高中化学鲁科版 (2019)必修 第一册第3节 氮的循环第1课时精练

第3节　氮的循环

第1课时　氮循环及物质之间的转化

基础过关练

题组一　氮的固定

1.(2020山东济宁微山一中高一测试)下列属于氮的固定的是 (　　)

A.植物从土壤中吸收氮肥

B.大豆的根瘤菌将含氮的化合物转变为植物蛋白质

C.将空气中的氮气转变为含氮化合物

D.NO和O2反应生成NO2

2.氮元素在海洋中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③

C.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N的废水会影响海洋中N的含量

题组二　氮气的性质

3.(2020上海金山高三一模)氮气常用作白炽灯灯泡中钨丝的保护气,这是因为 (　　)

A.氮气比空气轻    B.氮气难溶于水

C.氮气是无色无味的气体  D.氮气很不活泼

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可在电焊时做保护气

B.反应N2+O2 2NO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+N2 Mg3N2中,N2做氧化剂

题组三　氮氧化物的性质

5.(2020湖南娄底一中高一上期末)四支容积相同的试管中分别充满NO、SO2、NO2、Cl2中的一种,把它们分别倒立于盛有水的水槽中,充分放置后的现象如下图所示。其中原试管充满NO2的是              (　　)

6.(2021四川成都树德中学高一阶段测试)根据图中信息,判断下列说法中错误的是              (　　)

A.该转化可实现N2O、CO的无害化处理

B.转化过程中,Pt2O+发生氧化反应

C.当有1 mol CO2生成时,消耗1 mol N2O

D.转化过程中,氧化产物有N2、Pt2O+

题组四　自然界中的氮循环

7.(2020北京房山高一期末)自然界中的氮循环如图所示。下列说法中,不正确的是              (　　)

A.工业合成氨属于人工固氮

B.雷电作用下N2与O2发生化学反应

C.在氮循环过程中不涉及氧化还原反应

D.含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化

8.依据下图中氮元素及其化合物间的转化关系,判断下列说法不正确的是 (　　)

A.X是N2O5

B.可用排空气法收集NO

C.工业上以NH3、空气、水为原料生产硝酸

D.由NH3→N2,从原理上看,可通过NH3与NO2反应实现

能力提升练

题组一　氮氧化物与水反应的有关计算

1.(2020湖南长沙一中月考,)NO、NO2、O2按照一定比例通入水中,能被完全吸收,无气体剩余。若NO、NO2、O2气体的体积分别为x、y、z,则x︰y︰z不可能为              (　　)

A.2︰6︰3   B.1︰1︰1  C.6︰2︰5   D.3︰6︰4

2.()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,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,直到两个试管内都充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散,则两个试管内溶液的物质的量浓度之比为(　　)

A.1∶1 B.5∶7 C.7∶5 D.4∶3

3.(2020河北唐山高一联考,)同温同压下,在2支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体,它们是①NO和NO2,②NO2和O2。现将2支试管均倒置于水槽中,充分反应后,试管中上升的水的体积分别为V1、V2,则下列关系正确的是              (　　)

A.V1>V2 B.V1=V2 C.V2>V1 D.无法确定

题组二　氮氧化物性质探究

4.(2020甘肃张掖高一期末,)亚硝酸钠在漂白、电镀等方面应用广泛。现以木炭、浓硝酸、水和铜为原料生成的一氧化氮与过氧化钠反应制备亚硝酸钠的装置如图所示(部分夹持装置略)。

已知:酸性条件下,NO与N都能与Mn反应生成N。

回答下列问题:

(1)盛有浓硝酸的仪器的名称是　　　　　　。 

(2)为避免B中逸出的气体中混有的杂质气体与Na2O2反应,应在B、C装置间增加一个装置,则该装置中盛放的药品名称为　　　　　　。 

(3)写出NO与Na2O2在常温下反应生成NaNO2的化学方程式:　　                                          　　　　　　　　　　　　　　;当该反应中转移0.1 mol e-时,理论上吸收标准状况下NO的体积为　　　　L。 

(4)将11.7 g过氧化钠完全转化成亚硝酸钠,理论上至少需要木炭　　　　g。 

(5)NO2易溶于水。将体积为V mL的试管充满NO2后倒扣在水中,如图。

①NO2与水反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　。 

②使试管中NO2完全被水吸收的操作是　　　　　　　　　　　　　　。 

5.(2020河南驻马店高一期末,)NO2是大气污染物之一,实验室拟将NO2与Cl2混合用NaOH溶液吸收的方法消除其污染。回答下列问题:

