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第07讲 氮的固定
【学习目标】
通过本单元内容的学习，要求同学们努力达到：
1.能依据氮分子的微观结构预测其性质；
2.认识人工固氮的化学原理和社会价值；
3.体会化学科学在解决人类社会问题中所发挥的重要作用。
【课前引入】
观察下面空气的组成成分，说一说空气的主要组成成分是什么？
思考：空气的组成稳定，其总体积中约78%是氮气，约21%是氧气。氮气可能具有怎样的性质？
【基础知识】
【氮分子的结构】
在自然界中，绝大部分氮元素以游离态的氮气分子形式存在于空气中。实验证明，在通常情况下，氮气与大多数物质很难发生化学反应，说明氮气的化学性质很不活泼。一般认为，氮气分子是由两个氮原子通过共用三对电子结合而成的，氮气分子中存在氮氮三键。氮气分子的电子式和结构式分别为：、N≡N。
总结：破坏氮气分子中氮原子之间的共价键需要很大的能量，所以氮气分子很稳定。但在高温或放电等特殊条件下，氮气分子获得了足够多的能量，也能与一些金属或非金属单质发生反应，生成含氮化合物。
【知识拓展1】
1.氮——重要的非金属元素
(1)氮元素位于元素周期表的第二周期、第ⅤA族，氮元素的非金属性比氧元素弱，比碳元素强，硝酸的酸性比磷酸强。
(2)氮元素原子最外层有5个电子，氮原子很难得失电子形成离子键，一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。
(3)氮元素在自然界中的存在
①游离态：主要以氮分子的形式存在于空气中。
②化合态：部分存在于动植物体内的蛋白质中；部分存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
2.氮气
(1)氮分子内两个氮原子间以共价三键(N≡N)结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常情况下很难与其他物质发生化学反应。
(2)写出氮气与下列物质反应的化学方程式：
①金属镁：N2＋3MgMg3N2，氮气表现氧化性；
②氢气：N2＋3H22NH3，氮气表现氧化性；
③氧气：N2＋O22NO，氮气表现还原性。
【自然固氮】
氮、磷、钾是植物生长的必需元素。充足的氮能使植物枝叶茂盛，叶片增大，光合作用增强，促进氨基酸和蛋白质的形成，从而使农作物的产量和产品质量得以提高。
将空气中游离态的氮转化成含氮化合物叫做氮的固定，简称固氮。氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式。植物通过自然固氮可以从空气中获得化合态的氮，但这不能满足许多植物生长的需要。
例如：豆科植物的根部常附有小根瘤、其中含有固氮菌，能把空气中的游离氮转化为化合物形态的氨(或铵态氮肥)作为自身的养分。
自然固氮的途径主要有两种：一种是生物固氮，即自然界中的一些微生物种群（如豆科植物的根瘤菌）将空气中的氮气通过生物化学过程转化为含氮化合物，约占自然固氮的90%；另一种是高能固氮，即通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物，约占自然固氮的10%。
科学家正致力于探索豆科植物“轻而易举”实现固氮的机理，建立了多种化学模型模拟生物固氮，争取实现在温和条件下固定空气中的氮为人类所用，以解决人工化肥效率不高，以及对土壤和环境带来一定副作用等问题。
【知识拓展2】
固氮酶：经过几十年的研究，科学家发现根瘤菌中存在固氮酶。固氮酶的分子很大，结构也很复杂，它是由二氮酶和二氮还原酶两种蛋白质组成的。这两种蛋白质对氧非常敏感，一旦遇氧就很快导致固氮酶的失活。在空气中暴露30s，二氮还原酶的活性就会丧失一半；在空气中暴露10min，二氮酶的活性也会丧失一半。固氮酶如此怕氧气，所以整个研究过程必须在严格无氧气的条件下进行，这无疑给研究增加了难度。所以，时至今日，化学模拟生物固氮仍在探索之中。
自然界中并不是所有种类的植物都可以像豆科植物那样能利用根瘤自行固氮。在人类合成氮肥之前，大部分植物对化合态氮元素的需求，除动物粪便等有机肥在微生物作用下进入土壤中的成分外，主要依赖于闪电条件下大气中氮元素的转化。
