【同步讲义】高中化学（沪科版2020）必修第一册--3.3.2 氮循环 讲义

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3.3.2  氮循环知识点01  氮及其化合物的相互转化【即学即练1】氮及其化合物的转化关系如图所示。则下列说法不正确的是A．路线①②③是工业生产硝酸的主要途径B．路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径C．上述所有标号的反应都是氧化还原反应D．氮气可在足量的氧气中通过一步反应生成NO2 知识点02  氮氧化物对环境的污染及防治1．常见的污染类型①光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生一种有毒的烟雾。②酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。③破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。④NO与血红蛋白结合使人中毒。2．常见的NOx尾气处理方法①碱液吸收法2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2ONO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2ONO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)，一般适合工业尾气中NOx的处理。②催化转化法在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2，一般适用于汽车尾气的处理)。【即学即练2】汽车尾气中的氮氧化合物NOx与大气中的NH3发生如下作用，形成一种雾霾。NOxN2O5HNO3烟(一种雾霾)。有关该雾霾的叙述正确的是A．NOx为酸性氧化物，可形成酸雨B．反应②是氧化还原反应C．NH3是形成该雾霾的催化剂D．NH3可能来自过度施用氮肥  常见考法一  氮及其化合物的相互转化【例1】研究氮及其化合物的性质，可以有效改善人类的生存环境。氮元素化合价-物质类别关系图如图回答下列问题：(1)在催化剂和加热的条件下，物质A生成NO是工业制硝酸的重要反应，化学方程式是_______。(2)在加热条件下，物质C的浓溶液与碳单质反应，写出反应的化学方程式：_______。(3)实验室中，检验溶液中含有NH4+的操作方法是_______。 (4)物质B为红棕色气体，写出该物质与水反应的离子方程式：_______，当反应消耗0.15 mol物质B时，转移电子的物质的量为_______。必杀技  需要掌握的氮的化合物有：氨气、铵盐、一氧化氮、二氧化氮、硝酸。【同步练习1】自然界中氮的部分循环过程如图，有关说法正确的是A．过程①和②均属于自然固氮B．X→Y发生化合反应C．NH3→N发生氧化还原反应D．若为硫循环，X在空气中点燃可得Y    常见考法二  氮氧化物对环境的污染及防治【例2】（1）可吸入颗粒物是物质燃烧时产生的粒状漂浮物，颗粒很小，它与空气中SO2、O2接触时，SO2部分转化为SO3，使空气酸度增加，形成酸雨。其中可吸入颗粒物所起的主要作用是________。A．氧化剂      B．还原剂      C．吸附剂      D．催化剂（2）空气中NO2含量增加可引发的环境问题是_____________________。（3）汽车尾气是城市空气的主要污染源之一，含有烃类、CO、SO2、NO等物质，其中容易导致二次污染的物质是________。产生氮氧化物的主要原因是________。A．燃烧含氮化合物燃料引起的        B．燃烧含铅汽油引起的C．由于燃烧不充分引起的             D．在气缸中氮气被氧化生成的必杀技  1．硝酸型酸雨的形成过程：汽车尾气―→NO―→NO2―→HNO32．常见的环境污染环境污染形成原因主要危害温室效应大气中CO2含量不断增加全球变暖，冰川融化酸雨SO2和氮氧化物的排放土壤酸化，腐蚀建筑物光化学烟雾氮氧化物和碳氢化合物的排放危害人体健康和植物生长臭氧空洞氮氧化物和氟氯代烃的排放地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧赤潮和水华含磷洗衣粉的大量使用及废水的任意排放使藻类过度繁殖，水质恶化，发生在海水中为赤潮，淡水中为水华白色污染聚乙烯塑料的大量使用、任意丢弃破坏土壤结构和生态环境 【同步练习2】硫和氮及其化合物对人类生存和社会发展意义重大，但硫氧化物和氮氧化物造成的环境问题也日益受到关注，下列说法正确的是A．NO2和SO2均为红棕色且有刺激性气味的气体，是酸雨的主要成因B．汽车尾气中的主要大气污染物为NO、SO2和PM2.5C．植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料，实现氮的固定D．工业废气中的SO2可采用石灰法进行脱除     题组A  基础过关练1．下列关于自然界中氮循环的说法错误的是A. 氮肥均含有NH4+B. 