人教版化学必修一讲义第4章+第3节+课时2 氮的氧化物和大气污染及答案.docx
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人教版化学必修一讲义第4章+第3节+课时2氮的氧化物和大气污染及答案
课时2 氮的氧化物和大气污染
目标与素养:
1.了解N2、NO、NO2的主要性质及应用。
(变化观念与科学探究)2.了解SO2、NOx对大气的污染与防治。
(社会责任)3.了解NO、NO2与O2混合溶于水的简单计算。
(模型认知)
一、氮气与氮的氧化物
1.物理性质
N2
NO
NO2
色态
无色气体
无色气体
红棕色气体
气味
无味
无味
刺激性气味
密度
比空气的小
比空气的大
比空气的大
溶解性(H2O)
难溶
难溶
易溶
毒性
无毒
有毒
有毒
2.化学性质
(1)N2通常情况下很稳定,在高温或放电条件下与O2反应的方程式为N2+O2
2NO。
(2)NO与NO2
①常温下,NO在空气中的现象是无色变红棕色,方程式为2NO+O2===2NO2。
②把一支充满NO2气体的试管倒置在水槽中,现象为试管中的水液面逐渐上升,红棕色气体逐渐变浅至无色,最终液面上升至试管容积的
,反应方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO。
农业上有句谚语是“雷雨发庄稼”,该过程发生了哪些化学反应?
提示:
N2+O2
2NO,2NO+O2===2NO2,
3NO2+H2O===2HNO3+NO。
二、SO2、NO2对大气的污染
1.SO2和NO2的主要来源、危害和防治
2.酸雨
(1)概念:
pH<5.6的降雨。
(2)成因:
主要是大气中的SO2、NO2溶于水形成的。
(3)类型(写出反应化学方程式):
①硫酸型:
SO2→H2SO3→H2SO4。
化学方程式:
SO2+H2O
H2SO3,2H2SO3+O2===2H2SO4。
②硝酸型:
NO2→HNO3。
化学方程式:
3NO2+H2O===2HNO3+NO。
(4)危害
①直接破坏农作物、森林、草原,使土壤、湖泊酸化。
②加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及电信电缆的腐蚀。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)N2很稳定,不能与任何物质发生反应。
( )
(2)收集NO或NO2均可用向上排空气法。
( )
(3)NO2与H2O反应可生成HNO3,故NO2为HNO3的酸性氧化物。
( )
(4)pH<7的雨水称为酸雨。
( )
[答案]
(1)×
(2)× (3)× (4)×
2.SO2和NO2是主要的大气污染物。
下列措施不能有效防止大气污染的是( )
A.将机动车尾气排放标准从国家Ⅱ号标准提高到国家Ⅲ号标准
B.采用强氧化剂将SO2氧化为SO3再排放到大气中
C.采用原煤脱硫技术,降低燃煤中硫的含量
D.向燃煤中加入适量石灰石,减少燃烧产物中SO2的量
[答案] B
3.形成酸雨的原理之一可简单表示如下:
回答下列问题:
(1)酸雨的pH________5.6(填“>”“<”或“=”)。
(2)D物质的化学式为________。
(3)反应②的化学方程式为_________________________。
(4)接收的酸雨pH减小的理由__________________________(写化学方程式)。
[答案]
(1)<
(2)H2SO3 (3)2SO2+O2
2SO3
(4)2H2SO3+O2===2H2SO4
NO2与NO的相互转化及实验探究
NO2能溶于H2O并发生反应,为了使NO2尽可能被H2O吸收,某化学兴趣小组设计了如下实验步骤,以探究NO2被H2O吸收的程度。
①将盛满NO2气体的试管倒置于盛水的水槽中,如图甲所示。
甲
②制备一定量的O2。
③将制得的O2缓慢通入步骤①的试管中,如图乙所示。
乙
1.步骤①中发生NO2与H2O的反应:
3NO2+H2O===2HNO3+NO,使红棕色气体逐渐消失,试管内水位不断上升,最后水充满整个试管的
,上部为无色气体,占试管容积的
。
2.步骤③中发生2NO+O2===2NO2,3NO2+H2O===2HNO3+NO,试管内无色气体变为红棕色,后又变为无色,气体体积逐渐减小,液面不断上升至充满。
继续通O2,液面又下降。