总结：在放电条件下，空气中的氮气与氧气发生反应，生成一氧化氮。一氧化氮在空气中很不稳定，易被空气中的氧气进一步氧化生成二氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸。对应的化学方程式为：N2+O22NO、2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO
【知识拓展3】
NO和NO2的性质：在常温下，NO为无色、无味的气体，微溶于水；NO2为红棕色、有刺激性气味的气体。二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮。大气中NO和NO2，达到一定浓度时都会对人体造成伤害，能引发上呼吸道及肺部疾病。人体中极少量的NO有助于促进血管扩张，防止血管栓塞。一氧化氮在调节心脑血管、神经和免疫系统等方面有着十分重要的生物学作用和医学前景，受到人们的普遍重视。二氧化氮在火箭燃料中用作氧化剂，在工业上可以用来制造硝酸。
1.不同价态的氮的氧化物
氮的氧化物 N2O(笑气) NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5
氮元素化合价 ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋4 ＋5
上述氮的氧化物中属于酸性氧化物的是N2O5和N2O3。
2.一氧化氮、二氧化氮性质探究
(1)在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，观察颜色：无色，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器。现象：注射器内无明显变化，结论：NO难溶于水。
(2)打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，现象：注射器内气体变为红棕色；振荡注射器。现象：气体的红棕色消失。
结论：在一定条件下，NO和NO2可以相互转化。
写出下列转化的化学方程式：
①NO→NO2：2NO＋O2=2NO2；
②NO2→NO：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。
3.二氧化氮的性质
(1)红棕色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气的大。
(2)易溶于水且与水反应：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。
(3)具有强氧化性：能与SO2、KI等反应。
(4)自身二聚：2NO2=N2O4(无色气体)。
NO和NO2性质比较
氮氧化物 NO NO2
色、味、态 无色无味气体 红棕色、有刺激性气味气体
溶解性 不溶于水 易溶于水且与水反应
氧化物类别 非酸性氧化物(不成盐氧化物) 非酸性氧化物(不成盐氧化物)
氧化性或还原性 具有氧化性、还原性，主要表现强还原性 具有氧化性、还原性，主要表现强氧化性，能氧化SO2、KI等物质
毒性 有毒(易结合血红蛋白使人中毒) 有毒(刺激腐蚀呼吸道黏膜)
相互转化 NONO2
【人工固氮】
思考：人工固氮能否以大气中约4/5体积的氮气作为原料，将其转化为氮的化合物？虽然氮气资源丰富、廉价，适合大规模生产，但氮气分子结构稳定，难以发生化学反应。那么，人工固氮需要什么条件才能实现呢？
哈伯和博施(C． Bosch，1874—1940)等化学家经过无数次的失败和不懈努力，最终用锇催化剂1.75×107Pa、550℃的条件下以氮气和氢气为原料，得到浓度为8%的氨，为合成氨的工业化奠定了基础。此后，他们又经过数千次实验的尝试，改变反应条件，并寻找到廉价易得的多种含铁化合物组成的催化剂，并于1913年建成了世界上第一座合成氨厂。哈伯和博施也因此在1918年和1931年分别荣获诺贝尔化学奖。
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，其中 H=-94.2kJ·mol。