(1)氯气的制备

①仪器M的名称是　　　　。 

②欲用MnO2和浓盐酸制备并收集一瓶纯净干燥的氯气,选择上图中的装置,其连接顺序为　　　　　　　　　　(按气流方向,用导管口处小写字母表示)。 

③装置D的作用是　　　　　　　;装置F的作用是　　　　　　　　。 

(2)用下图所示装置,探究Cl2和NO2在NaOH溶液中的反应。查阅有关资料可知:HNO2是一种弱酸,且不稳定,易分解生成H2O、NO和NO2。

①装置X和装置Z的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

②实验时观察到X试剂瓶中有黄绿色气体,Z试剂瓶中有红棕色气体,若通入适当比例的Cl2和NO2,Y中观察不到气体颜色,反应结束后在Y中加入稀硫酸无现象,则Y中发生反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　。 

③反应结束后,取适量Y中溶液置于试管中,加入稀硫酸,若有红棕色气体产生,解释产生该现象的原因:　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　 

　　                　　　　　　　　　　　　　。 

答案全解全析

第3节　氮的循环

第1课时　氮循环及物质之间的转化

基础过关练

1.C　植物从土壤中吸收盐中的氮元素,显然不是将游离态的氮转化为化合态的氮,A错误;大豆的根瘤菌将含氮的化合物转变为植物蛋白质,不属于氮的固定,B错误;将空气中的氮气转变为含氮化合物,氮气是单质,是游离态的氮,转变为化合态,属于氮的固定,C正确;NO为化合物,显然不是将游离态的氮转化为化合态的氮,D错误。

2.D　A项,海洋中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,不一定有氧气参与,错误;D项,由氮的循环过程可知,硝酸根离子增多,反硝化作用增强,会进一步影响海洋中N的含量,正确。

3.D　氮气常用作保护气,是由于氮气的化学性质不活泼,故选D。

4.C　通常情况下N2性质很稳定,所以N2可在电焊时做保护气,故A正确;N2+O2 2NO是汽车尾气造成污染的主要原因之一,故B正确;N2在空气中约占总体积的,故C错误;在反应3Mg+N2 Mg3N2中,N元素化合价降低,N2做氧化剂,故D正确。

5.B　根据3NO2+H2O 2HNO3+NO和NO难溶于水可知,将充满NO2的试管倒立于盛有水的水槽中,水上升到试管容积的三分之二处,符合条件的是B。

6.D　由题中图示可知,N2O+Pt2O+ N2+Pt2,CO+Pt2 CO2+Pt2O+,则总反应的化学方程式为N2O+CO N2+CO2。由有毒的N2O、CO转化为无毒的N2和CO2,实现N2O、CO的无害化处理,故A正确;由N2O+Pt2O+ N2+Pt2可知,Pt2O+失电子,被氧化,发生氧化反应,故B正确;由总反应可知,有1 mol CO2生成时,消耗1 mol N2O,故C正确;由N2O+Pt2O+ N2+Pt2可知,N2O中N元素的化合价由+1价降低到0价,被还原,得到还原产物,即N2是还原产物,由CO+Pt2 CO2+Pt2O+可知,Pt2O+是还原产物,故D错误。

7.C　工业合成氨属于人工固氮,故A正确;在雷电作用下N2与O2发生化学反应生成NO,故B正确;在氮循环过程中人工固氮、氨或铵盐转化为亚硝酸盐、亚硝酸盐转化为硝酸盐、在雷电作用下氮的转化等都是氧化还原反应,故C不正确;硝酸盐可转化为蛋白质,动植物遗体可转化为氨或铵盐,所以含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化,故D正确。

8.B　由图中氮及其化合物间的转化关系可知,X中N为+5价,对应的氮的氧化物是N2O5,A正确;一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮,不能用排空气法收集NO,B错误;工业生产硝酸的步骤:氨气催化氧化生成一氧化氮和水,一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮,二氧化氮与水反应得到硝酸,故原料为NH3、空气、水,C正确;从原理上看,NH3可与NO2发生归中反应生成氮气,D正确。

能力提升练

1.D　要满足气体被完全吸收的条件,混合气体的平均分子组成可以看作N2O5,即=,根据阿伏加德罗定律可知,(x+y)∶(x+2y+2z)=2∶5。A、B、C项均符合(x+y)∶(x+2y+2z)=2∶5关系,不符合题意;D项,不符合(x+y)∶(x+2y+2z)=2∶5关系,符合题意。

