学年高一化学必修一第四章第32节二氧化氮和一氧化氮模块讲义 人教课标版.docx
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学年高一化学必修一第四章第32节二氧化氮和一氧化氮模块讲义人教课标版
二氧化氮和一氧化氮
知识精讲
一、氮气、二氧化氮及一氧化氮
1.氮气
N2约占空气体积的____左右,在________或________条件下,N2与O2反应的化学方程式为____________。
2.一氧化氮和二氧化氮
(1)物理性质
色、态
气味
密度
溶解性
毒性
NO
_______
_______
_______
_______
_______
NO2
_______
_______
_______
_______
_______
(2)化学性质
①常温下,NO不稳定,易与O2结合。
化学方程式为__________________________。
②NO2溶于水时与水发生反应。
化学方程式为________________________。
二、二氧化硫和二氧化氮对大气的污染
1.SO2和NO2的主要来源
(1)SO2主要来自、和某些含硫金属矿物的燃烧和冶炼。
(2)NO2主要来自。
2.危害
(1)引起污染,直接危害人体健康。
(2)溶于水形成。
3.酸雨
(1)概念:
的降水称酸雨,主要是大气中的SO2和NO2溶于水造成的。
(2)形成原理
①H2SO4的生成:
SO2
H2SO3
H2SO4
SO2+H2O
H2SO3,
2H2SO3+O2===2H2SO4。
②HNO3的生成:
NO2
HNO3
3NO2+H2O===2HNO3+NO。
(3)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。
4.防治措施
(1)调整能源结构,发展清洁能源。
(2)研究煤的脱硫技术,改进燃烧技术,减少SO2和氮的氧化物的排放。
(3)加强工厂废气的回收处理。
(4)改进汽车尾气的处理技术,控制汽车尾气排放标准。
【答案】一、1.
放电高温N2+O2
2NO
2.
(1)
色、态
气味
密度
溶解性
毒性
NO
无色气体
无味
比空气略大
不溶于水
有毒
NO2
红棕色气体
刺激性气味
比空气大
易溶于水
有毒
(2)①2NO+O2===2NO2②3NO2+H2O===2HNO3+NO
二、1.
(1)煤石油
(2)汽车尾气
2.
(1)大气
(2)酸雨
3.
(1)pH<5.6
例题精讲
一、二氧化氮溶于水的实验分析
实验步骤
实验现象
实验结论
试管内气体颜色慢慢变为无色,水面不断上升,最后静止在距试管底部约1/3处
NO2不能全部被水吸收,有无色气体NO生成
把充满NO2的试管倒立水中,再通入O2
水面不断上升,最后试管内无色气体约为原NO2体积的1/3,通入适量O2后液面继续上升,最后试管全部充满液体
NO2溶于水生成的NO全部与O2反应被水吸收
水面不断上升,最后试管全部充满液体
NO2可被NaOH溶液全部吸收
二、氮的氧化物溶于水的计算方法
NO2和NO有如下反应:
3NO2+H2O===2HNO3+NO①
2NO+O2===2NO2②
4NO2+O2+2H2O===4HNO3③
4NO+3O2+2H2O===4HNO3④
(1)NO和NO2的混合气体
NO、NO2的混合气体溶于水时仅涉及反应①,可利用气体体积变化差值进行计算:
V剩=V(NO)原+
V(NO2)。
(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,其计算如下表:
x=
0 x=4 x>4 反应情况 O2过量,剩余气体为O2 恰好完全反应 NO2过量,剩余气体为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: 其计算如下表: x= 0 x= x> 反应情况 O2过量,剩余气体为O2 恰好完全反应 NO过量,剩余气体为NO 典例1自然界有一种“雷雨发庄稼”的现象,即在雷雨过后,植物生长得更好。 下面一段短文就是叙述雷雨中发生的一系列化学变化过程: ①空气中的N2在放电条件下与O2直接化合生成无色且不溶于水的一氧化氮气体; ②一氧化氮的密度比空气略大,不稳定,常温下就易与空气中的O2反应生成红棕色的二氧化氮气体; ③二氧化氮气体有毒,易与水反应生成硝酸(HNO3)和一氧化氮; ④生成的硝酸随雨水洒到大地上,同土壤中的矿物质相互作用,生成可溶于水的硝酸盐。 请填写下列空白: (1)上述短文中,描述二氧化氮化学性质的是________(填序号)。 (2)实验室制取一氧化氮时,下列收集方法不适宜的是________。 A.向上排空气法 B.向下排空气法 C.排水收集法 (3)写出二氧化氮与水反应的化学反应方程式: ____________________________________,其中氮元素的化合价在此反应中发生的变化是________。 