鲁科版 (2019)必修 第一册第3章 物质的性质与转化第3节 氮的循环第1课时当堂检测题

第3章物质的性质与转化

第3节　氮的循环

第1课时　自然界中的氮循环　氮气和氮的氧化物

课后篇素养形成

合格考达标练

1.下列关于N2性质的叙述错误的是(　　)

A.任何物质在氮气中都不能燃烧

B.氮气既具有氧化性,又具有还原性

C.将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定

D.氮气与氧气在一定条件下反应生成一氧化氮

答案A

解析活泼金属钠、镁等可以在N2中燃烧。

2.实验室收集NO、NO2两种气体,下列收集方法正确的是 (　　)

A.均可用排水法

B.均可用向上排空气法

C.NO用向上排空气法,NO2用排水法

D.NO用排水法,NO2用向上排空气法

答案D

解析NO2气体能与水反应产生硝酸和NO,不能用排水法收集;NO能与O2反应产生NO2,所以NO不能用排空气法收集,D项正确。

3.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

解析合成氨反应中,氮元素的化合价降低被还原,A项错误;工业合成氨属于人工固氮,B项正确;硝酸盐转化为蛋白质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项、D项正确。

4.下列变化中不属于氮的固定的是(　　)

A.豆科植物的根瘤菌把氮气变为NH3

B.闪电时,空气中的O2和N2化合成NO

C.工业上将NH3与CO2在高温、高压下制成[CO(NH2)2]

D.工业上用N2和H2合成NH3

答案C

解析氮气中的氮是游离态的氮,NH3中的氮是化合态的氮,由N2生成NH3属于固氮,故A不符合题意;N2中的氮是游离态的氮,NO中的氮是化合态的氮,属于固氮,故B不符合题意;NH3和[CO(NH2)2]中氮元素都以化合态存在,不属于固氮,故C符合题意;氮气中的氮是游离态的氮,NH3中的氮是化合态的氮,工业合成氨是人工固氮,故D不符合题意。

5.对于NO2通入水中的反应,下列说法正确的是(　　)

A.NO2是氧化剂,H2O是还原剂

B.NO2既是氧化剂,又是还原剂

C.每当有1 mol NO2参加反应时,则转移2 mol电子

D.H2O是氧化剂,NO2是还原剂

答案B

解析根据可知,只有氮元素的化合价有升高和降低,所以NO2既是氧化剂,又是还原剂;3 mol NO2参加反应,转移2 mol电子,故每当有1 mol NO2参加反应时,转移 mol电子。

6.将充满NO2和O2的量筒倒立于盛有水的水槽中,经过一段时间后,水上升到量筒体积的一半处停止,则剩余气体的成分是(　　)

A.NO2 B.NO

C.O2 D.NO或O2

答案C

解析设量筒的体积为V L,剩余 L的气体可能是NO或O2。①若剩余气体为NO,根据反应3NO2+H2O2HNO3+NO,则过量NO2为 L,不合题意。②若剩余气体为O2,则有 L NO2与O2的混合气体发生反应4NO2+O2+2H2O4HNO3,符合题意。

7.某无色混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的一种或几种。现将此混合气体通过品红溶液后,品红溶液褪色,向剩余气体中通入空气,很快变为红棕色。下列对原混合气体成分的判断正确的是(　　)

A.肯定只有SO2

B.肯定没有Cl2、O2和NO2

C.可能有Cl2和O2

D.肯定只有NO

答案B

解析原混合气体为无色气体,故一定不含氯气和二氧化氮,也不同时存在氧气和一氧化氮,混合气体通过品红溶液后,品红溶液褪色,故原混合气体中一定含有二氧化硫;向剩余气体中通入空气,很快变为红棕色,所以原混合气体中一定含有一氧化氮,则一定不含氧气。结合以上分析可知,B正确。

8.将盛有N2和NO2(无N2O4)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.3∶1 B.1∶3

C.1∶2 D.1∶1

答案B

解析设原混合气体中含有x mol N2,y mol NO2,相同条件下气体的物质的量与体积成正比。

盛有N2和NO2的混合气体的试管倒立于水中发生3NO2+H2O2HNO3+NO,则

3NO2+H2O2HNO3+NO

 3 1

 y 

则(x+)∶(x+y)=1∶2,

解得x∶y=1∶3。

9.Ⅰ.氮在自然界中的转化是一个复杂的过程,涉及地球上生物圈的方方面面。

(1)汽车尾气中的NO和NO2是大气污染物。

①写出NO造成酸雨的两个化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

②在汽车尾气排放管中安装一个催化转化器,可以将尾气中另一种有害气体CO跟NO反应转化为无毒气体,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)用化学方程式表达工业上以NH3为原料生产HNO3的第一步反应:　　　　　　　　　　　。 

Ⅱ.(1)用少量氯气消毒的自来水养金鱼时,通常需要先将自来水晒一晒,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用化学方程式表示)。 