雷电作用固氮中氮元素被氧化C. 碳、氢、氧三种元素参与了自然界中氮循环D. 合成氨工业的产品可用于侯氏制碱法制备纯碱2．下列关于含氮化合物的说法错误的是A．工业上可使用液氨作制冷剂B．NO2能导致“光化学烟雾”C．浓硝酸可用铝槽车运输D．硫酸铵又称肥田粉，属于硝态氮肥3．自然界的氮循环如图所示。下列说法中，错误的是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4．下列说法正确的是A．CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在B．NO可用于某些疾病的治疗C．NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象D．常温常压下，NO不能与空气中的氧气直接化合5．NO在人体内起着多方面的重要生理作用。下列关于NO的说法错误的是A．NO是具有刺激性气味的红棕色气体B．NO是汽车尾气的有害成分之一C．NO常温下遇到O2就化合成NO2D．NO2与水反应，有NO生成6．自然界中氮的部分循环过程如图，有关说法正确的是
A．过程①和过程②均属于自然固氮B．X转化为Y的反应原子利用率为100%C．N转化为NH3或M均发生氧化还原反应D．若为硫循环，X在空气中点燃可得Y7．自然界的氮循环如图所示，下列说法正确的是A．①中N2与O2反应生成NO2是大气固氮B．②中合成氨属于人工固氮C．③中的氮元素被氧化D．氮循环过程中没有氧元素参加8．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图表示．下列关于海洋氮循环的说法正确的是
A. ①、②均属于固氮反应B. 海洋中的氮循环起始于氮的氧化C. 海洋中的反硝化作用一定有氧气的参与D. 反应④的离子方程式可能为：4NH4++5O2 = 2NO2- +6H++N2O+5H2O9．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)请写出工业固氮的化学方程式：　　　                          　。 (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                               。 题组B  能力提升练10．海洋生物参与氮循环过程如图所示（其它含氮物质不参与反应）。下列说法错误的是
A. 以上六种含氮微粒，共呈现了氮的五种价态B. 反应③和⑤若生成等质量的N2，反应③转移的电子数多C. 反应③中若N2H4与O2反应，则N2H4作还原剂D. 反应①~⑤中只有1个非氧化还原反应11．雾霾含有大量的污染物SO2、NO。工业上变“废”为宝，吸收工业尾气SO2和NO，可获得Na2S2O4和NH4NO3产品的流程图如图(Ce为铈元素)：下列说法错误的是A．Na2S2O4中S元素的化合价为＋3B．装置Ⅱ消耗36 g水生成4NA个H＋(NA代表阿伏加德罗常数的值)C．装置Ⅲ进行电解，Ce3＋在阴极反应，使Ce4＋得到再生D．装置Ⅳ获得粗产品NH4NO3的实验操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等12．（1）氮的氧化物是主要的大气污染物，对大气的影响之一是导致酸雨。用化学方程式表示NO2形成酸雨的原因                                             ，该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为           。（2）实验室常用的几种气体发生装置如图A、B、C所示：①实验室可以用B或C装置制取氨气，如果用C装置，通常使用的药品是______；②如图1是某学生设计收集氨气的几种装置，其中可行的是______。（3）某兴趣小组用如图装置制备氨气，并探究氨气的还原性并检验产物。①实验现象为：黑色CuO变为红色；白色无水CuSO4粉末变为蓝色；同时生成一种无色气体，该气体无污染。请写出氨气与CuO反应的化学方程式                                     。②该装置中碱石灰的作用是干燥氨气，无水CuSO4检验反应有水的生成，该装置存在明显缺陷，请提出改进意见                                    。有同学认为：NH3与CuO反应生成的红色物质中可能含有Cu2O。已知：在酸性溶液中Cu2O+2H+ = Cu+Cu2++2H2O，请你设计一个简单的实验检验该红色物质中是否含有Cu2O______。 13．氮氧化合物（用NOx表示）是大气污染的重要因素，根据NOx的性质特点，开发出多种化学治理氮氧化合物污染的方法。(1)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。如，4NH3＋6NO5N2＋6H2O，写出氨气转化NO2的化学方程______________，氧化产物与还原产物的质量之比为________。(2)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。①NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为1∶1，写出该反应的化学方程式： _____________________________________________________________________。②NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式是__________。 14．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，对含有氮氧化物的废气进行处理。NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O(ⅰ)2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O(ⅱ)(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：①在反应(ⅰ)中，氧化剂是________。在反应(ⅱ)中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。②由反应(ⅱ)判断二氧化氮是否为酸性氧化物？解释原因___________________。(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，使它们发生反应消除污染，试写出该反应的化学方程式__________________________。(3)目前有一种治理方法是在一定条件下，用氨气将氮氧化物转化为无污染的物质，请写出NO2发生该反应的化学方程式_________________________________________________________。 题组C  培优拔尖练15．在一定温度和催化剂作用下，NO跟NH3可以发生反应生成N2和H2O。现有NO和NH3的混合物1mol，充分反应后所得产物中，经还原得到的N2比经氧化得到的N2多1.4g。已知反应的化学方程式：4NH3+6NO5N2+6H2O，则下列说法正确的是A．当转移的电子数约为3.612×1023时，则标况下有4.48L氨气被还原B．氧化产物和还原产物的物质的量比为3：2C．若以上反应进行完全，原混合物中NO与NH3的物质的量之比为可能为3：7D．若有混合物中有0.2molNH3，则参与反应的NO为0.8mol 16．空气中的氮气可通过人工固氮获得氨气，氨气是重要的化工原料，通过氨氧化法去可制得硝酸，反应过程如图：N2NH3NONO2HNO3硝酸是一种强氧化性酸，制硝酸工业产生的尾气中含有氮氧化物，应处理后才能排放。下列说法不正确的是A．常温下，浓硝酸可盛放在铝制或铁制容器中B．BaSO3固体能溶于稀硝酸，生成Ba(NO3)2，放出SO2气体C．工业上，当转化①的反应达到平衡时，需不断地从混合气体中分离出NH3，将未反应的原料气送回合成塔以提高原料的利用率D．转化④中，当V(NO2)：V(O2)=4：1时，理论上NO2全部转化为HNO3 17．硝酸铵是一种常用的化肥，其工业生产流程如下图。请回答下列问题。(1)写出反应容器B中发生反应的化学方程式：_______________________________________________。(2)吸收塔C中通入空气的目的是________________________；C、D两个反应容器中发生的反应，属于氧化还原反应的是________(填反应容器代号)。(3)浓硝酸一般保存在棕色试剂瓶里，并放置在阴凉处，用化学方程式解释原因：_____________________。(4)金属铜与稀硝酸反应的离子方程式是______________________，该反应中稀硝酸表现的性质是________________。18．含氮化合物的处理对环境保护意义重大。(1)用H2或CO催化还原NO均能达到消除污染的目的，反应的氧化产物为_______。(2)实验室常用NaOH溶液吸收NOx(NO和NO2的混合气体)，反应的化学方程式如下：(已知NO不能与NaOH溶液反应，不考虑NO2与N2O4的转化)NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O①若NOx能被NaOH溶液完全吸收，则x的取值范围为_______②若nmolNaOH恰好完全反应，则被吸收的NOx的体积为_____L(标准状况)。(3)用V2O5作催化剂，NH3将NO还原成N2的一种反应历程如图-1所示，则总反应方程式为_____。(4)一种将氨氮(NH4+ )废水中的氮元素转变为N2脱除的机理如下：已知：氧气浓度越高，厌氧氨氧化菌活性越低。①参与I中反应的n(NH4+)：n(O2)=_______②废水溶解氧浓度(DO)对氮的脱除率的影响如图-2所示。当1mg/L＜DO＜2mg/L时，随着DO的增大氮的脱除率下降，其原因可能是_______________________________________________________。