A.不变 B.仅升高 C.仅降低D.既有升高又有降低 (4)“雷雨发庄稼”,植物生长得更好的原因是__________。 A.生成的一氧化氮可以作为氮肥 B.生成的二氧化氮可以作为氮肥 C.生成的硝酸盐可以作为氮肥 【答案】 (1)③ (2)AB (3)3NO2+H2O===2HNO3+NO D (4)C 典例2如图所示,试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物),当倒扣在盛有水的水槽中时,试管内液面上升,但不能充满试管,当向试管内鼓入氧气后,可以观察到试管中液面继续上升,经过多次重复后,试管内完全被充满,原来试管中盛装的气体是 A.可能是N2和NO2的混合气体 B.一定是NO2气体 C.一定是NO与NO2的混合气体 D.可能是NO2一种气体 【答案】D 典例3现有NO2、O2的混合气体12mL,通入足量水中,充分反应后逸出气体2mL(同温同压下),则原混合气体中氧气的体积是 A.4.8mLB.2.4mL C.3mLD.4mL或1.2mL 【答案】D 【解析】根据有关的反应: 4NO2+O2+2H2O===4HNO3,3NO2+H2O===2HNO3+NO,设原混合气体中O2的体积为V(O2),剩余气体可能是O2,也可能是NO。 ①若剩余O2,则V剩=V(O2)− [12mL−V(O2)]=2mL,解得V(O2)=4mL。 ②若剩余NO,则V剩= [12mL−V(O2)−4V(O2)]=2mL,解得V(O2)=1.2mL。 z.x.x.k 典例4汽车尾气(含烃类、CO、SO2与NO等物质)是城市空气的污染源之一。 治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个催化转换器(用Pt、Pd合金作催化剂),它的特点是使CO和NO反应,生成可参与大气生态环境循环的无毒气体,并促使汽油充分燃烧及SO2的转化。 (1)汽车尾气中导致酸雨形成的主要物质是_______________________。 (2)NO的危害在于________(填字母)。 A.破坏臭氧层 B.高温下能使一些金属氧化 C.造成酸雨 D.与人体血红蛋白结合 (3)写出在催化剂的作用下CO跟NO反应的化学方程式: __________________________。 (4)使用“催化剂转化器”的缺点是在一定程度上提高了排放废气的酸度,有可能促进了酸雨的形成,其原因是_________________________________________________________________。 (5)控制城市空气污染源的方法有________(填字母)。 a.植树造林b.开发氢能源 c.使用电动车d.使用无铅汽油 【答案】 (1)SO2、NO (2)ACD (3)2CO+2NO N2+2CO2 (4)反应除生成了N2外,还生成了增加空气酸度的CO2和SO3 (5)bc (3)从题目叙述中“它能使CO跟NO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体”,可推出该反应为2CO+2NO N2+2CO2。 (4)使用“催化转化器”促进SO2转化SO3,而SO3与H2O化合生成H2SO4,提高了空气的酸度,促进了酸雨的形成。 (5)控制城市空气污染源的方法是从控制空气污染物的排放上采取措施。 植树造林能控制CO2量的增加,但不能消除污染物;使用无铅汽油也不能消除汽车尾气的排放,选b、c。 同步练习 1.下列关于氮气的说法中错误的是 A.通常情况下N2性质很稳定,所以N2可以在电焊时作保护气 B.N2+O2 2NO,该反应是汽车尾气造成污染的主要因素之一 C.N2在空气中约占的质量比为 D.在反应3Mg+N2 Mg3N2中,N2作氧化剂 2.空气是人类生存所必需的重要资源。 为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持。 下列措施不利于“蓝天工程”建设的是 A.推广使用燃煤脱硫技术,防止SO2污染 B.实施绿化工程,防治可吸附性颗粒污染 C.研制开发燃料电池汽车,消除机动车尾气污染 D.加大石油、煤的开采速度,增加化石燃料的供应量 3.下列物质: ①氮氧化物 ②未完全燃烧的碳氢化合物 ③含铅化合物 ④二氧化硫 ⑤一氧化碳,其中属于汽车尾气成分的是 A.①②③④B.①②③⑤ C.②③④⑤D.全部 4.以下非金属氧化物与其引起的环境问题及主要来源对应正确的是 选项 氧化物 环境问题 主要来源 A CO2 破坏臭氧层 化石燃料的燃烧 B SO2 温室效应 汽车尾气的排放 C NO2 光化学烟雾 工厂废气的排放 D CO 酸雨 汽车尾气和化石燃料的不完全燃烧 5.