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课时跟踪检测（十七） 自然界中的氮循环 氮的固定
A级—学业水平考试达标练
1．下列过程不属于氮的固定的是( )
A．雷电时生成氮的氧化物
B．工业上用氢气与氮气合成氨
C．植物的根从土壤中吸收铵根离子和硝酸盐
D．豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为硝酸盐
解析：选C 氮的固定就是将游离态的氮转化为氮的化合物的过程。植物的根从土壤中吸收NH和硝酸盐与氮的固定无关。
2．下列关于NO、NO2的描述中正确的是( )
A．NO是红棕色气体，易溶于水，是酸性氧化物
B．NO2可用排水法收集，且可由N2和O2化合而得到
C．NO、NO2在一定条件下可相互转化，且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物
D．NO、NO2互为同素异形体，且NO是汽车尾气的有害成分之一
解析：选C NO2是红棕色气体，易溶于水，是酸性氧化物，A项错误；NO2 易溶于水，不可用排水法收集，且N2和O2化合只能得到NO，B项错误；同素异形体指的是由同一种元素组成的性质不同的几种单质，故NO和NO2不是同素异形体，D项错误。
3．N2是空气的重要组成部分，因此有科学家根据蒸汽机的原理，设计制造出液氮蒸汽机，即利用液态氮的蒸发来驱动机车，从而达到环境保护的目的。其主要依据是( )
A．液态氮的沸点为－195.8 ℃，远低于常温
B．N2在空气中燃烧放热
C．N2与H2反应放热
D．N2在空气中约占78%(体积分数)
解析：选A N2在空气中不能燃烧，B错误；N2与H2反应需高温、高压、有催化剂的条件，生成NH3不利于环保，C错误；N2在空气中的比例大与蒸汽机工作原理无关，D错误；液态氮沸点低，常温时汽化体积膨胀做功，A正确。
4．火箭推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温无色气体(CO2、H2O、N2、NO)从火箭尾部喷出。但在发射现场看到火箭尾部喷出大量红棕色的气体，产生红棕色的气体的原因是( )
A．NO遇空气生成NO2
B．高温下N2遇空气生成NO2
C．CO2与N2反应生成CO和NO2
D．NO和H2O反应生成H2和NO2
解析：选A 从产生的气体中可以看出能变红棕色的情况就是NO遇空气生成NO2。
5．用碱液吸收工业制硝酸的尾气的化学方程式为NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O，其中生成物NaNO2为( )
A．既是氧化产物又是还原产物
B．既是氧化剂又是还原剂
C．只是还原剂的氧化产物
D．只是氧化剂的还原产物
解析：选A NO中＋2价的氮元素与NO2中＋4价的氮元素在反应后变为NaNO2中的＋3价，因此NaNO2既是氧化产物也是还原产物。
6.按图进行实验。试管中装有12 mL NO，然后间歇而又缓慢地通入8 mL O2，下列是有关最终状态的描述：
①试管内气体呈红棕色 ②试管内气体呈无色 ③试管内液面不变 ④试管内液面上升 ⑤试管内气体是O2 ⑥试管内气体是NO
其中正确的是( )
A．①③ B．②④⑤
C．②④⑥ D．②③⑤
解析：选C 根据4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可得，剩余气体应为NO，体积为 mL，试管内液面上升。
7．某试管中盛装的是红棕色气体(可能是两种气体的混合物)，当倒扣在盛水的水槽中时，试管内水面上升，但不能充满试管，当试管内鼓入氧气后，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，则原来试管中盛装的气体是( )
A．一定是O2与NO2的混合气体
B．可能是NO和NO2的混合气体
C．可能是N2与NO2的混合气体
D．只可能是NO2一种气体
解析：选B 气体为红棕色，则一定有NO2，倒扣在盛水的水槽中时，与H2O反应生成NO，所以水未能充满试管，当多次充入O2后，试管内完全被水充满，则不可能含有N2；当气体中混有少量O2或NO时，仍会出现相同的现象，故B项正确。
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
解析：选B 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．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．O2 B．NO2
C．NO2和O2 D．NO2和NO
解析：选C NO2气体通入过量小苏打溶液中发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，HNO3＋NaHCO3===NaNO3＋H2O＋CO2↑，据3NO2～2HNO3～2CO2～NO可知，逸出的气体为体积比为2∶1的CO2和NO混合气体。当通过足量的过氧化钠时发生反应：2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2,2NO＋O2===2NO2，据反应方程式可知NO与O2反应时，O2过量，故收集到的气体是NO2与O2的混合气体，C正确。
