出氧化性或还原性。3．氮的固定是指氮元素由游离态变为化合态，如NH3转化为NO就不是氮的固定。1．下列关于氮气的说法错误的是（）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，工业上用来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【答案】D【解析】A．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；B．液氨汽化吸热，可用于制造低温环境，B项正确；C．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；D．氮气与氢气生成氨气的反应中，N的化合价从0降低到，作氧化剂，D项错误；答案选D。2．有关氮元素的说法不正确的是（）A．氮元素是一种活泼的非金属元素，但N2性质稳定B．人类从动植物中获得氮元素C．植物能直接从空气中合成获得氮元素D．氮元素能促进植物的生长【答案】C【解析】A．氮元素是一种活泼的非金属元素，氮气分子的结构式为N≡N，破坏氮氮三键需要很大的能量，所以氮气分子的性质稳定，故A正确；B．氮元素是动植物生长不可缺少的元素，动植物中都含有蛋白质，蛋白质中含有的氮元素能被人类摄取，故B正确；C．氮元素是构成蛋白质的主要成分，对茎叶的生长和果实的发育有重要作用，但植物不能直接从空气中合成获得氮元素，故C错误；D．氮元素对茎叶的生长和果实的发育有重要作用，增施氮肥可加快植物的生长、延缓和防止植物器官衰老、延长蔬果保鲜期，故D正确；故选C。3．下列关于自然界中氮的循环(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【答案】A【解析】人工固氮是N2转化为NH3的过程，氮元素化合价由0价降低至－3价，被还原，故A项错误。工业合成氨是典型的人工固氮方法，故B项正确。根据图知，通过生物体可以将铵盐和硝酸盐与蛋白质相互转化，实现了含氮的无机物和有机物的转化，故C项正确。生物体合成蛋白质的过程也有碳、氢、氧元素的参与，故D项正确。4．下列关于N2的说法错误的是(　　)A．通常情况下N2性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气B．反应N2＋O22NO是汽车尾气造成污染的主要原因之一C．N2的质量约占空气总质量的D．在反应3Mg＋N2Mg3N2中，N2作氧化剂【答案】C【解析】N2在空气中的体积含量约为，C项错误。5．电闪雷鸣的雨天，空气中的N2会发生一系列反应，生成氮的化合物。雷雨时，一般不可能生成的氮的化合物是(　　)①NH3　②NO　③NO2　④N2O3　⑤N2O5　⑥HNO3A．②④⑥B．②③⑤⑥C．①④⑤D．①③⑤【答案】C【解析】放电时，空气中的N2和O2会化合生成NO，NO很容易与O2反应生成NO2，NO2溶于水生成HNO3和NO，一般不能生成NH3、N2O3和N2O5。6.氮气是大气中含量最多的气体，下列有关氮气的说法正确的是(　　)①氮元素的非金属性较强，所以氮气是一种活泼的非金属单质 ②常温下，N2既能与O2反应，又能与H2反应③通过灼热的镁粉除去N2中的O2④“雷雨发庄稼”是指雷雨时可增加土壤中氮肥的含量，此变化属于氮的固定⑤3molH2与1molN2混合反应生成NH3，转移电子的数目小于6×6.02×1023A．①②③④⑤B．②③④⑤C．②④⑤D．④⑤【答案】D【解析】氮元素是非金属性较强的元素，N2的结构式为N≡N，两个氮原子通过三个共价键结合，键能大，难断裂，所以N2是一种不活泼的非金属单质，故①错误。N2既能与O2反应又能与H2反应，但不是常温下：N2＋O22NO，N2＋3H22NH3，故②错误。N2与O2均能与灼热的镁粉发生反应：2Mg＋O22MgO，N2＋3MgMg3N2，所以不能通过灼热的镁粉除去N2中的O2，故③错误。雷雨时，空气中的N2能在放电的条件下转化为NO，进而通过一系列反应转化为HNO3，可增加土壤中氮肥的含量，此变化属于氮的固定，故④正确。N2与H2合成NH3属于可逆反应，1molN2与3molH2反应的过程中，由于N2不可能完全转化，不可能生成2molNH3，所以转移电子的物质的量小于6mol，故⑤正确。考点2：氮的氧化物【例5】下列关于NO和NO2的叙述正确的是(　　)A．NO是一种红棕色气体B．常温常压下，NO不能与空气中的氧气直接化合C．含等质量的氧元素的NO和CO的物质的量相等D．NO2可用排水法收集【答案】C　【解析】NO是无色的气体，A错误。常温常压下，NO易与空气中的氧气直接化合生成NO2，B错误。NO2能与水反应，故不能用排水法收集，D错误。【例6】某混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种气体。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NOB．可能有O2和NO2C．可能有Cl2和O2D．肯定只有NO【答案】A【解析】由于气体呈无色，所以其中一定没有Cl2、NO2，气体通过品红，品红褪色，说明混合气体中含有SO2，剩余气体排入空气中呈红棕色，说明其中含有NO，结合原混合气体无色，说明混合气体中没有O2，故该气体中一定含有NO、SO2，一定不含NO2、O2和Cl2，故答案为：A。 