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题型:简答题
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简答题

氮的固定是几百年来科学家一直研究的课题.

(1)如表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值.

①分析数据可知:大气固氮反应属于______(填“吸热”或“放热”)反应.

②分析数据可知:人类不适合大规模模拟大气固氮的原因______

③从平衡视角考虑,工业固氮应该选择常温条件,但实际工业生产却选择500℃左右的高温,解释其原因______

(2)工业固氮反应中,在其他条件相同时,分别测定N2的平衡转化率在不同压强(р1、р2)下随温度变化的曲线,如图所示的图示中,正确的是______(填“A”或“B”);比较р1、р2的大小关系______

(3)20世纪末,科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)为介质,用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜做电极,实现高温常压下的电化学合成氨,提高了反应物的转化率,其实验简图如C所示,阴极的电极反应式是______

(4)近年,又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路,反应原理为:2N2(g)+6H2O(1)⇌4NH3(g)+3O2(g),则其反应热△H=______

(已知:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1,2H2(g)+O2(g)⇌2H2O(l)△H=-571.6kJ•mol-1

正确答案

解析

解:(1)①由表格数据可知,温度越高,K越大,说明升高温度,平衡正移,则正反应方向为吸热反应,故答案为:吸热;

②由表格数据可知,2000℃时,K=0.1,K值很小,则转化率很小,不适合大规模生产,所以人类不适合大规模模拟大气固氮,

故答案为:K值小,正向进行的程度小(或转化率低),不适合大规模生产;

③合成氨反应中,反应温度越高,反应速率越快,但是该反应为放热反应,温度高转化率会降低,而且在500℃左右催化剂活性最高,所以从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适;

故答案为:从反应速率角度考虑,高温更好,但从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适;

(2)合成氨反应为放热反应,升高温度,转化率减小,所以图A正确,B错误;该反应正方向为体积减小的方向,增大压强平衡正向移动,转化率增大,р2的转化率大,则р2大;

故答案为:A;р2>р1

(3)电解池中氮气在阴极得电子生成氨气,其电极方程式为:N2+6e-+6H+=2NH3

故答案为:N2+6e-+6H+=2NH3

(4)已知:①N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1

②2H2(g)+O2(g)⇌2H2O(l)△H=-571.6kJ•mol-1

由盖斯定律:①×2-②×3得2N2(g)+6H2O(l)⇌4NH3(g)+3O2(g),△H=(-92.4kJ•mol-1)×2-(-571.6kJ•mol-1)×3=+1530 kJ•mol-1

故答案为:+1530 kJ•mol-1

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题型:简答题
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简答题

固氮有三种方式:生物固氮、工业合成氨和放电条件下氮气与氧气化合.全世界工业合成氮肥中的氮只占固氮总量的20%,其余绝大多数是通过生物固氮进行的,最常见的是豆科植物根部的根瘤菌,能将大气中游离态的氮经固氮酶的作用生成氮的化合物,以利于植物利用.

(1)根瘤菌与豆科植物的关系在生物学上称为______

(2)根瘤菌之所以有固氮作用,是因为它有独特的固氮酶,而最根本原因是它含有独特的______

(3)日本科学家把固氮基因转移到水稻根际微生物中,通过指导合成固氮所需的______进而引起固氮作用.更为理想的是直接将固氮基因转移到稻、麦等粮食及经济作物的细胞中,让植物本身直接固氮,这样可以免施氮肥.如果这种愿望实现的话说,那么固氮基因中遗传信息表达途径为______

(4)这种生物固氮与工业合成氨比较,它是在______条件下进行的,从而节省了大量的器材、设备和能源;

(5)俗话说“雷雨发庄稼”,因为电闪雷鸣的雨天,氮气在空气中发生一系列的反应,产生了植物可利用的含氮化合物,写出有关的三个反应方程式__________________

正确答案

解析

解:(1)在豆科植物的根瘤中,有能够固氮的根瘤菌与豆科植物共生,根瘤菌有固氮作用,能将空气中的氮转化为植物能吸收的含氮物质,而植物则为根瘤菌提供有机物.二者互惠互利,共同生活.可见根瘤菌对豆科植物的生长是有利的.像这样,细菌和真菌与动物或植物共同生活在一起,相互依赖,彼此有利,一旦分开,二者都要受到很大的影响,甚至不能生活而死亡,这种现象叫共生,故答案为:共生;

(2)固固氮的最根本原因是固氮酶中含有固氮基因,故答案为:固氮基因;

(3)因固氮酶将大气中游离态的氮生成氮的化合物,故答案为:固氮酶;

因固氮基因遗传信息表达途径为固氮基因→信使RNA→固氮酶,故答案为:固氮基因→信使RNA→固氮酶;

(4)因生物固氮在常温、常压下进行,故答案为:常温、常压;

(5)雷雨中发生的一系列化学变化过程;N2+O2=2NO、2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO,故答案为:N2+O2=2NO;2NO+O2=2NO2;3NO2+H2O=2HNO3+NO.