合成氨的原料是氮气和氢气，在较高温度下将混合气体加压后送到合成塔中进行反应。该反应放出大量的热，工业上往往用来预热原料气，以达到反应所需的温度，节约能源。合成氨达到平衡时，混合气体中氨的含量为20%左右，从中分离出氨后，将未反应的氮气、氢气送回合成塔循环使用。
【氮循环】
氮循环是自然界中一种重要的循环，对生态系统的调节起着重要的作用。为了促进氮的良性循环，我们要注意维护生态平衡，保护森林，植树绿化，增强生态系统对有害物质的吸收能力；不能过度使用含氮化肥以免污染土壤和水体；控制化石燃料燃烧排放的氮氧化物进入大气。
思考1：汽车尾气中含有CO、NO等多种污染物，已成为城市空气的主要污染源。汽油和柴油中基本不含氮元素，那么汽车尾气中的NO是如何产生的？写出有关反应的化学方程式。(忽略空气中二氧化碳)
提示　汽车尾气中的NO是由空气中的氮气和氧气在内燃机中高温条件下反应而生成，N2＋O22NO。
思考2：金属镁在空气(忽略空气中二氧化碳)中燃烧可生成哪些产物？写出有关反应的化学方程式。
提示　可生成氧化镁和氮化镁。2Mg＋O22MgO，3Mg＋N2Mg3N2。
思考3：氮在自然界中的循环如下图所示。
(1)氮在自然界中主要存在形式有哪些？
提示　大部分以氮气的形式存在，少部分以化合物的形式(如硝酸盐、铵盐、蛋白质等)存在。
(2)人体里的蛋白质中的氮元素是从哪儿来的？
提示　人体里蛋白质中的氮是从外界摄入的，特别是肉类、蛋类物质等。若溯本求源，则来自大气中的N2。
(3)自然界中有哪些固定氮的途径？
提示　自然界中固氮主要有自然固氮和人工固氮，自然固氮有高能固氮(雷电作用)、生物固氮(豆科植物)。
(4)氮循环中含氮物质有多种形式的转化，有的对人类生产生活有益，有的则产生负面作用，请举例说明。
提示　①对人类有益的有：人工固氮如合成氨，不仅为农作物的生长提供了必需的氮元素，而且为其他化工产品的生产提供了重要的原料。②对人类有害的有：工业废气、汽车尾气中的氮氧化物会造成大气污染等；工厂废液、生活废水中的氮元素对水体造成污染。
自然界的氮循环
氮元素在地球大气圈、岩石圈和生物圈中都有广泛的分布。那么，在不同圈层间的氮是如何循环的呢？氮分子很稳定、大气中只有少量的氮气通过生物固氮和高能固氮的方式从游离态转化为化合态，进入土壤和海洋。
岩石和矿物中的氮被风化后也进入土壤和海洋，植物从土壤中吸收含氮化合物制造蛋白质，动物则靠食用植物以获得蛋白质；动物的排泄物和尸体残骸以及植物的腐败物等在土壤中被细菌分解，变为含氯化合物，部分被植物吸收：土壤中的硝酸盐也会被细菌分解而转化为氮气，氮气再返回大气中。
海洋接纳了来自土壤和大气中的氮，一部分被生物体吸收。生物死亡后，体内的氮一部分被其他生物体吸收，一部分以挥发性氮化合物的形式进入大气，一部分又返回土壤，还有一部分以沉积物的形式沉积在海洋深处。
【考点剖析】
考点一：氮分子的结构
例1
1．下列化学用语正确的是
A．氮分子的结构式 B．硫离子的结构示意图
C．氯化钠的电子式 D．次氯酸的结构式H-Cl-O
考点二：自然固氮
例2
2．自然界的氮循环如图所示。下列说法中，不正确的是
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
考点三：氮循环
例3
3．下列关于氮的循环，叙述错误的是
A．氮气转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定
B．氮的固定可以通过自然固氮和人工固氮的方式实现
C．人类的生产活动参与了氮的循环过程
D．氮的循环过程中只有氮元素被氧化的过程
【课堂小练】
4．下列化学用语表示正确的是
A．氮分子的电子式 B．硫原子的结构示意图
C．氯化钙的电子式 D．水分子的结构式
5．氮是各种生物体生命活动不可缺少的重要元素，氮的循环为生物体提供氮元素。下列过程属于氮的固定的是
A．工业利用氮气和氢气合成氨气 B．氨气和硫酸反应制取铵态氮肥
C．氨基酸合成人体所需的蛋白质 D．硝酸盐在细菌作用下生成氮气
6．下列反应中，不属于氮的固定的是
A．由NH3制碳酸氢铵
B．N2和H2在一定条件下合成NH3
C．雷电时，空气中的N2与O2反应生成NO
D．豆科植物把空气中的氮气转化为化合态的氮
7．下列反应属于氮的固定的是
A．3NO2+H2O=2HNO3+NO B．2NO+O2=2NO2
C．4NH3+5O24NO+6H2O D．N2+O22NO