【例7】（尾气处理）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，反应方程式如下：①NO+NO2+2NaOH＝2NaNO2+H2O②2NO2+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2mol时，两个反应转移电子数的关系是①______②（填“﹥”、“=”或“﹤”）。【答案】23:15NaNO3NaNO2=【分析】反应①中NO2是氧化剂，NO是还原剂，NaNO2即是氧化产物也是还原产物，2molNaOH参加反应，转移1mol电子；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NaNO2，2molNaOH参加反应，转移1mol电子。【解析】（1）根据反应①可知，产物NaNO2中N元素的化合价为＋3价，其中NO2中氮元素的化合价从＋4价降低到＋3价，NO中氮元素的化合价显从＋2价升高到＋3价，因此氧化剂和还原剂的物质的量之比是1:1，质量之比为23:15，故答案为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，故答案为NaNO3；NaNO2；（3）反应①中2molNaOH参加反应，转移1mol电子，反应②中2molNaOH参加反应，转移1mol电子，故答案为=。1．正确理解NO和NO2所属物质的类别NO和NO2都不是酸性氧化物，NO与碱、酸都不能反应生成盐和水，属于不成盐氧化物；NO2与碱溶液发生氧化还原反应生成两种盐，也不属于酸性氧化物。2．NO和NO2的尾气处理（1）NO与酸碱都不反应，进行尾气处理时一般用充袋法，或通入氧气的同时用碱液吸收。（2）NO2与碱溶液能直接反应，可用碱液直接吸收：2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O。1．为除去混入NO中的少量NO2，应将气体通过(　　)A．Na2CO3溶液　　　　　　B．NaHCO3溶液C．H2OD．浓硫酸【答案】C【解析】通过A、B两项都会生成CO2，导致带入新的杂质；H2SO4不和NO2反应；由反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO知，水洗可除去NO中的NO2。 2．把少量NO2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【答案】C【解析】假设3mol二氧化氮和水反应生成2mol硝酸和1mol一氧化氮，2mol硝酸和小苏打反应生成2mol二氧化碳，2mol二氧化碳和过氧化钠反应生成1mol氧气，1mol一氧化氮和0.5mol氧气反应生成1mol二氧化氮，所以剩余气体有二氧化氮和氧气，选C。3．下列关于NO的说法正确的是（）A．NO是一种红棕色且难溶于水的气体B．等物质的量的NO和CO所含电子数相等C．NO只有氧化性，无还原性D．NO易与人体血红蛋白结合，使人中毒【答案】D【详解】A．一氧化氮是一种无色且难溶于水的气体，故A错误；B．1个一氧化氮分子所含电子数为15，1个一氧化碳分子所含电子数为14，则等物质的量的一氧化氮和一氧化碳所含电子数不相等，故B错误；C．一氧化氮中氮元素的化合价为，氮元素的最高化合价为，则氮元素处于中间价态的一氧化氮既具有还原性也具有氧化性，故C错误；D．一氧化氮易与人体血红蛋白结合，使人中毒，故D正确；故选D。4．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(　　)A．反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物B．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应D．催化转化的总反应为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2【答案】D【解析】反应过程中NO、O2为氧化剂，N2为还原产物；汽车尾气中的N2不是污染物；NO和O2的反应不需要催化剂；根据题中的图示，可将反应的过程分成如下两步写：2NO＋O2===2NO2,2NO2＋4CO===N2＋4CO2，将两步反应式合并可得总反应式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2。 考点3：氮的氧化物溶于水的计算（1）相关反应原理3NO2＋H2O===2HNO3＋NO①2NO＋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（2）氮的氧化物溶于水的三种类型Ⅰ.NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应①，剩余气体为NO。Ⅱ.NO2和O2的混合气体：NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应③：x＝0<x<x＝x>反应情况O2过量，剩余气体为O2恰好完全反应，无气体剩余NO2过量，又发生反应①，只剩余NOⅢ.NO和O2的混合气体：NO、O2的混合气体溶于水时涉及反应④：x＝0<x<x＝x>反应情况O2过量，剩余O2恰好完全反应，无气体剩余NO过量，剩余NO【特别提醒】（1）实验室里收集NO气体是用排水集气法而不能用排空气法。