高中化学苏教版 (2019)必修 第二册专题7 氮与社会可持续发展第一单元 氮的固定获奖课件ppt

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7.1氮的固定 课后分层练 1．自然界的氮循环如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．①中N2与O2反应生成NO B．②中合成氨属于人工固氮 C．③中氮元素被氧化 D．氧元素参与了氮循环 [答案] C [解析]A对，氮气在足量的氧气中，打雷闪电时涉及的一个反应为N2＋O2eq \o(=====,\s\up10(放电))2NO，一氧化氮与氧气反应：2NO＋O2===2NO2；B对，工业合成氨是将N2与H2在一定条件下反应生成NH3，属于人工固氮； C错，③中细菌还原硝酸根中+5价的氮，生成无污染的0价的氮气，所以③中氮元素被还原，而不是被氧化； D对，N2在放电条件下与O2直接化合生成无色且不溶于水的一氧化氮气体，，氧元素参与反应，二氧化氮易与水反应生成硝酸和一氧化氮，化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，氧元素参加了氮循环。 2．下列各项属于自然固氮的是(　　) A．植物从土壤中吸收含氮肥料 B．合成氨制取氮肥 C．豆科植物的根瘤菌将氮气转变成硝酸盐等含氮的化合物 D．仿生固氮 [答案] C [解析]A、B两项是化合态氮之间的转化，不属于氮的固定；D属于人工固氮；C属于自然固氮。 3．下列气体为红棕色气体的是(　　) A．NO　　　　　　 B．NO2 C．N2 D．NH3 [答案] B [解析]NO2为红棕色气体，NO 、N2、NH3为无色气体。 4．如图所示，弹簧夹K开始处于关闭状态，将液体A滴入试管②与气体B充分反应，打开K，发现试管①内的水立刻沸腾了。则液体A和气体B的组合不可能是下列的(　　) A．亚硫酸钠溶液、氯气 B．水、二氧化氮 C．水、一氧化氮 D．氢氧化钠溶液、二氧化碳 [答案] C [解析]①中水沸腾说明①中气体压强减小，在C项中水与NO不反应，不能使气体压强减小。 5．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 [答案] C [解析]少量NO2气体通入过量小苏打溶液中，逸出的气体为NO、CO2，二者物质的量之比为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。 6．下列气体①N2、②O2、③NO2、④NO、⑤CO2、⑥CO中，属于大气污染物的是 (　　) A．③④⑥ B．①②③④ C．③④⑤⑥ D．全部 [答案] A [解析]氮的氧化物、硫的氧化物及CO是常见的大气污染物。 7．诺贝尔化学奖曾授予德国化学家Gerhard Ertl，以表彰他对固体表面化学研究过程中的重大发现。使CO、NOx等在铂表面发生化学反应转变成无毒气体，以减少汽车尾气中有毒气体的排放，正是此项研究的重要应用之一。下列有关说法不正确的是(　　) A．CO在铂表面被氧化生成CO2，铂起催化作用 B．汽车尾气中的NOx在铂表面发生反应的产物是N2 C．CO在铂表面可能和O2、NOx反应 D．NOx、CO、CO2均能与人体中的血红蛋白结合 [答案] D [解析]CO、NOx在铂表面发生的反应为CO＋NOx―→CO2＋N2(未配平)，也可能是CO与O2反应，此过程中铂作催化剂；CO2不能与人体中的血红蛋白结合。 8．在二氧化氮被水吸收的反应中，发生还原反应和氧化反应的物质的量之比是(　　) A．3∶1 B．1∶3 C．1∶2 D．2∶1 [答案] C [解析]二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮，氧化剂和还原剂都是二氧化氮，发生还原反应和氧化反应的物质的量之比为1∶2。 9．一定条件下，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.eq \f(1,4)　　　　B.eq \f(3,4)　　　　C.eq \f(1,8)　　　　D.eq \f(3,8) [答案] C [解析]该反应为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。由方程式4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3计算，NO和O2等体积混合，剩余O2eq \f(1,4)体积，是原混合气体的eq \f(1,8)。 10．氮是动植物生长不可缺少的元素，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＋O2eq \o(=====,\s\up7(放电))2NO B．过程③“固氮作用”中，氮气被还原 C．⑤中涉及的反应可能有2NOeq \o\al(－,2)＋O2===2NOeq \o\al(－,3) D．⑥中涉及的反应可能有2NOeq \o\al(－,3)＋12H＋===N2↑＋6H2O [答案] D [解析]过程①“雷电作用”中氮气与氧气化合生成NO，即发生的反应是N2＋O2eq \o(=====,\s\up7(放电))2NO，A正确；过程③“固氮作用”中氮元素化合价降低，氮气被还原，B正确；⑤中NOeq \o\al(－,2)被氧化为NOeq \o\al(－,3)，涉及的反应可能有2NOeq \o\al(－,2)＋O2===2NOeq \o\al(－,3)，C正确；⑥中氮元素化合价降低，NOeq \o\al(－,3)被还原，涉及的反应不可能为2NOeq \o\al(－,3)＋12H＋===N2↑＋6H2O，因为此反应中只有元素化合价降低，没有元素化合价升高，故D错误。 