高中鲁科版 (2019)第3章 物质的性质与转化第3节 氮的循环课后作业题

自然界中的氮循环 氮气和氮的氧化物

1．下列说法错误的是(　　)

A．氮在自然界中既能以游离态形式存在又能以化合态形式存在

B．通常情况下，氮气的化学性质稳定

C．氮气可在氧气中燃烧生成一氧化氮

D．大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮循环

解析：选C　通常情况下氮气的化学性质稳定，在放电或高温条件下，才能跟氧气反应。

2．下列过程不属于氮的固定的是(　　)

A．工业合成氨

B．雷雨天产生NO

C．由氨气生成硝酸铵

D．氮气在根瘤菌作用下生成NO

解析：选C　氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。工业上合成氨：N2＋3H22NH3，是将氮气转化为氮的化合物，属于工业固氮；在雷电作用下，空气中的N2与O2反应生成NO，属于氮的固定；氨气、硝酸铵都是氮的化合物，是含氮化合物之间的转化，不是游离态的氮转化为含氮化合物的过程，不属于氮的固定；氮气在根瘤菌作用下生成NO，属于氮的固定。

3．运载火箭的推进剂引燃后产生的气体主要是CO2、H2O、N2、NO，这些气体均为无色，但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红色烟雾。产生红色烟雾的原因是(　　)

A．高温下N2遇空气生成NO2

B．NO遇空气生成NO2

C．CO2和NO反应生成CO和NO2

D．NO和H2O反应生成H2和NO2

解析：选B　根据题意可推知火箭喷出的大量红色烟雾应是NO2，而高温下N2遇空气不能生成NO2。

4．在一定温度和压强下，把装有NO和 NO2的混合气体的试管倒立于水中，充分反应后，试管内气体的体积缩小为原气体体积的，则原混合气体中NO和NO2的体积比为(　　)

A．2∶3　　　　　　 B．3∶2

C．5∶3 D．3∶5

解析：选A　设原气体的体积为5，则缩小的气体体积为2体积，

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　ΔV

　　                    　3　　　　　　　　　1　　2　

由化学方程式知，当NO2的体积为3体积时，总体积刚好缩小2体积，故NO和NO2的体积之比为2∶3，故选A。

5．下列试剂不会因为空气中的氧气而变质的是(　　)

A．过氧化钠　　　　　　 B．氢硫酸

C．硫酸亚铁 D．一氧化氮

解析：选A　A项，过氧化钠吸收二氧化碳和水发生反应，与空气中的氧气无关，正确；B项，氢硫酸易被空气中的氧气氧化生成S单质，错误；C项，硫酸亚铁易被空气中的氧气氧化生成硫酸铁，错误；D项，一氧化氮易被空气中的氧气氧化生成NO2，错误。

6．下列关于氮氧化物的叙述正确的是(　　)

A．氮氧化物只有NO、NO2

B．氮氧化物均为红棕色气体

C．NO不能溶于水

D．氮氧化物在空气中能稳定存在

解析：选C　氮氧化物包括NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等，A项错误；NO、N2O4等均为无色气体，B项错误；NO在空气中易被O2氧化为NO2，D项错误。

7．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

解析：选C　将气体通过A、B两项都会生成CO2，导致带入新的杂质；浓H2SO4与NO2不反应；由反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO知，水洗可除去NO中的NO2。

8.如右图所示，试管中装有12 mL NO，然后间歇而又缓慢地通入8 mL O2，下列是对最终状态的描述：

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　由反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可得，剩余的气体应为NO，体积为 mL，试管内液面上升。

9．下列物质的转化必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是(　　)

①N2→NO2　②NO2→NO　③NO2→HNO3

④N2→NO　⑤N2→NH3

A．① B．②⑤

C．④ D．③④

解析：选C　该题有两个要求：(1)必须加入氧化剂；(2)通过一步反应就能完成。反应①、③、④中N元素的化合价升高，但反应①N2→NO2不能通过一步反应完成；而反应③ NO2→HNO3不加氧化剂也能完成，如3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，在该反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂；只有反应④N2→NO必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成。

10．某混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种气体。现将该无色气体通入品红溶液中，品红溶液褪色，把剩余气体排入空气中，很快变成红棕色。下列对于原混合气体成分的判断中正确的是(　　)