（2）检验NO气体的方法是向气体中通入O2(或空气)，气体由无色变为红棕色。【例8】按图进行实验。试管中装有12mLNO，然后间歇而又缓慢地通入8mLO2，下列是有关最终状态的描述：①试管内气体呈棕色　②试管内气体呈无色　③试管内液面不变　④试管内液面上升　⑤试管内气体是O2　⑥试管内气体是NO，其中正确的是(　　)A．①③　　　　　　　　B．②④⑤C．②④⑥D．②③⑤【答案】C 【解析】由反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可得，剩余气体应为NO，体积为mL，试管内液面上升。【例9】将体积为(已换算成标准状况)的充满体积为的试管后倒扣在水中，如图所示。（1）溶于水的化学方程式是______。（2）使试管中恰好完全被水吸收需要缓慢通入氧气，标准状况下通入氧气的体积为______。最终试管中所得硝酸的物质的量浓度为______(假设溶质不扩散)。（3）为了消除的污染，可将它与氨气在催化剂作用下反应，生成水和一种无污染的物质，该物质是空气的主要成分之一，该反应的化学方程式是______。【答案】【解析】（1）溶于水生成和，反应的化学方程式是。故答案为：；（2）由化学方程式可推出，使试管中恰好完全被水吸收，需要通入标准状况下氧气的体积为，根据化学方程式可知最终试管中所含的硝酸的物质的量浓度为。故答案为：；；（3）为了消除的污染，可将它与氨气在催化剂作用下反应，生成水和一种无污染的物质，该物质是空气的主要成分之一，该物质是氮气，反应的化学方程式是。故答案为：。1．将盛有N2和NO2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积缩小为原来的一半，则原混合气体中N2和NO2的体积比是(　　)A．1∶1　　　　　　　　B．1∶2C．1∶3D．3∶1 【答案】C【解析】将试管倒立于水中，只有NO2和H2O反应，生成的NO与不反应的N2为剩余气体。设原混合气体的体积为V，NO2的体积为x，根据差量法求解：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　ΔV减　3　　　　　　　　　　　　　2　x　　　　　　　　　　　　　解得：x＝，V(N2)＝V－＝，故＝。2．一定条件下，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中，充分反应后剩余气体的体积为原总体积的(　　)A.B.C.D.【答案】C【解析】NO、O2、H2O之间的反应，先判断是否过量，若过量，找出剩余的气体，计算其体积是多少，最后算出剩余气体的体积占原总体积的分数。设NO和O2均为1体积，由方程式4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3计算，NO和O2等体积混合，剩余O2体积，为原混合气体的。3.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∶1B．5∶7C．7∶5D．4∶3【答案】A【解析】两试管容积相等，则V(NO2)＝V(NO)，n(NO2)＝n(NO)，则生成的HNO3物质的量相等，溶液的体积也相同，故两个试管内溶液中溶质的物质的量浓度相等。4．将VmLNO和NO2的混合气体通过水吸收后，得到amL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5mL无色气体B。试回答：（1）A气体是________，B气体是________。（2）A气体的体积是________。 【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===4HNO34　　3　amL　mL依题意：a－＝5，a＝20。【答案】(1)NO　O2　(2)20mL5．如图所示，向盛有3.0mLNO的试管中缓缓通入1.5mLO2(所有气体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）最终试管中剩余的气体是______________，其体积为________。【解析】(1)NO遇O2迅速反应生成NO2：2NO＋O2===2NO2，然后NO2与水反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，导致试管中的液面上升，最终剩余的气体是无色的NO。(2)将(1)中两个反应合并可得：4NO＋2H2O＋3O2===4HNO3　4　　　　　3V(NO)　　　1.5mL解得V(NO)＝2.0mL，故最终试管内剩余NO气体，其体积为1.0mL。【答案】(1)①试管内的无色气体变为红棕色　②试管内液面上升　③试管内剩余无色气体(2)NO　1.0mL 1．下列过程不属于氮的固定的是（）A．闪电时大气中氮的氧化物的生成B．由制备C．用N2和H2合成氨D．