8．最新的病毒学研究证实，一氧化氮对 SARS病毒有直接控制作用，下列关于一氧化氮的叙述正确的是
A．一氧化氮是一种红棕色气体
B．常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合
C．一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到
D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集
9．下列反应起了氮的固定作用是
A．N2和H2在一定条件下反应生成NH3 B．NH3经催化氧化生成NO
C．NO与O2反应生成NO2 D．由NH3制碳铵或硫铵
10．属于人工固氮的是
A．用N2和H2合成氨 B．闪电将空气中N2转化为NO
C．用NH3和CO2合成尿素 D．豆科植物的根瘤固氮
11．下列说法正确的是
A．最重要的人工固氮途径是工业合成氨
B．光束通过硫酸铜溶液时，可观察到丁达尔效应
C．卢瑟福认为原子是坚实的、不可再分的实心球
D．长期服用阿司匹林可预防某些疾病，没有副作用
12．下面有关化肥与环境关系的描述，正确的是
A．雨天追肥有利于农作物的吸收
B．大量施用化肥对环境没有污染
C．绿色植物都能直接在空气中进行生物固氮
D．过多的尿素进入水体会恶化水质，导致“水华”现象
13．下列叙述中与氮的固定无关的是
A．工业合成氨
B．工业上将氨转化成硝酸和其他氮的氧化物
C．豆科植物的根瘤菌吸收空气中的氮气使之转化成植物蛋白质
D．电闪雷鸣的雨天，N2 与O2会反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收
【过关检测】
14．下列化学用语表示不正确的是
A．S2-的结构示意图 B．氯化铵的电子式：
C．N2的结构式：N≡N D．中子数为6的氮原子：N
15．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均为有刺激性气味的气体
B．汽车尾气中的主要大气污染物为NO、SO2和PM2.5
C．植物可以直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料
D．工业废气中的NO2可以用水完全吸收
16．海洋中无机氮循环是整个海洋生态系统的基础和关键，循环过程如图所示。下列说法正确的是
A．海洋中不存在游离态的氮
B．②④中含氮物质的转化属于氮的固定
C．在反硝化细菌作用下，发生还原反应生成N2
D．向海洋中排放含的废水不会影响的含量
17．NO、NO2、O2按照一定比例通入水中，能被完全吸收，无剩余气体。若NO、NO2、O2的气体体积分别为x、y、z，则x：y：z可能为
A．1：9：3 B．5：1：2 C．1：2：5 D．3：6：2
18．下列说法中，不正确的是( )
A．固氮就是把游离态氮通过化学反应转化为化合态的氮
B．能源、材料、信息是现代社会发展的三大支柱
C．自发进行的放出能量的氧化还原反应才能设计成原电池
D．合适催化剂的使用，能够使原本不能发生的化学反应发生
19．按要求完成下列方程式：
(1)写出一个属于“工业固氮”的化学方程式： 。
(2)硫酸工业中煅烧硫铁矿(FeS2)的化学方程式： 。
(3)NO2与水反应的化学方程式为 。
(4)氢氟酸不能存放在玻璃瓶中的原因 (用化学方程式表示)。
(5)实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡胶塞不用玻璃塞的原因 (用离子方程式表示)。
20．用化学用语表达：
(1)Na2O2的电子式 ，N2H4的电子式为： 。
(2)C2H2的结构式为： ，COS的结构式为： 。
(3)用电子式表示下列过程：
①CaCl2的形成过程
②H2O2的形成过程
21．氮元素是生命的基础，自然界中氮的循环过程如下图所示，请分析此图并回答有关问题。

(1)大气中的氮以 （填化学式）形式存在，图中共表示了 种固氮的途径。
(2)由图可知，动植物体内的氮主要存在于蛋白质中，当动植物尸体发生腐败时，往往会产生一种含氮的气体，其电子式为 。