A．肯定有SO2和NO　　 B．肯定没有Cl2、O2和NO

C．可能有O2和Cl2 D．肯定有NO2

解析：选A　此无色混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，说明一定含有SO2；把剩余气体排入空气中，很快变为红棕色，说明原混合气体中一定含有气体NO，故A正确；肯定有NO气体，一定不含有O2，另外因混合气体无色，也不会有Cl2，故B错误；Cl2为黄绿色，该混合气体无色，则说明不含有Cl2，把剩余气体排入空气中，很快变为红棕色，说明含有气体NO，NO和氧气反应生成红棕色的二氧化氮，说明原混合气体中无氧气，故C错误；NO2气体为红棕色，此混合气体无色，所以一定不含NO2，故D错误。

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＋H2O①

2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O②

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________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)在反应①中，NO2中的氮元素化合价降低做氧化剂，NO中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。

答案：(1)NO2　NO　1∶1

(2)2NO＋2CON2＋2CO2

12.为有效实现NO和NO2的相互转化，设计如下实验。按图组装好实验装置，并检查装置的气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。

(1)打开止水夹a，推动针筒活塞，使O2进入烧瓶中。关上止水夹a，观察到的现象是________________________________________________________________________，

原因是___________________________________________________________。

(2)然后轻轻摇动烧瓶，烧瓶中观察到的现象是________________________，产生此现象的原因是_____________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)若最后烧瓶中充满了水，则原烧瓶中NO与通入氧气的体积之比为________(同温同压下)，用化学方程式说明你是如何计算的_________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)无色的NO能与O2反应生成红棕色的NO2。(2)轻轻摇动烧瓶，使得NO2与水发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，所以烧瓶中的红棕色气体又变为无色，因为烧瓶内气体的量减少，引起烧瓶内气体的压强减小，所以烧杯内的水会倒吸入烧瓶中，使烧瓶中液面上升。(3)发生的反应为①2NO＋O2===2NO2，②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，①×3＋②×2可得化学方程式：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，则当NO与氧气的体积之比为4∶3时，完全溶于水。

答案：(1)烧瓶中气体由无色变为红棕色　发生反应2NO＋O2===2NO2

(2)烧瓶中红棕色气体又变为无色，烧杯中的水倒吸至烧瓶中(或烧瓶中液面上升)　发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

(3)4∶3　发生的反应为①2NO＋O2===2NO2，②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，①×3＋②×2可得化学方程式：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，当NO与氧气的体积之比为4∶3时，完全溶于水

13．将a mL NO、b mL NO2和c mL O2混合于同一试管中，将试管倒置于水中，充分反应后，试管内气体全部消失，则a∶b∶c不可能是(　　)

A．1∶1∶1　　　　　　　　　 B．2∶1∶1

C．3∶7∶4 D．1∶5∶2

解析：选B　根据发生的反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3,4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3分析，若气体能完全溶于水，即NO、NO2、O2三种气体恰好完全反应，全部生成了硝酸，在反应中a mol NO失去3a mol电子，b mol NO2失去b mol电子，c mol O2得到4c mol电子，根据反应中得失电子守恒，应该有3a＋b＝4c成立，只有B项的比例不能使关系式成立，故选B。

14.在汽车尾气净化装置中，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如下图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．该转化过程中有3种元素的化合价发生变化

B．NO和O2必须在催化剂表面才能反应

C．该装置将有毒的NO和CO转化为无毒的CO2和N2

D．该催化转化的总反应方程式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2

解析：选B　由题图可知发生的反应为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2，该转化过程中有N、O、C三种元素的化合价发生变化，A、D正确；NO不稳定，常温下能与氧气反应生成NO2，该反应不需要催化剂，B错误；由化学方程式可知该装置将有毒的NO和CO转化为无毒的CO2和N2，C正确。

15.如右图所示，在水槽B中装有500 mL水，容积为a mL的试管A中充满了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中余下气体的体积为0.5a mL。

(1)将A倒插入水槽B中发生的反应的化学方程式为________________________，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向试管A中余下的0.5a mL气体中持续通入氧气，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)]，则n(NO2)∶n(NO)＝3∶1。(2)试管A中剩余的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，可观察到的现象是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)

16．(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在该反应中表现出________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：2Mg＋CO22MgO＋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。

Ⅰ.装置A中的试剂是________。

Ⅱ.干燥管和装置B的作用分别是________________________、________________________。

Ⅲ.实验开始时正确的操作步骤是________(填字母)。

a．通入NO2

b．打开弹簧夹

c．点燃酒精灯

d．当硬质玻璃管内充满红棕色气体后，关闭弹簧夹

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，“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＋2NO24MgO＋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以避免污染环境。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(当硬质玻璃管内充满红棕色气体后，关闭弹簧夹)→c(点燃酒精灯，在确认装置中充满NO2后才开始加热)。

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＋2NO24MgO＋N2

②Ⅰ.NaOH溶液　Ⅱ.吸收NO2，避免污染环境　收集N2　Ⅲ.badc