豆科植物的根瘤菌把大气中的氮转化成氨【答案】B【分析】将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程叫氮的固定，据此判断。【详解】A．闪电时大气中的氮气放电条件下与氧气反应生成一氧化氮，空气中游离态的氮转化为含氮化合物，属于固氮，故A不选；B．由NH3制备NH4Cl是氮的化合物之间的转化，不属于固氮，故B选；C．用N2和H2合成氨，空气中游离态的氮转化为含氮化合物，属于固氮，故C不选；D．豆科植物的根瘤菌把大气中的氮转化成氨，游离态的氮转化为化合态，属于固氮，故D不选；故答案选B。2．下列关于氮的循环，叙述错误的是（）A．氮气转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定B．氮的固定可以通过自然固氮和人工固氮的方式实现C．人类的生产活动参与了氮的循环过程D．氮的循环过程中只有氮元素被氧化的过程【答案】D【详解】A．氮气转化为氮的化合物的过程即游离态的氮变为化合态的氮叫做氮的固定，故A正确；B．氮的固定可以通过自然固氮和人工固氮的方式实现，雷雨生庄稼是自然固氮，合成氨是人工固氮，故B正确；C．人类的生产活动参与了氮的循环过程，如人工合成氨，氮肥的使用等，故C正确；D．氮的循环过程中可以是氮元素被氧化，也可以是氮元素被还原，故D错误。综上所述，答案为D。3．下列物质的转化必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是（）①N2→NO2②NO2→NO③NO2→HNO3④N2→NO⑤N2→NH3A．①B．②⑤C．④D．③④【答案】C【解析】(1)必须加入氧化剂；(2)通过一步反应就能完成。反应①、③、④从化合价角度来看都是升高，但反应①N2→NO2不能通过一步反应完成；而反应③NO2→HNO3虽然氮的化合价升高，但不加氧化剂也能完成，如3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，在该反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂；只有反应④N2→NO必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成。答案选C。 4．下列关于氮的氧化物的说法中，正确的是(　　)A．氮的氧化物都是酸性氧化物B．氮的氧化物都既有氧化性，又有还原性C．NO2与H2O反应生成HNO3，所以NO2是酸性氧化物D．NO和NO2均有毒【答案】D【解析】NO、NO2等不是酸性氧化物；N2O5中氮元素为最高价，只有氧化性；NO2与H2O反应生成HNO3时N的价态发生了变化，故NO2不是酸性氧化物。5．氮元素在海洋中的循环是整个海洋生态系统的基础和关键。海洋中无机氮的循环过程可用下图表示。下列关于海洋氮循环的说法正确的是(　　)A．海洋中的氮循环起始于氮的氧化B．海洋中的氮循环属于固氮作用的是③C．海洋中的反硝化作用一定有氧气的参与D．向海洋中排放含NO的废水会影响海洋中NH的含量【答案】D【解析】A项，海洋中的氮循环起始于氮的还原，错误；B项，海洋中的氮循环属于固氮作用的是②，错误；C项，反硝化作用是氮元素化合价降低的过程，反硝化细菌在氧气不足的条件下还原N，不一定有氧气参与，错误；D项，由氮的循环过程可知，NO增多，反硝化作用增强，会进一步影响海洋中NH的含量，正确。6．如图所示，两个连通容器用活塞分开，左右两室各充入一定量NO和O2，且恰好使两容器内气体密度相同，打开活塞，使NO与O2充分反应，最终容器内混合气体密度比原来(　　)A．增大　　　　　　　　B．减小C．不变D．无法确定【答案】C【解析】反应前后混合气体的质量和体积不变，所以密度不变。7.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∶2B．2∶3C．8∶3D．3∶8【答案】C【解析】该过程中涉及的反应有2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，可将两个方程式“合并”为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。剩余气体与空气接触立即变为红棕色，说明剩余气体为NO。则可知体积的NO气体与n体积的O2恰好完全反应。 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3　4　　3　　n4∶＝3∶n，解得m∶n＝8∶3。8．将充有mmLNO和nmLNO2气体的试管倒立于水槽中，然后通入mmLO2，若已知m<n，则充分反应后，试管中的气体在同温同压下的体积为(　　)A.mLB.mLC.mLD．3(n－m)mL【答案】B【解析】NO不与水反应，NO2与水发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，nmLNO2参加反应可生成mLNO，所以试管中有NOmL，通入mmLO2会发生反应：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。若O2剩余，则剩余O2的体积为mmL－mL＝mL，已知m<n，故不合理；若NO剩余，则剩余NO的体积为mL－mmL＝mL，合理，所以充分反应后，试管中的NO气体在同温同压下的体积为mL，B项正确。