(3)土壤中的硝酸盐会被细菌分解。有一种脱氧硫杆菌能够利用土壤中的硫化物来分解硝酸盐，其主要化学原理如下：K2S+KNO3+H2ON2↑+K2SO4+KOH，配平上述反应方程式，并标出电子转移的方向和数目 。上述反应的氧化剂是 ，被氧化的元素是 。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【详解】A．氮分子的结构式应为NN，A错误；
B．硫原子得到两个电子形成硫离子，结构示意图为，B正确；
C．氯化钠为离子化合物，电子式为，C错误；
D．次氯酸中O原子分别与H、Cl原子共用一对电子，结构式为H-O-Cl，D错误；
综上所述答案为B。
2．C
【详解】A．工业合成氨是在高温、高压、催化剂作用下，将N2与H2化合生成NH3，属于人工固氮，A正确；
B．在雷电作用下，空气中的N2与O2发生化学反应，生成NO气体，B正确；
C．在氮循环过程中，将N2转化为NO、NO2、HNO3、根瘤菌固氮，都属于氧化还原反应，C不正确；
D．在根瘤菌作用下，植物可将N2转化为氨，并进一步转化为蛋白质，实现含氮无机物向含氮有机化合物的转化；动、植物遗体在土壤中微生物的作用下转化为氨，实现了有机物向无机物的转化，D正确；
故选C。
3．D
【详解】A．氮气转化为氮的化合物的过程即游离态的氮变为化合态的氮叫做氮的固定，故A正确；
B．氮的固定可以通过自然固氮和人工固氮的方式实现，雷雨生庄稼是自然固氮，合成氨是人工固氮，故B正确；
C．人类的生产活动参与了氮的循环过程，如人工合成氨，氮肥的使用等，故C正确；
D．氮的循环过程中可以是氮元素被氧化，也可以是氮元素被还原，故D错误。
综上所述，答案为D。
4．D
【详解】A．氮分子的电子式 ，故A错误；
B．硫原子核外有16个电子，原子结构示意图是 ，故B错误；
C．氯化钙是离子化合物，电子式为，故C错误；
D．水分子是V形分子，结构式是 ，故D正确；
选D。
5．A
【详解】A．工业利用氮气和氢气合成氨气，氮元素由游离态转化为化合态，属于氮的固定，故选A；
B．氨气和硫酸反应制取铵态氮肥，氮元素不是由游离态转化为化合态，不属于氮的固定，故不选B；
C．氨基酸合成人体所需的蛋白质，氮元素不是由游离态转化为化合态，不属于氮的固定，故不选C；
D．硝酸盐在细菌作用下生成氮气，氮元素由化合态转化为游离态，不属于氮的固定，故不选D；
选A。
6．A
【分析】氮的固定是指将游离态的氮转化成氮的化合物，据此分析判断。
【详解】A．由NH3制碳酸氢铵是氮的化合物转化为氮的化合物，不属于氮的固定，Ａ符合题意；
B．N2和H2在一定条件下合成NH3是将游离态的氮转化成氮的化合物，属于氮的固定，Ｂ不符合题意；
C．雷电时，空气中的N2与O2反应生成NO是将游离态的氮转化成氮的化合物，属于氮的固定， C不符合题意；
D．豆科植物把空气中的氮气转化为化合态的氮，属于氮的固定，Ｄ不符合题意；
故选Ａ。
7．D
【详解】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，即由单质变为化合物，综上所述，答案为D。
8．C
【详解】A．一氧化氮是一种无色的气体，故A错误；
B．常温常压下，一氧化氮能与空气中的氧气直接化合生成二氧化氮，故B错误；
C．在放电条件下，氮气和氧气直接化合得到一氧化氮，故C正确；
D．一氧化氮微溶于水，能用排水法收集一氧化氮，故D错误；
答案选C。
9．A
【分析】氮的固定，是指通过自然或者人工手段将氮单质转化为氮的化合物的过程。
【详解】A．人工合成将氮单质转为氮的化合物NH3，描述正确，符合题意；
B．氮的化合物之间的转化，描述错误，不符题意；
C．氮的化合物之间的转化，描述错误，不符题意；
D．氮的化合物之间的转化，描述错误，不符题意；
综上，本题选A。
10．A
【详解】A．工业合成氨是N2与H2在一定条件下反应生成NH3，属于人工固氮，故A正确；
B．闪电时N2转化为NO，属于自然固氮，故B错误；
C．用NH3和CO2合成尿素，是氮的化合物之间的转换，不属于氮的固定，更不是人工固氮，故C错误；
D．豆科作物根瘤菌将N2转化为含氮化合物，属于生物固氮，故D错误；
故答案为A。
11．A
【详解】A．工业合成氨是氮气和氢气在高温、高压、催化剂条件下反应生成氨气，属于人工固氮，故A正确；
B．硫酸铜溶液不是胶体，光束通过硫酸铜溶液时，不能观察到丁达尔效应，故B错误；
