鲁科版 (2019)必修 第一册微项目 科学使用含氯消毒剂——运用氧化还原反应原理解决实际问题巩固练习

第3节　氮的循环

第1课时　自然界中的氮循环　氮的固定

1．下列关于氮气的说法中，错误的是(　　)

A．通常情况下，氮气性质比较稳定

B．氮气可经一步反应转化成二氧化氮

C．通常情况下，氮气在水中的溶解度很小

D．跟氢气在一定条件下发生反应时，氮气是氧化剂

【答案】　B

【解析】　N2不能一步转化为NO2，N2＋O22NO，2NO＋O2===2NO2。

2．下列关于自然界中氮循环(如下图)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、氧三种元素也参加了氮循环

【答案】　A

【解析】　A项，人工固氮合成氨反应中，氮元素的化合价降低被还原，错误；B项，工业合成氨属于人工固氮，正确；C项，硝酸盐转化为蛋白质及经动物消化使蛋白质转化为氨气和铵盐，实现了含氮无机物和含氮有机物的相互转化；并且碳、氢、氧三种元素也参加了氮的循环，C正确，D正确。

3．下列反应属于氮的固定的是(　　)

①N2和H2在一定条件下合成NH3

②NO2和H2O反应生成HNO3和NO

③Mg在N2中燃烧生成Mg3N2

④NO被空气氧化为NO2

A．①② B．②③ 

C．①③ D．①④

【答案】　C

【解析】　氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮。

4．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．H2O D．浓硫酸

【答案】　C

【解析】　通过A、B两项都会生成CO2，导致引入新的杂质；浓H2SO4不与NO2反应，故不能除去NO中的NO2；由反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO知，水洗可除去NO中的NO2。

5．下列关于NO的说法正确的是(　　)

A．NO是酸性氧化物

B．NO只能通过人工合成

C．NO是大气污染物，会形成酸雨

D．NO可以用向上排空气法收集

【答案】　C

【解析】　A．NO是不成盐氧化物；B．氮气和氧气雷雨天气生成NO；D．NO与氧气反应不能用排空气法收集

6．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。

7．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，可以观察到试管中液面继续上升，经过多次重复后，试管内完全充满液体，原来试管中盛装的气体是(　　)

A．可能是N2和NO2的混合气体

B．一定是NO2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】　试管内气体为红棕色，故一定含有NO2，也可能含有NO，因为2NO＋O2===2NO2，生成的NO2又可与水反应，使液面上升，NO2、O2与水反应的总反应的化学方程式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，故当试管内气体为NO2或NO2与NO的混合物时，通入适量O2，最终试管内可完全充满液体。由于N2不溶于水，故不可能含有N2。由此可知【答案】为C。

8．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

【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。

9．现有NO2、O2的混合气体12 mL，通入足量水中，充分反应后剩余气体2 mL(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积是(　　)

A．1.3 mL B．2.4 mL

C．3 mL D．4 mL或1.2 mL

【答案】　D

【解析】　(总反应式法)根据有关的反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

设原混合气体中O2的体积为V(O2)，剩余气体可能是O2，也可能是NO。

①若剩余O2，则V剩＝V(O2)－[12 mL－V(O2)]＝2 mL。

解得V(O2)＝4 mL。

②若剩余NO，则V剩＝[12 mL－V(O2)－4V(O2)]＝2 mL。

解得V(O2)＝1.2 mL。

10．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＝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。

11．氮氧化物进入大气后，不仅会形成硝酸型酸雨，还可能形成光化学烟雾，因此必须对含有氮氧化物的废气进行处理。

(1)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　①，

2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O　②，在反应①中，氧化剂是________，还原剂是________。在反应②中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。

(2)汽车尾气中含有CO和NO，消除这两种物质对大气的污染的方法是安装催化转化器，使它们发生反应生成对大气无污染的气体，该反应的化学方程式为______________________

__________________________________________________________________。

【答案】　(1)NO2　NO　1∶1　(2)2NO＋2CON2＋2CO2

【解析】　(1)在反应①中NO2中的氮元素化合价降低做氧化剂，NO氮元素化合价升高做还原剂；在反应②中氧化剂和还原剂都是NO2，它们的物质的量之比为1∶1。(2)根据质量守恒定律结合题目信息可知，一氧化氮与一氧化碳反应后生成的对大气无污染的物质应为氮气和二氧化碳。

12．为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如下实验：按图组装好实验装置，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。关闭止水夹，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烧杯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

【解析】（1）2NO＋O2===2NO2  无色NO气体被氧化为红棕色的NO2气体。、

（2）3NO2＋H2O===2HNO3＋NO  NO2气体与水反应生成NO气体，同时气体体积减小烧瓶内压强减小引起倒吸。

13．如图所示：在水槽B中装有500 mL水，容积为a mL的试管A充满了NO2和NO的混合气体(标准状况)，将试管A倒插入水槽B中。充分反应后，试管A中剩余气体的体积为0.5a mL。

(1)将A倒插入B中发生的反应为__________________________________

_____________________________________________________，

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向剩余0.5a mL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500 mL)。

【答案】　(1)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　1∶2　3∶1

(2)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)

【解析】　(1)试管A倒插入水槽B中后，发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，氧化剂与还原剂均为NO2，质量比为1∶2。根据题意有n(NO2)＋n(NO)＝[n(NO2)＋n(NO)]，n(NO2)∶n(NO)＝3∶1；(2)试管A中剩余0.5a mL气体为NO，通入氧气后，发生反应2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，可写为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(O2)。(3)试管中充满气体时，根据氮原子守恒，n(HNO3)＝n(气体)＝×10－3 mol，c(HNO3)＝＝ mol·L－1。

14．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，其部分工艺流程如下：

(1)一定条件下，NO与NO2可以生成一种新的氧化物，试写出该反应的化学方程式：_____________________________________________________________

_______________________________________________________________。

(2)上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底部进入，石灰乳从吸收塔顶部喷淋)，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_____________________________________________。

【答案】　(1)NO＋NO2N2O3

(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↑＋H2O

【解析】　(1)若NO与NO2反应生成新的氧化物，必然是NO中N的化合价升高被氧化，NO2中N的化合价降低被还原，生成的新的氧化物中N的化合价应该介于＋2和＋4之间，为＋3价，据此写出反应方程式：NO＋NO2N2O3。

(2)气体上升液体下降，这样气液接触充分，使尾气被充分吸收；分析加入的原料及生成物，只有Ca(OH)2微溶于水，所以滤渣的主要成分为Ca(OH)2。

(3)当n(NO)＞n(NO2)时，NO过剩；当n(NO)＜n(NO2)时，NO2过剩，剩余NO2会与Ca(OH)2反应生成Ca(NO3)2。

(4)依据化合价升降守恒，NO生成NO时氮元素化合价降低，则反应中一部分NO中氮元素的化合价一定升高，可能生成NO或NO2，但在水溶液中NO2会与水反应生成NO，所以最终产物为NO，据此写出离子方程式：3NO＋2H＋===NO＋2NO↑＋H2O。