9．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(　　)A．反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物B．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应D．催化转化的总反应为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2【答案】D【解析】反应过程中NO、O2为氧化剂，N2为还原产物；汽车尾气中的N2不是污染物；NO和O2的反应不需要催化剂；根据题中的图示，可将反应的过程分成如下两步写：2NO＋O2===2NO2,2NO2＋4CO===N2＋4CO2，将两步反应式合并可得总反应式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2。 10．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，并和水发生化学反应。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2molN2时，被还原的NO为________mol。【解析】(1)NO2的颜色是红棕色。(2)反应①是N2和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＋H2O===2HNO3＋NO，该反应中NO2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＋H2O===2HNO3＋NO知A的化学式是HNO3。(5)从2NO＋2CO2CO2＋N2看出NO和N2的比为2∶1，则生成2molN2时反应的NO为4mol。【答案】(1)红棕色　(2)N2＋O22NO　(3)NO2(4)HNO3　(5)411．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。已知：4NO2＋2Ca(OH)2===Ca(NO3)2＋Ca(NO2)2＋2H2ONO＋NO2＋Ca(OH)2===Ca(NO2)2＋H2O（1）用化学方程式表示工业生产硝酸产生NO尾气的原因________________________。（2）上述工艺中采用气—液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底进入，石灰乳从吸收塔顶喷淋)，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______________________________________________。【解析】(1)工业生产硝酸是用水吸收NO2，产生NO尾气，发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。(2)尾气从吸收塔底进入，石灰乳从吸收塔顶喷淋，这样就能增大NO、NO2与Ca(OH)2的接触面积，使尾气中的NO、NO2被充分吸收。滤渣可循环用于吸收尾气，可推出滤渣为未反应的Ca(OH)2。(3)当n(NO)与n(NO2)为1∶1时，二者被石灰乳吸收的反应方程式为NO＋NO2＋Ca(OH)2===Ca(NO2)2＋H2O，NO不能单独被石灰乳吸收；NO2被石灰乳吸收的反应方程式为4NO2＋2Ca(OH)2===Ca(NO2)2＋Ca(NO3)2＋2H2O。根据已知反应可知，当NO的物质的量比NO2多时，会造成NO不能被完全吸收而在尾气中含量增多；当NO2的物质的量比NO多时，过量的NO2将继续与石灰乳反应生成Ca(NO3)2，使所得产品不纯。(4)Ca(NO2)2中N的化合价为＋3，生成的NO中N的化合价为＋2，根据氧化还原反应规律，可推知有＋5价的N生成，应为NO，根据得失电子守恒配出NO和NO的化学计量数，再根据电荷守恒，确定反应物还有H＋。【答案】(1)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO(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↑＋H2O12．某研究性学习小组的一个课题是“NO2能否支持木条燃烧”，由于实验室中没有现成的NO2气体，该小组的同学设计了两个方案(忽略N2O4的存在，图中铁架台等夹持仪器均已略去)。已知浓硝酸受热分解、金属和浓硝酸反应的方程式分别为4HNO3(浓)4NO2↑＋O2↑＋2H2O、Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2H2O＋2NO2↑。Ⅰ.实验装置如图1所示。实验开始后木条上的火星逐渐熄灭，有的同学得出“NO2不能支持木条燃烧”的结论。你认为这一结论________(填“正确”或“错误”)，理由是___________________________________________________________________________________________________________________________________。