10．(2019·泰安高一期末)将装有50 mL NO2、NO混合气体的量筒倒立于水槽中，充分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
解析：选C 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，反应中NO2转化为 体积的NO而使NO2体积减少。气体体积减少20 mL，所以NO2的体积是30 mL，NO的体积是20 mL，则原混合气体中NO2和NO的体积比是3∶2。
11．某同学收集了一集气瓶红棕色气体，用玻璃片盖好，然后向其中加入少量水，振荡后变为无色，然后轻轻移开玻璃片使少量空气进入瓶内，气体又变为红棕色。
(1)集气瓶内红棕色的气体是________。
(2)气体颜色变化的原因是________________________________________________
________________________________________________________________________。
有关的化学方程式是________________________________________________。
(3)在收集该红棕色气体时用什么方法？做该实验时应注意什么问题？为什么？
解析：在中学阶段常见的红棕色气体有NO2和溴(Br2)蒸气，能产生题干现象的是NO2，由于NO2的密度比空气大，应用向上排空气法收集；又因NO2是毒性气体，应收集尾气，同时应在通风条件下进行，防止意外发生。
答案：(1)NO2 (2)NO2与H2O反应生成无色NO，NO遇空气中的O2反应生成红棕色的NO2
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO、2NO＋O2===2NO2
(3)收集NO2应用向上排空气法。做该实验时要注意通风及尾气吸收，因为NO和NO2都有毒。
12．近年来，科学家发现少量的NO在生物体内许多组织中存在，它有扩张血管、提高免疫力、增强记忆力的功能而成为当前生命科学的研究热点，NO亦被称为“明星分子”。请回答下列问题：
(1)NO对环境的危害主要是________(填标号)。
A．破坏臭氧层
B．高温下能使一些金属被氧化
C．形成酸雨
D．与人体血红蛋白结合
(2)在含Cu＋的酶的活化中心，亚硝酸根离子(NO)可转化为NO，写出Cu＋和NO在酸性水溶液中反应的离子方程式：_____________________________________。
(3)常温下，在一个体积固定的容器里，把NO气体压缩到100个大气压。将容器中气体加热到50 ℃，发现气体的压强迅速下降，至略小于下降前压强的 时就不再变化，已知其中一种产物为N2O，写出上述变化的化学方程式：____________________________________。
解析：(1)NO对环境的危害主要是破坏臭氧层和被空气中氧气氧化为NO2，再与水反应产生硝酸而形成酸雨，故选AC。(2)NO转化为NO是还原反应，所以Cu＋被氧化为Cu2＋，Cu＋和NO在酸性水溶液中反应的离子方程式：Cu＋＋NO＋2H＋===Cu2＋＋NO↑＋H2O。(3)若NO转化为N2O和O2，则气体的压强下降至原来的，不符合题意；若NO转化为N2O和NO2，少量NO2转化为N2O4，则气体的压强下降至略小于原来的，符合题意，所以上述变化的化学方程式：3NO===N2O＋NO2。
答案：(1)AC (2)Cu＋＋NO＋2H＋===Cu2＋＋NO↑＋H2O (3)3NO===N2O＋NO2
13．为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如图实验：按图组装好实验装置，并检查装置气密性，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______________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)无色的NO能与O2反应产生红棕色的NO2。(2)轻轻摇动圆底烧瓶，使得NO2与水发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，所以烧杯中红棕色气体又变为无色，且烧瓶内压强减小，烧杯中的水倒吸到烧瓶内，导致烧瓶中液面上升。
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
B级—选考等级考试增分练
1.在汽车尾气净化装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。下列说法正确的是( )
A．NO是该过程的中间产物
B．NO和O2必须在催化剂表面才能反应
C．汽车尾气的主要污染成分包括CO2和NO
D．催化转化总反应为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2
解析：选D NO2是该过程的中间产物，A错误；NO和O2的反应不需要催化剂，B错误；汽车尾气的主要污染成分包括CO和NO，C错误。
2．向盛有15 mL NO气体，倒立于水槽的试管中通入O2，充分反应后，试管中还剩余气体3 mL，则通入的O2体积可能是( )
①9 mL ②12.25 mL ③14.25 mL ④15.0 mL
A．①② B．②③
