【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
展开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+H2O
NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O
NO2、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―→HNO3
2.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PM2.5
C.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NO2
D.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Y
7.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+5H2O
9.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+3
B.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3:2
C.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3:7
D.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+H2O
2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O
①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_______________________________________________________。
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