Ⅱ.实验装置如图2所示。（1）硝酸铜固体受热分解的产物有氧化铜、二氧化氮和氧气，该反应的化学方程式是________________________________________________________________________。（2）当集气瓶中充满红棕色气体时，木条复燃了，有的同学得出“NO2能支持木条燃烧”的结论。你认为这一结论________(填“正确”或“错误”)，理由是_______________________________________________________________________________________________________________。Ⅲ.为了更直接说明“NO2 能否支持木条燃烧”这一问题，请重新设计一个简单的实验方案，并简述实验原理和主要操作____________________________________________________________________________。【解析】Ⅰ.由浓硝酸受热分解的产物可知，由实验开始后木条上的火星逐渐熄灭得出“NO2不能支持木条燃烧”的结论是错误的，因为带火星的木条熄灭可能是由于加热时产生的大量水蒸气造成的。Ⅱ.(1)根据硝酸铜固体受热分解的产物有氧化铜、二氧化氮和氧气，可知该反应的化学方程式为2Cu(NO3)22CuO＋4NO2↑＋O2↑。(2)由于硝酸铜分解产生的混合气体中氧气的体积分数与空气中氧气的体积分数基本相同，若NO2不支持燃烧，则木条不会复燃。因此“NO2能支持木条燃烧”的结论正确。Ⅲ.验证NO2能否支持燃烧，需要制取NO2气体，因此，选用金属铜和浓硝酸反应制取NO2气体，而且要将NO2气体净化。【答案】Ⅰ.错误　带火星的木条熄灭可能是由于加热时产生的大量水蒸气造成的Ⅱ.(1)2Cu(NO3)22CuO＋4NO2↑＋O2↑(2)正确　硝酸铜分解产生的混合气体中氧气的体积分数与空气中氧气的体积分数基本相同，若NO2不支持燃烧，则木条不会复燃Ⅲ.用金属铜与浓硝酸反应制取NO2气体，并用浓硫酸或无水氯化钙进行干燥，再将带火星的木条伸入NO2中观察现象13．如图所示：在B水槽中装有500mL水，容积为amL的试管A充满了NO2和NO的混合气体(标准状况)，将试管A倒插入B水槽的水中。充分反应后，试管A中余下气体的体积为0.5amL。（1）将A倒插入B槽中发生反应的化学方程式为_______________________________________，该反应中氧化剂与还原剂的质量比为________，原混合气体中NO2和NO的物质的量之比为________。（2）通过导气管C向余下0.5amL气体的试管A中持续通入氧气，A中可能观察到的现象是_______________________________________________________________________。（3）当试管A中充满气体时停止通入氧气，然后将试管取出水槽，水槽B中溶液的物质的量浓度为________mol·L−1(设溶液的体积仍为500mL)。【答案】3NO2+H2O===2HNO3+NO1∶23∶1无色气体变为红棕色，试管中液面不断上升至全充满。继续通入氧气后，试管中液面下降，最后充满无色气体【解析】【分析】（1）将A倒插入B水槽中发生反应3NO2+H2O=2HNO3 +NO，根据化合价变化判断氧化剂、还原剂及其质量之比；根据气体体积减小量，利用差量法计算二氧化氮的体积，进而计算NO的体积，体积之比等于物质的量之比；（2）剩余NO，持续通入氧气，会发生4NO+3O2+2H2O=4HNO3，据此分析实验现象；（3）根据氮元素守恒可知n（HNO3）=n（NO2）+n（NO），再根据c=n/V计算所得硝酸的浓度。【详解】（1）将A倒插入B水槽中，二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮气体，反应的化学方程式为3NO2+H2O=2HNO3+NO，该反应中,二氧化氮中+4价N元素被氧化成+5价的硝酸，同时被还原成+2价的一氧化氮，则3mol二氧化氮参与反应，作氧化剂被还原的二氧化氮为1mol，作还原剂被氧化的有2mol，因此氧化剂与还原剂的质量之比为1:2；充满了NO2和NO的混合气体(标准状况)试管A倒插入B水槽中，充分反应后试管A中余下气体的体积为0.5amL，设NO为ymL，NO2为xmL，则3NO2+H2O=2HNO3+NO31xx/3因此y+x/3=0.5a，又因为x+y=a，解x=0.75a，y=0.25a，相同条件下体积之比是物质的量之比，因此原混合气体中NO2和NO的物质的量之比为3：1；（2）剩余NO，持续通入氧气会发生4NO+3O2+2H2O=4HNO3，无色气体变为红棕色气体，试管中液面不断上升至全充满，继续通入氧气后，试管中液面下降，最后充满无色气体，因此本题正确答案是：无色气体变为红棕色，试管中液面不断上升至全充满。继续通入氧气后，试管中液面下降，最后充满无色气体；（3）根据氮元素守恒可知水槽中生成硝酸的物质的量为n（HNO3）=n（NO2）+n（NO）=a/22400mol，故硝酸的浓度为c(HNO3)=a/22400mol÷0.5L=a/11200mol/L。