C．道尔顿认为原子是坚实的、不可再分的实心球，卢瑟福提出核式原子模型，故C错误；
D．长期服用阿司匹林可预防某些心脑血管疾病，有一定的副作用，如胃肠道反应、肝损害、肾损害等，故D错误；
选A。
12．D
【详解】A．雨天追肥，化肥易随雨水流失，不利于农作物吸收化肥，故A错误；
B．大量施用化肥，会造成土壤、水的富营养化，故B错误；
C．固氮是把游离态的氮转化为化合态的氮，有些植物如豆科植物，可直接在空气中进行固氮，而其他大部分植物不行，故C错误；
D．尿素进入水体会导致水体富营养化，最终使水质恶化，形成“水华”现象，故D正确；
故选D。
13．B
【详解】A．工业合成氨过程中游离态的氮(氮气)转化为含氮化合物(氨气)，属于氮的固定，A不符合题意；
B．工业上将氨转化为硝酸和其他含氮的氧化物，属于含氮化合物之间的相互转化，与固氮无关，B符合题意；
C．豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为植物蛋白质，属于微生物固氮，C不符合题意；
D．电闪雷鸣的雨天，空气中的氮气会与氧气发生反应生成一氧化氮，属于自然固氮，D不符合题意；
综上所述答案为B。
14．B
【详解】A．S是16号元素，S2-核外电子排布是2、8、8，所以S2-的结构示意图为：，A正确；
B．氯化铵是离子化合物，阳离子与阴离子Cl-之间以离子键结合，故其电子式为，B错误；
C．N原子最外层有5个电子，其中含有3个成单电子，在N2中2个N原子通过3个共价键结合，从而使分子中各原子都达到稳定结构，故N2的结构式：N≡N，C正确；
D．N是7号元素，原子核内有7个质子，中子数为6的氮原子的质量数是13，所以可表示为：N，D正确；
故合理选项是B。
15．A
【详解】A．NO2和SO2均为有刺激性气味的气体，故A正确；
B．汽车尾气中的主要大气污染物为NO、CO，故B错误；
C．植物可以直接吸收利用土壤中的铵根离子、硝酸根离子作为肥料，不能直接吸收空气中的NO和NO2，故C错误；
D．NO2和水反应生成硝酸和NO，工业废气中的NO2用水不能完全吸收，故D错误；
选A。
16．C
【详解】A．根据图示可知海洋中存在游离态的氮，A错误；
B．反应④是氮元素化合物之间的转化，不属于氮的固定，B错误；
C．根据图示可知：在反硝化细菌作用下， 中的+3价的N得到电子发生还原反应生成0价的N2，C正确；
D．在转化关系图中，增多，反硝化作用会增强，故向海洋排放含的废水会影响海洋中的含量，D错误；
故合理选项是C。
17．A
【分析】NO、NO2、O2按照一定比例通入水中，能被完全吸收，无剩余气体说明一氧化氮和二氧化氮在水中与氧气恰好反应生成硝酸，由得失电子数目守恒可知，还原剂一氧化氮和二氧化氮失去电子的总数等于氧化剂氧气得到电子的数目。
【详解】A．当x：y：z=1：9：3时，还原剂和氧化剂的得失电子数目的关系为1×3+9×1=3×4，故A符合题意；
B．当x：y：z=5：1：2时，还原剂和氧化剂的得失电子数目的关系为5×3+1×1≠2×4，故B不符合题意；
C．当x：y：z=1：2：5时，还原剂和氧化剂的得失电子数目的关系为1×3+2×1≠5×4，故C不符合题意；
D．当x：y：z=3：6：2时，还原剂和氧化剂的得失电子数目的关系为3×3+6×1≠2×4，故D不符合题意；
故选A。
18．D
【详解】A．氮的固定就是把氮的单质转化为化合物的方法，故A正确；
B．能源、材料、信息被称为现代社会发展的三大支柱，是现代社会发展必须面对的三大问题，故B正确；
C．构成原电池内界条件是自发的发生氧化还原反应，所以理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池，故C正确；
D．催化剂只是改变反应速率，不能使原本不能发生的反应得以发生，故D错误；
故选：D。
19． N2 + 3H22NH3 4FeS2 + 11O22Fe2O3 + 8SO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO SiO2 + 4HF = SiF4↑+ 2H2O SiO2 + 2OH— = SiO+ H2O
【详解】(1)合成氨是“工业固氮”的重要方法，化学方程式：N2 + 3H22NH3。故答案为：N2 + 3H22NH3；