(2)小苏打通常用来治疗胃酸过多,但同时患有胃溃疡的病人却不能服用,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用离子方程式表示)。 

答案Ⅰ.(1)①2NO+O22NO2　3NO2+H2O2HNO3+NO　②2NO+2CON2+2CO2　

(2)4NH3+5O24NO+6H2O

Ⅱ.(1)2HClO2HCl+O2↑

(2)HC+H+H2O+CO2↑

解析Ⅰ.(1)①一氧化氮被氧气氧化生成二氧化氮,二氧化氮溶于水生成硝酸和一氧化氮,反应的化学方程式为2NO+O22NO2,3NO2+H2O2HNO3+NO;②在汽车尾气排放管中安装一个催化转化器,可将尾气中另一种有害气体CO跟NO反应转化为无毒气体二氧化碳和氮气,反应的化学方程式为2NO+2CON2+2CO2。

(2)工业上以NH3为原料生产HNO3的第一步是氨气的催化氧化生成一氧化氮和水,该反应的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。

Ⅱ.(1)用少量氯气消毒的自来水中,发生了反应Cl2+H2OHCl+HClO,其中次氯酸见光分解反应为2HClO2HCl+O2↑。

(2)小苏打通常用于治疗胃酸过多,但同时患有胃溃疡的病人却不能服用,因为反应时生成的二氧化碳易造成胃穿孔,该过程发生的反应为HC+H+CO2↑+H2O。

等级考提升练

10.

(2020四川邻水实验中学期中)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柱继续上升,经过多次重复后,试管内完全被水充满,对原试管中盛装气体的说法正确的是              (　　)

A.可能是N2与NO2的混合气体

B.可能是H2与NO2的混合气体

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

解析最终试管内完全被水充满,因此不可能含有氮气,所以A项错误;如果有H2,水不可能完全充满试管,所以B项错误;NO虽然不溶于水,但通入氧气后也可以发生反应而溶于水,能完全充满试管,所以C项正确;根据上述分析可知,除一定有NO2气体外,还可能有NO,所以D项错误。

11.N2O俗称“笑气”,曾用作可吸入性麻醉剂。以下反应能产生N2O:3CO+2NO23CO2+N2O。下列关于N2O的说法正确的是(　　)

A.上述反应中每生成1 mol N2O,转移的电子数为3NA

B.等物质的量的N2O和CO2含有相同的原子数

C.N2O只具有氧化性,无还原性

D.N2O会迅速与人体血红蛋白结合,使人中毒

答案B

解析题给反应中N由+4价变为+1价,生成1 mol N2O时转移6 mol电子,所以A项错误;1 mol N2O与1 mol CO2都含有3 mol原子,所以B项正确;N2O中氮元素为+1价,是氮元素的中间价态,因此N2O既具有氧化性又具有还原性,所以C项错误;由题意知,N2O可用作吸入性麻醉剂,因此不可能迅速与人体血红蛋白结合而使人中毒,所以D项错误。

12.将装有50 mL NO2和NO混合气体的量筒倒立于水槽中,反应后气体体积缩小为30 mL,则原混合气体中NO2和NO的体积比是(　　)

A.5∶3 B.3∶5

C.3∶2 D.2∶3

答案C

解析运用差量法计算。

设混合气体中NO2的体积为x,

3NO2+H2O2HNO3+NO　　ΔV

 3 1 2

x　　　　　　　　50 mL-30 mL=20 mL

,解得x=30 mL。

则原混合气体中NO为50 mL-30 mL=20 mL。

所以V(NO2)∶V(NO)=30 mL∶20 mL=3∶2。

13.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。

14.(2020湖南长沙雅礼中学月考)已知HNO2在低温下较稳定,酸性比醋酸略强,既有氧化性又有还原性,其氧化产物、还原产物与溶液pH的关系如下表。下列有关说法错误的是(　　)

A.碱性条件下,NaNO2与NaClO反应的离子方程式为+ClO-+Cl-

B.向冷的NaNO2溶液中加入滴有淀粉的氢碘酸,溶液变蓝色

C.向冷的NaNO2溶液中通入SO2得不到HNO2

D.低温时不用其他试剂不能区分HNO2溶液与Na2CO3溶液

答案D

解析由表中数据知,碱性条件下HNO2可被氧化为,ClO-有强氧化性,能将N氧化为N,同时ClO-被还原为Cl-,所以A项正确;酸性条件下,NaNO2有氧化性,而I-具有强还原性,能将I-氧化成I2,淀粉遇碘变蓝,所以B项正确;HNO2具有氧化性,SO2具有强还原性,因此亚硝酸能将SO2氧化成硫酸根离子,HNO2被还原为NO、N2O和N2中的一种,所以C项正确;由信息可知,HNO2在低温下较稳定,且亚硝酸的酸性强于醋酸,醋酸的酸性强于碳酸,即亚硝酸的酸性强于碳酸,亚硝酸和碳酸钠溶液采用互滴的方法进行区分,把碳酸钠溶液滴入亚硝酸溶液,立即产生气体,将亚硝酸溶液滴入碳酸钠溶液,过一段时间后才产生气体,所以D项错误。