11．对3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应的下列说法正确的是(　　) A．氧化剂与还原剂的质量比为1∶2 B．氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2 C．NO2是氧化剂，H2O是还原剂 D．在反应中若有6 mol NO2参与反应时，有3 mol电子发生转移 [答案] A [解析]该反应中NO2既是氧化剂又是还原剂，硝酸为氧化产物，NO为还原产物。硝酸与NO的物质的量之比为2∶1，还原剂(NO2)与氧化剂(NO2)的物质的量之比为2∶1。若有6 mol NO2参与反应，则转移电子4 mol。 12．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如图实验的处理，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 [答案] B [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。 13．NO与NO2中氮元素的价态均处于中间价态，则NO与NO2均既有氧化性又有还原性。 (1)NO极易与氧气反应表现________性，化学方程式为____________________； 在一定条件下与氨气发生归中反应生成N2，其化学方程式为_______________________。 (2)NO2可发生自身歧化反应，NO2与H2O的化学方程式为____________，氧化剂和还原剂的物质的量之比为________，NO2与NaOH溶液反应可生成两种盐，其中一种是NaNO3，化学方程式为____________________________。 [答案] (1)还原　2NO＋O2===2NO2　4NH3＋6NOeq \o(=====,\s\up7(一定条件))5N2＋6H2O (2)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　1∶2　2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O 14．某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应，特进行如下实验(如图所示)。 图1　　　　　图2　　　　　图3 (1)图1两集气瓶中________(填“上”或“下”)瓶颜色深。 (2)图2中反应的现象是__________________________________________。 (3)图3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2和图3中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式：_______________________________________________________________。 [答案]　(1)下　(2)两气体混合后，颜色消失　(3)NO　氧化　(4)NO2＋SO2===NO＋SO3 [解析]　图3中反应生成的气体遇空气显红棕色，说明图2中反应生成了NO，即NO2和SO2反应，NO2转化为NO，表现氧化性，而SO2则表现还原性，被氧化，S元素化合价升高，只能变成＋6价，应转化为SO3。 15．为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如下实验：按图所示组装好实验装置，并检验装置气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。 (1)打开止水夹，推动针筒活塞，使O2进入烧瓶。关上止水夹，首先观察到烧瓶中的现象：_______________________________________________________________； 产生此现象的化学方程式为____________________________________。 (2)轻轻摇动烧瓶，观察到烧瓶中的现象为 ①______________________________________________________________； ②______________________________________________________________。 产生此现象的化学方程式为_______________________________。 [答案]　(1)烧瓶中气体由无色变为红棕色　 2NO＋O2===2NO2　(2)①烧瓶中红棕色气体又变为无色　②烧杯中水倒吸到烧瓶中(或烧瓶中液面上升)　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 1．下列关于氮气的说法中错误的是(　　) A．通常情况下N2性质很稳定，所以N2可以在电焊时作保护气 B．N2＋O2eq \o(=====,\s\up10(高温))2NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要因素之一 C．N2在空气中约占的质量比为eq \f(4,5) D．在反应3Mg＋N2eq \o(=====,\s\up10(高温))Mg3N2中，N2作氧化剂 [答案] C [解析]N2很稳定，常用作保护气；但在高温下N2与O2产生的NO易被氧化为NO2，故汽车尾气会造成环境污染；N2在空气中的体积含量约为4/5；N2与金属、H2反应时作氧化剂。 2．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．