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单选题

下列过程属于氮的固定的是(  )

AN2和H2在一定条件下合成氨

B由氨制成硫酸铵

CNO和O2反应生成NO2

DNO2与H2O反应

正确答案

A

解析

解: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.

A.N2和H2在Pt作用下反应生成NH3,N2+3H2⇌2NH3,属于工业固氮,故A正确;

B.由氨制成硫酸铵,它们间的相互转化,属于化合物间的转化,不符合单质转化为化合物的特点,所以不属于氮的固定,故B错误;

C.NO和O2反应生成NO2,NO、NO2都为氮的氧化物,属于化合物间的转化,不符合单质转化为化合物的特点,所以不属于氮的固定,故C错误;

D.NO2与H2O反应生成硝酸和一氧化氮,NO2、硝酸、一氧化氮均为化合物,均为化合态的氮,显然不是将游离态的氮转化为化合态的氮.故D错误;

故选A.

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单选题

属于氮的固定的是(  )

A植物从土壤中吸收含氮养料

B豆科植物把含氮化合物转变为蛋白质

C将空气中的氮气转化为含氮化合物

DNH3经催化氧化生成NO

正确答案

C

解析

解:A.植物从土壤中吸收氮肥,是氮的化合态之间的转化,不属于氮的固定,故A错误;

B.大豆的根瘤菌将含氮化合物转变为蛋白质,是氮的化合态之间的转化,不属于氮的固定,故B错误;

C.将空气中的氮气转化为含氮化合物,是由氮气转化为氮的化合物,属于氮的固定,故C正确;

D.NH3经催化氧化生成NO,是氮的化合态之间的转化,不属于氮的固定,故D错误;

故选C.

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单选题

(2014秋•海南校级期末)下列反应中,属于氮的固定的是(  )

A2NO+O2═2NO2

B3NO2+H2O═2HNO3+NO

C3H2+N23NH3

DNH3+HNO3═NH4NO3

正确答案

C

解析

解: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.

A.NO、NO2都为氮的氧化物,它们间的相互转化,属于化合物间的转化,不符合单质转化为化合物的特点,所以不属于氮的固定,故A错误;

B.NO、NO2都为氮的氧化物,硝酸为含氮的酸,它们间的相互转化,属于化合物间的转化,不符合单质转化为化合物的特点,所以不属于氮的固定,故B错误;

C.工业上合成氨:N2+3H2⇌2NH3,是由氮气转化为氮的化合物氨,属于工业固氮,故C正确;

D.NH3为氮的氢化物,硝酸为含氮的酸,硝酸铵为含氮的盐,它们间的相互转化,属于化合物间的转化,不符合单质转化为化合物的特点,所以不属于氮的固定,故D错误;

故选C.

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单选题

下列属于氮的固定的是(  )

AN2和H2在Pt作用下反应生成NH3

BNH4Cl和Ca(OH)2反应生成NH3

CNO2和水制硝酸

D由NH3制氮肥

正确答案

A

解析

解: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.

A.N2和H2在Pt作用下反应生成NH3,N2+3H2⇌2NH3,属于工业固氮,故A正确;

B.NH4Cl和Ca(OH)2反应生成NH3,属于化合物间的转化,不符合单质转化为化合物的特点,所以不属于氮的固定,故B错误;

C.NO2和水制硝酸,NO2为氮的氧化物,硝酸为含氮的酸,属于化合物间的转化,不符合单质转化为化合物的特点,所以不属于氮的固定,故C错误;

D.由NH3制氮肥,它们间的相互转化,属于化合物间的转化,不符合单质转化为化合物的特点,所以不属于氮的固定,故D错误;

故选A.

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题型: 单选题
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单选题

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(NH22]

D工业上用N2和H2合成NH3

正确答案

C

解析

解:A.氮气中的氮是游离态,NH3中的氮是化合态,属于固氮,是自然固氮中的生物固氮,故A错误;

B.空气中N2是游离态,NO是化合态,属于固氮,是自然固氮中的高能固氮,故B错误;

C.NH3和[CO(NH22]中氮元素都以化合态存在,不属于固氮,故C正确;

D.氮气中的氮是游离态,NH3中的氮是化合态,属于固氮,是人工固氮,故D错误;

故选C.

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单选题

不属于氮的固定的变化是(  )

A氨催化氧化制硝酸

B由氮气和氢气合成氨气

C镁条在氮气中燃烧

D豆科植物的根瘤固氮

正确答案

A

解析

解:A.氨催化氧化制硝酸,是氮的化合态之间的转化,不属于氮的固定,故A正确;

B.合成氨,是由氮气转化为氮的化合物氨,属于氮的固定,故B错误;

C.镁条在氮气中燃烧生成氮化镁,是由氮气转化为氮的化合物氮化镁,属于氮的固定,故C错误;

D.大豆的根瘤菌将氮气转变为植物蛋白质,是由氮气转化为氮的化合物,属于氮的固定,故D错误;

故选A.