C．①③ D．③④
解析：选C 此题属于混合气体与水反应的计算，应分析讨论试管中剩余的3 mL气体为何物，依据有关反应的化学方程式进行计算。
(1)若剩余气体是NO，
则反应的NO为15 mL－3 mL＝12 mL。
据总反应式：
4NO ＋ 3O2＋2H2O===4HNO3
4 3
12 mL V(O2)
V(O2)＝9 mL。
(2)若剩余的气体为O2，则反应的NO为 15 mL，
4NO ＋ 3O2＋2H2O===4HNO3
4 3
15 mL V(O2)
V(O2)＝11.25 mL。
则通入O2的总体积为11.25 mL＋3 mL＝14.25 mL。
3.(2019·泰安高一期末)如图所示，在B水槽中装有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B水槽的水中。充分反应后，试管A中余下气体的体积为0.5a mL。
(1)将A倒插入B水槽中发生的反应为________________________________________
________________________________________________________________________，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向余下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)。
解析：(1)试管A倒插入B水槽中后，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===2NO2,4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，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，根据原子守恒，n(HNO3)＝n(气体)＝，c(HNO3)＝＝ mol·L－1。
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O2
(3)
4．为了探究几种气态氧化物的性质，某同学设计了以下实验：用三只集气瓶收集二氧化硫、二氧化氮气体，倒置在水槽中。然后，分别缓慢通入适量氧气或氯气，如图所示。一段时间后，A、B装置中集气瓶充满溶液，C装置中集气瓶里还有气体。
(1)如果装置A中通入的氧气恰好使液体充满集气瓶，假设瓶内液体不扩散。
①写出A中总反应的化学方程式：___________________________________________
________________________________________________________________________；该实验对工业上
生产硝酸的启示是_______________________________________________________。
②假设该实验条件下，气体摩尔体积为a L·mol－1，集气瓶中溶液的物质的量浓度为________。
(2)实验前在C水槽里滴加几滴紫色石蕊溶液，通入氧气前后，实验现象可能为________________________；写出化学方程式：__________________________________。
(3)溶液充满集气瓶后，在B水槽里滴加硝酸钡溶液，可能观察到的现象为______________；写出所有反应的离子方程式：____________________________________；
证明B水槽反应后溶液里有Cl－的操作方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)①A瓶中发生的反应有：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,2NO＋O2===2NO2，总反应的化学方程式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。工业上利用二氧化氮与水反应制硝酸，为了使原料充分利用，不排放大气污染物NO，应向吸收塔(向NO2中)通入足量空气，使氮的氧化物全部转化成硝酸。②设A装置中集气瓶体积为V L，NO2气体体积为V L，n(NO2)＝＝ mol，最后充满液体，硝酸溶液体积为V L，c(HNO3)＝＝ mol·L－1。(2)SO2溶于水生成H2SO3，H2SO3是中强酸，通入O2反应后，生成强酸(硫酸)，溶液红色变深。(3)Cl2在水中将SO2氧化成H2SO4，检验Cl－前要除去SO。
答案：(1)①4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 在吸收塔里充入足量空气 ② mol·L－1
(2)红色由浅变深 2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4
(3)出现白色沉淀 Cl2＋SO2＋2H2O===2Cl－＋SO＋4H＋，Ba2＋＋SO===BaSO4↓ 取少量反应后的溶液于试管中，向试管里加入过量的硝酸钡溶液，待沉淀完全后，静置，取上层清液加硝酸银溶液，若产生白色沉淀，则说明原溶液中含有Cl－
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