(2)硫酸工业中煅烧硫铁矿(FeS2)生成二氧化硫和三氧化二铁，化学方程式：4FeS2 + 11O22Fe2O3 + 8SO2。故答案为：4FeS2 + 11O22Fe2O3 + 8SO2；
(3)NO2与水反应生成硝酸和一氧化氮，化学方程式为3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO。故答案为：3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO；
(4)氢氟酸不能存放在玻璃瓶中的原因是二氧化硅能与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，方程式为：SiO2 + 4HF = SiF4↑+ 2H2O(用化学方程式表示)。故答案为：SiO2 + 4HF = SiF4↑+ 2H2O；
(5)实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡胶塞不用玻璃塞的原因是二氧化硅与氢氧化钠反应生成硅酸钠，硅酸钠溶液具有很强的黏性，若盛装NaOH溶液的试剂瓶用玻璃塞，时间长了就会打不开，离子方程式为：SiO2 + 2OH— = SiO+ H2O。故答案为：SiO2 + 2OH— = SiO+ H2O。
20． H-C≡C-H S=C=O
【详解】(1)Na2O2中过氧根离子中两个氧原子形成一个共价键，与钠离子间以离子键结合，Na2O2的电子式，N2H4中两个氮原子间形成一个共价键，每个氮再分别与两个氢形成共价键，N2H4的电子式为：。故答案为：；；
(2)C2H2中两个碳形成碳碳叁键，每个碳再与一个氢形成一个共价键，C2H2的结构式为：H-C≡C-H，COS中心原子碳分别与氧和硫形成双键，COS的结构式为：S=C=O。故答案为：H-C≡C-H；S=C=O；
(3)用电子式表示下列过程：
①CaCl2是钙与氯形成的离子化合物，左边写原子的电子式，右边写化合物的电子式，中间用箭头连接，CaCl2的形成过程，故答案为：；
②H2O2分子中两个氧形成一个非极性键，每个氧再分别与一个氢形成共价键，左边写原子的电子式，右边写化合物的电子式，中间用箭头连接，H2O2的形成过程，故答案为：。
21． N2 3 KNO3 -2价的硫
【分析】(1)大气中的氮以单质形式存在，可根据图示判断固氮的途径；
(2)动植物尸体发生腐败时，往往会产生一种含氮的气体是NH3，根据原子结构分析判断；
(3)根据元素化合价升高，失去电子，被氧化，作还原剂；元素化合价降低，获得电子，被还原，作氧化剂，化合价升降总数等于反应过程中电子转移数目判断。
【详解】(1)大气中的氮以氮单质N2形式存在，根据图示可知有雷电固氮、工业固氮和植物的根瘤菌固氮三种途径。
(2)动植物尸体发生腐败时，往往会产生一种含氮的气体是NH3，N原子最外层有5个电子，N原子的三个成单电子与3个H原子形成3对共用电子对，从而使每个原子都达到稳定结构，所以NH3的电子式为 ；
(3)在反应K2S+KNO3+H2ON2↑+K2SO4+KOH中，S元素的化合价由反应前K2S中的-2价变为反应后K2SO4中的+6价，化合价升高8价，失去电子被氧化，所以K2S作还原剂；N元素由反应前KNO3中的+5价变为反应后N2中的0价，化合价降低5，获得电子，被还原，所以KNO3作氧化剂。由于在氧化还原反应中，元素化合价升降总数等于反应过程中电子转移数目，化合价升降的最小公倍数是40，所以S元素化合价升高了8价，所以K2S、K2SO4系数是分别是5，N元素化合价降低了5价，所以KNO3系数是8，则N2系数是4，再根据原子守恒，可得KOH系数是8，方程式用单线桥法表示电子转移的方向和数目为： ，其中反应的氧化剂是KNO3，被氧化的元素是K2S中的S元素。
【点睛】本题考查了氮元素在自然界的循环的知识。涉及氮的固定方法、物质的电子式的书写、氧化还原反应方程式的配平、电子转移的表示方法、物质的作用等。掌握氮的固定的含义、原子结构、原子结合方式及氧化还原反应的规律、概念及关系是本题解答的基础。
答案第1页，共2页
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