2.A　反应的化学方程式分别为4NO2+O2+2H2O 4HNO3、4NO+3O2+2H2O 4HNO3,O2足量,则生成HNO3的物质的量取决于NO2与NO的体积,由于NO2与NO体积相同,生成HNO3的物质的量相等,即两试管中HNO3的浓度相等,A项正确。

3.C　①NO和NO2:1体积NO2与水反应生成体积的NO,即试管中,剩余气体体积为原来的+×=;②NO2和O2:4NO2+O2+2H2O 4HNO3,NO2全部消耗,而O2有剩余,即试管中剩余气体体积为原来的×(1-)=;则试管中上升的水的体积V2>V1。

4.答案　(1)分液漏斗　(2)碱石灰(或氢氧化钠固体或氧化钙固体)　(3)2NO+Na2O2 2NaNO2　2.24　(4)1.8　(5)①3NO2+H2O 2HNO3+NO　②向试管中缓缓通入 mL氧气

解析　(1)根据装置图可知盛有浓硝酸的仪器的名称为分液漏斗。

(2)因为一氧化氮中混有二氧化碳和水蒸气,二氧化碳和过氧化钠反应生成碳酸钠和氧气,水与过氧化钠反应生成氢氧化钠和氧气,为避免产生这些副产物,应在B、C装置间增加一个盛有碱石灰或氢氧化钠固体或氧化钙固体的装置,用来吸收二氧化碳和水蒸气。

(3)根据得失电子守恒及原子守恒可知化学方程式为2NO+Na2O2 2NaNO2,反应中N元素化合价由+2价升高为+3价,当反应中转移0.1 mol电子时,吸收NO的物质的量为0.1 mol,则标准状况下NO的体积为2.24 L。

(4)根据C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O,3NO2+H2O 2HNO3+NO可得关系式C~4NO2~NO~HNO3,根据3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,有关系式HNO3~Cu~NO,则有C~NO,所以C与总的NO的关系式为C~2NO,根据2NO+Na2O2 2NaNO2可知C与Na2O2的关系式为C~Na2O2,所以11.7 g过氧化钠完全转化为亚硝酸钠,理论上至少需要碳的质量为×12 g/mol=1.8 g。

(5)①NO2与水反应生成一氧化氮和硝酸,反应的化学方程式是3NO2+H2O 2HNO3+NO。②根据反应4NO2+2H2O+O2 4HNO3可知,要使此试管中NO2完全被水吸收,可向试管中缓缓通入 mL氧气。

5.答案　(1)①分液漏斗　②b→e→f→g→h→c→d→i　③吸收Cl2中的HCl　除去多余的氯气,防止污染空气　

(2)①观察气泡产生的快慢,便于控制Cl2和NO2的进入量的比例

②Cl2+2NO2+4NaOH 2NaNO3+2NaCl+2H2O　③NO2的量过多,NO2与NaOH溶液反应生成了NaNO2,加入稀硫酸后N发生歧化反应生成NO、H2O和NO2

解析　(1)①依据仪器形状可知:M为分液漏斗。②实验室用二氧化锰和浓盐酸在加热条件下制取氯气,制得的氯气中含有氯化氢和水蒸气,依次通过盛有饱和食盐水、浓硫酸的洗气瓶除去杂质,氯气密度大于空气密度,用向上排空气法收集,尾气用氢氧化钠溶液吸收,所以正确的连接顺序为b→e→f→g→h→c→d→i。③浓盐酸易挥发,制备的氯气中含有氯化氢,氯化氢极易溶于水,氯气在饱和食盐水中溶解度不大,装置D中饱和食盐水可吸收氯气中的氯化氢;氯气有毒,与氢氧化钠反应,可以用氢氧化钠溶液对氯气进行吸收。(2)①氯气在饱和食盐水中溶解度不大,二氧化氮在四氯化碳中不溶,所以分别通入两种气体后,会看到产生气泡,通过观察产生气泡的快慢控制Cl2和NO2的进入量的比例。②通入适当比例的氯气和二氧化氮,Y中观察不到气体颜色,说明氯气和二氧化氮完全反应,反应结束后在Y中加入稀硫酸无现象,说明没有生成N,氯气、二氧化氮、NaOH发生氧化还原反应生成硝酸钠、氯化钠和水,化学方程式为Cl2+2NO2+4NaOH 2NaNO3+2NaCl+2H2O。③通入的二氧化氮量过多,则过量的二氧化氮与NaOH溶液反应生成了NaNO2,加入稀硫酸后N在酸性环境下发生歧化反应生成一氧化氮、水和二氧化氮,二氧化氮为红棕色气体,所以会看到试管中出现红棕色气体。