15.氮的氧化物(用NOx表示)是大气污染物,必须进行处理。

(1)NOx能形成酸雨,写出NO2转化为HNO3的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)在汽车尾气系统中安装催化转化器,可有效降低NOx的排放,当尾气中空气不足时,NOx在催化转化器中被还原成N2排出。写出NO和CO反应生成N2和另一种无毒气体的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。已知:4NH3+6NO5N2+6H2O,8NH3+6NO27N2+12H2O。同温同压下,3.5 L NH3恰好将3.0 L NO和NO2的混合气体完全转化为N2,则原混合气体中NO和NO2的体积之比是　　　　　　。 

(4)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理,若NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后得到一种钠盐,该钠盐的化学式是　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案(1)3NO2+H2O2HNO3+NO

(2)2NO+2CON2+2CO2

(3)1∶3　(4)NaNO2

解析(1)NO2转化为HNO3的化学方程式为3NO2+H2O2HNO3+NO。

(2)根据题目信息可知,NO被CO还原为N2,而CO被氧化成CO2,化学方程式为2NO+2CON2+2CO2。

(3)V(NO)+V(NO2)=3.0 L,V(NO)+V(NO2)=3.5 L,则V(NO)=0.75 L,V(NO2)=2.25 L,V(NO)∶V(NO2)=1∶3。

(4)NO中氮的化合价为+2价,NO2中氮的化合价为+4价,二者按物质的量之比1∶1混合时与NaOH反应生成盐中氮元素的化合价必然为+3价,即为NaNO2。

16.氮元素是地球上含量丰富的一种元素,氮单质及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。请回答下列问题:

(1)二氧化氮溶于水时与水反应生成硝酸和一氧化氮,请写出该反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)下列有关氮元素的说法正确的是　　　　。 

A.氮气因为其化学性质不活泼,可以做保护气,比如充填食品包装,充填电灯泡,保存贵重书画等

B.医学上常用液氮作冷冻剂,在冷冻麻醉条件下做手术,是利用氮气化学性质的不活泼性

C.氮、磷、钾是植物生长必需的营养元素

D.用NO2与水反应制取硝酸时,水做还原剂

(3)豆科植物种植时不需施加氮肥的原因是  　。 

(4)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。写出氨气与二氧化氮在一定条件下反应的化学方程式:　。 

答案(1)3NO2+H2O2HNO3+NO　(2)AC

(3)豆科植物的根瘤菌能够把空气中的氮气转化为含氮化合物,供自身生长使用

(4)8NH3+6NO27N2+12H2O

新情境创新练

17.汽车尾气中常含有CO、NOx等气体,为减轻污染,一般汽车都加装了“催化净化器”,可将汽车尾气中的有毒气体转化为无污染的气体。某化学兴趣小组在实验室模拟汽车尾气处理,设计了下图所示装置(部分夹持装置已略去)。

(1)装置(Ⅲ)的主要作用为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)停止加热,打开活塞K,通入适量氧气时,装置(Ⅱ)中可观察到的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)该套装置中有不完善之处,还应在装置(Ⅳ)后补充　　　　　。 

(4)工业上常用纯碱液来吸收NOx,有关反应的化学方程式为2NO2+Na2CO3NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO32NaNO2+CO2。现有标准状况下a L NO2和b L NO的混合气体恰好被200 mL Na2CO3溶液完全吸收,则a、b应满足的关系为　　　　　。Na2CO3溶液的物质的量浓度为　　　　 mol·L-1(不必化简)。 

答案(1)检验CO是否转化为CO2　(2)出现红棕色气体　(3)尾气处理装置　(4)a∶b≥1∶1　

解析(1)CO和NO在催化剂和加热条件下转化为N2和CO2,CO2与澄清石灰水反应生成CaCO3而出现浑浊,所以装置(Ⅲ)的主要作用是检验CO是否转化为CO2。

(2)由于有部分NO没有转化为N2,向装置中通入氧气时,装置(Ⅱ)中的NO与O2反应生成红棕色的NO2。

(3)由于尾气中仍残留未反应的CO、NO,所以该套装置应增加尾气处理装置。

(4)根据反应2NO2+Na2CO3NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO32NaNO2+CO2可知,NO2和NO的物质的量之比应大于或等于1∶1,气体才会反应完全。与NO2和NO在同一反应中反应的Na2CO3的物质的量为 mol,与NO2单独反应的Na2CO3的物质的量为 mol,故Na2CO3的总物质的量为 mol,Na2CO3的物质的量浓度c(Na2CO3)= mol·L-1。