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题型:简答题
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简答题

科学家一直致力于“人工固氮”的方法研究.

(1)目前合成氨的技术原理为:(g)+3H2(g)⇌2NH3(g);△H=-92.4kJ/molN2

该反应的能量变化如图1所示.

①在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E2的变化是:______.(填“增大”、“减小”或“不变”).

②将一定量的N2(g)和H2(g)放入1L的密闭容器中,在500℃、2×107Pa下达到平衡,测得N2为0.1mol,H2为0.3mol,NH3为0.1mol.该条件下H2的转化率为______

③欲提高②容器中H2的转化率,下列措施可行的是______

A.向容器中按原比例再充入原料气

B.向容器中再充入惰性气体

C.改变反应的催化剂

D.液化生成物分离出氨

(2)1998年希腊亚里士多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传导H+),从而实现了高转化率的电解法合成氨.其实验装置如图2所示.阴极的电极反应式为______

(3)根据最新“人工固氮”的研究报道,在常温、常 压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3和TiO2)表面与水发生下列反应:2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g);△H=a kJ/mol

进一步研究NH3生成量与温度关系,常压下达到平衡时测得部分实验数据如下:

①此合成反应的a______0.(填“大于”、“小于”或“等于”)

N2(g)+3H2(g)2NH3(g);△H=-92.4kJ/mol

②已知

O2(g)+2H2(g)2H2O(l);△H=-571.6kJ/mol则2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g);△H=______kJ/mol

(4)NH4Cl溶液呈酸性,这是由于N水解的缘故.则NH4Cl在重水(D2O)中水解的离子方程式是______

正确答案

解析

解:(1)①催化剂可以降低反应的活化能,增大反应速率,而E1即为活化能,E2=E1+△H,所以E2会减小,

故答案为:减小;

②根据化学方程式:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)

初始浓度;       0.6     0.45      0

变化浓度:0.5      0.15     0.1

平衡浓度:0.1        0.3      0.1

×100%≈33.3%,故答案为:33.3%;

③根据化学平衡:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g),

A.向容器中按原比例再充入原料气,则压强增大,平衡向右移动,氢气的转化率增大,故A正确;

B.向容器中再充入惰性气体,则各组分浓度不变,平衡不移动,氢气的转化率不变,故B错误;

C.改变反应的催化剂,不影响平衡的移动,氢气的转化率不变,故C错误;

D.液化生成物分离出氨,平衡向右移动,氢气的转化率增大,故D正确;

故选AD.

(2)电解池的阴极发生得电子的还原反应,在合成氨中,氮气得电子,所以阴极反应为:N2+6H++6e-=2NH3

故答案为:N2+6H++6e-=2NH3

(3)①温度对化学平衡移动方向的影响是:温度越高,氨气的量越大,所以升高温度,平衡向右进行,反应是吸热反应,故答案为:大于;

②已知:a、N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g);△H=-92.4kJ/mol;

b、O2(g)+2H2(g)═2H2O(l);△H=-571.6kJ/mol,

则反应2N2(g)+6H2O(l)═4NH3(g)+3O2(g)等于2a-3b;

所以△H=2×(-92.4kJ/mol)-3×(-571.6kJ/mol)=+1530.0kJ/mol,

故答案为:1530.0;

(4)NH4Cl在重水(D2O)中水解的实质是铵根和中水中的OD-反应的结果,离子方程式是NH4++D2O⇌NH3•HDO+D+,故答案为:NH4++D2O⇌NH3•HDO+D+

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题型: 单选题
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单选题

(2008秋•营口期末)下列说法不正确的是(  )

ASO2和Na2O2都能使品红溶液褪色,但原理不同

B工业上合成氨气与实验室制氨气均属于氮的固定

CNa 和Na+的化学性质不相同

DAl(OH)3和Al2O3分别与NaOH溶液反应的产物相同

正确答案

B

解析

解:A.过氧化钠都有强氧化性,过氧化钠使品红溶液褪色是利用了物质的强氧化性,二氧化硫和有色物质反应生成无色物质而使品红溶液褪色,所以褪色原理不同,故A正确;

B、工业上合成氨气属于氮的固定,实验室制氨气不属于氮的固定,故B错误;

C、Na 和Na+的最外层电子数不同,所以化学性质不相同,故C正确;

D、Al(OH)3与NaOH溶液反应的产物是偏铝酸钠,Al2O3和NaOH溶液反应的产物也是偏铝酸钠,产物相同,故D正确.

故选B.

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