装置E中碱石灰的作用是吸收尾气 [答案] 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。 3．科学的假设与猜想是科学探究的先导和价值所在。在下列假设或猜想引导下的探究肯定没有意义的是(　　) A．探究SO2和Na2O2反应可能有Na2SO4生成 B．探究NO和N2O可能化合生成NO2 C．探究NO2可能被NaOH溶液完全吸收生成NaNO2和NaNO3 D．探究向滴有酚酞溶液的NaOH溶液中通入Cl2，红色褪去的原因是溶液的酸碱性改变还是HClO的漂白作用 [答案] B [解析]NO和N2O反应不可能生成NO2，因为氮元素的化合价均升高，没有元素化合价的降低。 4.如图所示，试管中盛装的气体呈红棕色，当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上升，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面继续上升，经过多次重复后，试管被水充满，对原试管中盛装的气体说法正确的是(　　) A．可能是N2与NO2的混合气体 B．可能是N2O气体 C．可能是NO与NO2的混合气体 D．只可能是NO2一种气体 [答案] C [解析]试管中盛装的气体呈红棕色，那么一定有二氧化氮存在。根据题述现象可知，原试管中盛装的气体的成分可能为①NO2、②NO2和O2(少量)、③NO2和NO等。 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。其中反应④的离子方程式为 4NHeq \o\al(＋,4)＋5O2===2NOeq \o\al(－,2)＋6H＋＋N2O＋5H2O。下列说法正确的是(　　) A．①②均属于固氮反应 B．海洋中的反硝化作用一定有氧气参加 C．反应④中每生成1 mol H2O 共转移2 mol电子 D．向海洋排放含NOeq \o\al(—,3)的废水可能影响海洋中氮的循环 [答案] D [解析]氮的固定是指游离态的氮变成化合态的氮，即由N2生成含氮化合物，故②是氮的固定，①不是，A错误；反硝化作用是反硝化细菌在缺氧条件下，还原硝酸盐或亚硝酸盐，释放出N2或N2O的过程，不一定有氧参加，B错误；反应④中反应为4NHeq \o\al(＋,4)＋5O2===2NOeq \o\al(—,2)＋6H＋＋N2O＋5H2O，生成1 mol H2O时消耗1 mol O2，则转移4 mol 电子，C错误；向海洋排放含NOeq \o\al(—,3)的废水，会增强NOeq \o\al(—,3)的反硝化作用，可能影响海洋中氮的循环，D正确。 6．实验室可用如图装置制取少量氮气。下列说法不正确的是(　　) A．反应过程中，③中硬质玻璃管中固体由黑变红 B．②中盛放的固体可能是碱石灰 C．实验开始时先点燃③中的酒精灯，再点燃①中的酒精灯 D．实验结束时，先将导管从水槽中拿出，再熄灭①③中的酒精灯 [答案] C [解析]加热条件下，氨气与CuO反应生成氮气、Cu和水，反应的方程式为2NH3＋3CuOeq \o(=====,\s\up8(Δ))N2↑＋3Cu＋3H2O，所以反应过程中，③中硬质玻璃管中固体由黑变红， A正确；干燥氨气应该用碱性干燥剂，所以②中盛放的可能是碱石灰， B正确；先用①中产生的氨气排尽装置中的空气，所以实验开始时先点燃①的酒精灯，再点燃③的酒精灯， C错误；结束实验时，先把水槽中的导管取出，然后熄灭酒精灯，否则水槽中的导管会产生倒吸， D正确。 7．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 [答案] D [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＝eq \f(4,3)V；②中有反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，则剩余O2的体积V2＝eq \f(3,4)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。 8．氮的氧化物和硫的氧化物是导致酸雨的主要物质。 (1)形成酸雨的原理之一可简单表示如下： 回答下列问题： ①酸雨的pH________ (填“＞”“＜”或“＝”) 5.6。 ②D物质的化学式为________。 ③反应②的化学方程式为_________________________________________。 (2)在一定条件下氨气亦可用来将氮氧化物转化为无污染的物质。氨气和二氧化氮在一定条件下反应的化学方程式为6NO2＋8NH3eq \o(=====,\s\up10(一定条件))7N2＋12H2O，则反应 中氧化剂是________，还原剂是_____________。 (3)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下： NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O 2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O 现有V L NaOH溶液能完全吸收n mol NO2和m mol NO组成的大气污染物。 ①所用烧碱溶液的物质的量浓度至少为________ mol·L－1。 ②若所得溶液中c(NOeq \o\al(－,3))∶c(NOeq \o\al(－,2))＝1∶9，则原混合气体中NO2和NO的物质的量之比n∶m＝________。 ③用含n和m的代数式表示所得溶液中NOeq \o\al(－,3)和NOeq \o\al(－,2)浓度的比值c(NOeq \o\al(－,3))∶c(NOeq \o\al(－,2))＝________。 [答案]　(1)①＜　②H2SO3　③2SO2＋O22SO3　(2)NO2　NH3　 (3)①eq \f(m＋n,V)　②3∶2　③eq \f(n－m,3m＋n) [解析]　(1)酸雨的pH＜5.6，正常雨水的pH＝5.6。由图示转化可知：A为SO2，B为SO3，D为H2SO3。(3)①因产物NaNO3、NaNO2中n(Na＋)＝n(N)，故n(NaOH)＝n(NO)＋n(NO2)＝(m＋n) mol，c(NaOH)＝eq \f(m＋n,V) mol·L－1。②NO2和NO的混合气体与NaOH溶液反应可以认为先后发生如下反应： NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O m　 m　　　　　　　　2m 2NO2＋2NaOH===NaNO2＋　　NaNO3＋H2O n－m　　　　　　　eq \f(1,2)(n－m)　 eq \f(1,2)(n－m) 当V(NO2)≥V(NO)时能吸收完全，所以c(NOeq \o\al(－,3))∶c(NOeq \o\al(－,2))＝eq \f(\f(1,2)n－m,2m＋\f(1,2)n－m)＝eq \f(1,9)，即n∶m＝3∶2。 ③c(NOeq \o\al(－,3))∶c(NOeq \o\al(－,2))＝eq \f(1,2)(n－m)∶eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2m＋\f(1,2)n－m))＝eq \f(n－m,3m＋n)。 9．实验小组为验证NO2与水反应的产物，用如图所示装置进行实验(夹持装置已略去，气密性已检验)。 【实验过程】 步骤Ⅱ中，传感器记录数据如图所示： 图1 图2 【解释及结论】 (1)NO2与水反应的离子方程式为__________________________________。 (2)步骤Ⅰ中，通入N2的目的是_____________________________________。 (3)将步骤Ⅱ中圆底烧瓶内的实验现象补充完整：_______________________。 (4)该实验验证NO2与水反应产物的实验证据包括________(填序号)。 A．圆底烧瓶中溶液变为蓝绿色 B．三颈瓶内的气体从无色变为浅红棕色 C．pH传感器记录所得数据 D．NOeq \o\al(－,3)传感器记录所得数据 (5)有同学认为该实验不严谨，因为________也可能导致pH传感器所记录的数据结果________。 [答案]　(1)3NO2＋H2O===2H＋＋2NOeq \o\al(－,3)＋NO　(2)排出装置中的氧气(空气)　(3)有红棕色气体生成　(4)BCD　(5)圆底烧瓶中浓硝酸的挥发　偏小 [解析]　打开K1、K3、K5，关闭K2、K4，通入一段时间N2，排出装置中的氧气(空气)；打开K2，放入足量浓HNO3，打开pH传感器和NOeq \o\al(－,3)传感器，铜与浓硝酸发生反应生成硝酸铜、二氧化氮和水；打开K4，用注射器将少量空气注入三颈瓶，三颈瓶内的气体从无色变为浅红棕色的现象可知，二氧化氮与水反应生成一氧化氮和硝酸，生成的一氧化氮被氧气氧化又生成了二氧化氮。pH传感器是用来检测被测物中氢离子浓度并转换成相应的可用输出信号的传感器，随着反应的进行，pH传感器记录所得数据表示，pH减小，酸性增强，能验证NO2与水反应生成的产物。 10．(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＋CO2eq \o(=====,\s\up7(点燃))2MgO＋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＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。 a．装置A中的试剂是____________________。 b．干燥管和装置B的作用分别是__________________________、________________________。 c．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 [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＋SO2===NO＋SO3 (2)①4Mg＋2NO2eq \o(=====,\s\up7(点燃))4MgO＋N2 ②a.NaOH溶液　b．吸收NO2，避免污染环境　收集N2　c．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＋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。 (2)①由题意可知，Mg与NO2发生置换反应的化学方程式为4Mg＋2NO2eq \o(=====,\s\up7(点燃))4MgO＋N2。②由资料信息：2NO2＋2NaOH===NaNO3＋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，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)。 实验步骤实验现象Ⅰ．打开K1、K3、K5，关闭K2、K4，通入一段时间N2，关闭K1________________Ⅱ．打开K2，放入足量浓HNO3，同时打开pH传感器和NOeq \o\al(－,3)传感器，记录数据圆底烧瓶中反应剧烈，铜片逐渐溶解，溶液变为蓝绿色，__________________；片刻后，三颈瓶内的导管口有气泡冒出Ⅲ．5 min后，打开K4，用注射器将少量空气注入三颈瓶，关闭K4三颈瓶内的气体从无色变为浅红棕色