1.如图所示,试管中盛装的是红棕色气体,当倒扣在盛有水的水槽中时,试管内水面上升,但不能充满试管,当向试管内鼓入氧气后,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,对原试管中盛装气体的说法正确的是( )
①可能是N2与NO2的混合气体
②可能是NO2气体
③可能是NO与NO2的混合气体
④只可能是NO2一种气体
A.①② B.②③C.③④D.①④
B [是红棕色气体,那么一定有二氧化氮的存在,与水反应后生成一氧化氮,所以没有充满试管,继续通入氧气,最终充满试管,则①肯定错误;如果为少量氧气和大量二氧化氮的混合气体时②可以成立;③中通入足量的氧气,NO也可以全部被吸收。
]
常见环境污染的形成原因与危害
环境污染
形成原因
主要危害
温室效应
大气中CO2含量的不断增加
全球变暖,冰雪融化,海平面上升等
酸雨
SO2和氮氧化物的排放
土壤酸化,腐蚀建筑物等
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等
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
含氮、磷等营养成分的生活污水和工、农业废水的任意排放
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
聚乙烯等塑料的大量使用,任意丢弃
破坏土壤结构和生态环境等
科学探究——SO2、NOx的吸收处理
(1)NaOH溶液吸收
SO2+2NaOH===Na2SO3+H2O;
NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O;
2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O。
(2)氨气吸收
2NH3+H2O+SO2===(NH4)2SO3;
8NH3+6NO2
7N2+12H2O;
4NH3+6NO
5N2+6H2O。
(3)汽车尾气转换器
2CO+2NO
2CO2+N2。
(4)石灰吸收
CaO+SO2===CaSO3、2CaSO3+O2===2CaSO4。
2.下列说法不正确的是( )
A.SO2是大气污染物之一,主要来自化石燃料的燃烧和工厂排放的废气
B.汽车的排气管上装有“催化转化器”,可使有毒的CO和NO反应生成N2和CO2
C.向煤中加入适量石灰石,使煤燃烧产生的SO2最终生成CaSO4,可减少对大气的污染
D.大量燃烧化石燃料排放的废气中含CO2、SO2,从而使雨水的pH=5.6,形成酸雨
D [雨水的pH<5.6时才是酸雨,D错误。
]
3.酸雨是对降水呈酸性(pH小于5.6)的统称。
下列说法错误的是( )
A.空气中的SO2溶于水,最终形成酸雨
B.汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气都含有氮氧化物
C.燃煤中加入CaO可以减少酸雨的形成及温室气体的排放
D.为了减少酸雨的形成,必须减少SO2的排放量,对燃料脱硫处理
[答案] C
(1)NO在破坏臭氧层的过程中可发生如下反应:
NO+O3―→NO2+O2
NO2+O―→NO+O2
总反应方程式为O3+O―→2O2,从整个反应来看NO作催化剂。
(2)NO使人中毒的原理与CO相似,被人吸入后与血红蛋白结合生成一氧化氮血红蛋白,从而使血红蛋白失去运输O2的能力。
系列微专题4:
NO2、NO与O2混合溶于水的有关计算
1.相关反应原理
3NO2+H2O===2HNO3+NO①
2NO+O2===2NO2②
由方程式①×2+②得:
4NO2+O2+2H2O===4HNO3③
由方程式①×2+②×3得:
4NO+3O2+2H2O===4HNO3④
2.氮的氧化物溶于水的三种类型
(1)NO2气体:
NO2气体溶于水时仅涉及反应①:
剩余气体为NO。
(2)NO2和O2的混合气体:
NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应③:
x=
0 x= x> 反应情况 O2过量,剩余气体为O2 恰好完全反应,无气体剩余 NO2过量又发生反应①,只剩余NO (3)NO和O2的混合气体: NO、O2的混合气体溶于水时涉及反应④: x= 0 x= x> 反应情况 O2过量,剩余O2 恰好完全反应,无气体剩余 NO过量,剩余NO 【典例】 将VmLNO和NO2的混合气体通过水吸收后,得到amL无色气体A,将此无色气体A与等体积O2混合,再通过水充分吸收后,收集到5mL无色气体B。 试回答: (1)A气体是________,B气体是________。 (2)A气体的体积是________。 【思路点拨】 (根据4NO+3O2+2H2O===4HNO3可知B为O2)。 [解析] (1)NO2溶于水生成NO,故A为NO,NO与O2通入水中发生反应: 4NO+3O2+2H2O===4HNO3,二者等体积时,O2过量,故B为O2; (2)4NO+3O2+2H2O===4HNO3 4 3 amL mL 依题意: a- =5,a=20。 [答案] (1)NO O2 (2)20mL 1.将40mLNO2和NO的混合气体通入倒立于水槽中盛满水的试管里,充分反应后试管中剩余20mL气体,则原混合气体中NO2和NO的体积比为( ) A.2∶1B.1∶1 C.3∶1 D.1∶1 C [3NO2+H2O===2HNO3+NO ΔV 3mL 1mL2mL V(NO2) (40mL-20mL) = ,解得V(NO2)=30mL 所以原混合气体中V(NO)=40mL-30mL=10mL,因此V(NO)2∶V(NO)=30mL∶10mL=3∶1。 ] 2.同温同压下,在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的两种气体,它们是①NO和NO2,②NO2和O2,③NO和N2。 现将3支试管均倒置于水槽中,充分反应后,试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3,则下列关系正确的是( ) A.V1>V2>V3 B.V1>V3>V2 C.V2>V3>V1D.V3>V1>V2 D [可假设试管体积均为2V,则每种气体的体积均为V;当倒置于水槽中时: ①中有反应: 3NO2+H2O===2HNO3+NO,则剩余气体的体积V1= V;②中有反应: 4NO2+O2+2H2O===4HNO3,则剩余O2的体积V2= V;③中气体与水不反应,故试管中气体体积V3=2V。 综上所述,V3>V1>V2。 ] 1.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 A.① B.② C.④ D.③ 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从化合价角度来看都是升高,但反应①N2→NO2不能通过一步反应完成;而反应③NO2→HNO3虽然氮的化合价升高,但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。 ] 2.下列关于NO和NO2的叙述正确的是( ) A.NO是一种红棕色气体 B.常温常压下,NO不能与空气中的氧气直接化合 C.含等质量的氧元素的NO和CO的物质的量相等 D.NO2可用排水法收集 C [解答本题要抓住NO易被氧化、NO2易与水反应的特点。 NO是无色的气体,A错误。 常温常压下,NO易与空气中的氧气直接化合生成NO2,B错误。 NO2能与水反应,故不能用排水法收集,D错误。 ] 3.一定条件下,将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中,并将试管倒立于水槽中,充分反应后剩余气体的体积为原总体积的( ) A. B. C. D. C [设原NO的体积为aL, 则4NO+3O2+2H2O===4HNO3, aL aL = 。 ] 4.下列有关环境污染的说法不正确的是( ) A.燃煤时加入适量生石灰,可减少废气中SO2的量 B.pH在5.6~7之间的降水通常称为酸雨 C.光化学烟雾的形成与NOx和碳氢化合物有关 D.含磷洗涤剂的大量使用和任意排放会导致水体污染 [答案] B 5.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+H2O ①, 2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O ②。 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)在一定条件下氨气亦可用来将氮氧化物转化为无污染的物质。 写出氨气和二氧化氮在一定条件下反应的化学方程式: ___________________。 [答案] (1)NO2 NO 1∶1 (2)8NH3+6NO2 7N2+12H2O
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