下列关于NO的叙述正确的是 A.NO是一种红棕色的气体 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.NO易溶于水,不能用排水法收集 6.运载火箭的推进剂引燃后,尾部喷出大量高温气体。 该气体主要成分是CO2、H2O、N2、NO等,在发射现场可看到火箭尾部产生大量红棕色气体,其原因是 A.高温下N2遇空气生成NO2 B.NO遇空气生成NO2 C.CO2与NO反应生成CO和NO2 D.NO与H2O反应生成H2和NO2 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.H2OD.浓硫酸 8.如图所示,室温下向盛有30mLNO的试管中缓缓通入15mLO2(所有气体体积均在标准状况下测定)。 试回答下列问题: (1)写出观察到的现象: ①________________________________________________________________________; ②________________________________________________________________________; ③________________________________________________________________________。 (2)最终试管中剩余的气体是________,体积为________。 9.我国农业生产因遭受酸雨而造成的损失每年高达15亿元。 为了有效控制酸雨,目前国务院已批准了《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规。 某实验小组采集硫酸型酸雨样品,随着时间的推移,多次测定该样品的pH,得到了表中数据: (已知pH越小,溶液的酸性越强) 时间(h) 0 8 16 24 32 40 48 pH 5.0 4.8 4.5 4.3 4.2 4.0 4.0 (1)酸雨样品放置时pH变化的主要原因是(用化学方程式表示)____________________。 (2)如果将刚取样的上述酸雨和自来水混合,pH将________(填“增大”“减小”或“不变”),原因是(用化学方程式表示)____________________。 (3)你认为减少酸雨产生可采取的措施是___________(填字母)。 ①少用煤作燃料 ②把工厂烟囱造高 ③燃料脱硫 ④在已酸化的土壤中加石灰 ⑤开发新能源 A.①②③B.②③④⑤C.①③⑤D.①③④⑤ 10.关于二氧化硫和二氧化氮叙述正确的是 A.两种气体都是无色有毒的气体,且都可用水吸收以消除对空气的污染 B.二氧化硫与过量的二氧化氮混合后通入水中能得到两种常用的强酸 C.两种气体都具有强氧化性,因此都能够使品红溶液退色 D.两种气体溶于水都可以与水反应,且只生成相应的酸 11.某混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种气体。 现将此无色透明的混合气体通过品红溶液后,品红溶液褪色,把剩余气体排入空气中,很快变为红棕色。 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O2和NO2,可能有Cl2 C.可能有Cl2和O2 D.肯定只有NO 12.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>V3B.V1>V3>V2 C.V2>V3>V1D.V3>V1>V2 13.四支试管中分别充满NO、SO2、NO2、Cl2中的一种,把它们分别倒立于盛有水的水槽中,充分放置后的现象如下图所示.其中原试管充满NO2的是 14.在一定温度和压强下,将一个容积为15mL的试管充满NO2后,倒置于一个盛水的水槽中,当试管内液面上升至一定高度不再变化时,相同条件下再通入O2,若要使试管内液面仍保持在原高度,则应通入O2体积为 A.3.75mLB.7.5mLC.8.75mLD.10.5mL 15.氮的氧化物和硫的氧化物是导致酸雨的物质。 (1)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________(填“>”、“<”或“=”)5.6。 ②D物质的化学式为____________。 ③反应②的化学方程式为_________________________________________。 (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: __________________,反应中氧化剂是____________,还原剂是_______________。 (3)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,2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O 现有VL某NaOH溶液能完全吸收nmolNO2和mmolNO组成的大气污染物。 ①所用烧碱溶液的物质的量浓度至少为________mol·L−1。 ②若所得溶液中c( )∶c( )=1∶9,则原混合气体中NO2和NO的物质的量之比n∶m=______。 ③用含n和m的代数式表示所得溶液中 和 浓度的比值c( )∶c( )=________。 16.如图所示,室温下向盛有3.0mLNO的试管中缓缓通入1.5mLO2(所有气体均在标准状况下测定)。 试回答下列问题: (1)写出观察到的现象(可不写满,也可补充): ①_________________________________________________________; ②_________________________________________________________; ③_________________________________________________________。 (2)最终试管中剩余的气体是________,体积为________。 17.某研究性学习小组同学拟分析某市空气的质量情况,测定该市空气中SO2的含量并制定下列研究方案: Ⅰ.资料表明,SO2具有较强的还原性,能与高锰酸钾酸性溶液发生反应: 5SO2+2 +2H2O===5 +2Mn2++4H+。 Ⅱ.设计实验方案: 利用SO2的还原性使SO2和已知浓度及体积的高锰酸钾酸性溶液反应。 Ⅲ.选择分析地点: 某工业区、某公园、某居民小区、某商业区、某交通枢纽。 Ⅳ.选择分析时间: 晴天、风速较小时;晴天、风速较大时;雨前;雨后。 Ⅴ.对测定的结果进行初步分析并向相关单位提出建议。 (1)该小组同学拟用如图所示装置定量分析空气中SO2的含量。 ①通入空气前应进行的实验操作是________________________________; ②当观察到实验的现象为________________________________________时,应停止通空气; ③实验过程中需测量并记录的数据是_________________________________。 (2)如图表示该小组同学根据实验测得的该市不同地区空气中SO2的含量。 ①工厂区、交通枢纽SO2含量明显高于其他地区的原因是_____________; ②请向当地有关部门提出一条减少工厂区SO2排放的建议: __________________________。 (3)下表是该小组同学测得的不同天气情况下的城市空气中SO2的平均含量。 请分析雨后或风速较大时SO2平均含量较低的原因: ①_____________________________________________________; ②_____________________________________________________。 天气情况 平均风速(m·s−1) 空气中SO2的平均含量(mg·L−1) 雨前 2.0 0.03 雨后 2.2 0.01 晴 23 0.015 晴 0.9 0.03 1.【答案】C 【解析】N2很稳定,常用作保护气;但在高温下N2与O2产生的NO易被氧化为NO2,故汽车尾气会造成环境污染;N2在空气中的体积含量约为4/5;N2与金属、H2反应时作氧化剂。 2.【答案】D 【解析】加大石油、煤的开采速度,会加重环境污染。 3.【答案】D 【解析】汽车尾气中的成分比较复杂,有不完全燃烧产生的CO、碳氢化合物、碳的固体颗粒,有N2和O2反应产生的NO、NO2,有汽油中的S元素与O2生成的SO2。 4.【答案】C 5.【答案】C 【解析】NO是一种无色难溶于水的气体,可以用排水法收集。 常温常压下,NO容易与氧气直接化合生成NO2。 6.【答案】B 【解析】NO遇到O2生成红棕色的NO2,B项正确。 7.【答案】C 【解析】通过A、B这物质都会生成CO2,导致带入新的杂质;H2SO4不与NO2反应;由反应3NO2+H2O===2HNO3+NO知,水洗可除去NO中的NO2。 8.【答案】 (1)①通入O2后试管内气体变为红棕色 ②试管内液面升高 ③最后试管内变成无色 (2)NO 10mL 【解析】通入的O2与NO发生反应生成NO2: 2NO+O2===2NO2,所以看到有红棕色气体生成;生成的NO2溶于水: 3NO2+H2O===2HNO3+NO。 两个反应的总方程式为: 4NO+3O2+2H2O===4HNO3。 气体被消耗,所以看到试管内液面上升。 根据总反应方程式可以计算出,氧气全部反应,剩余NO的体积是1.0mL,NO为无色气体,这时为可观察到的第三个现象。 9.【答案】 (1)SO2+H2O H2SO3,2H2SO3+O2===2H2SO4 (2)减小 H2SO3+Cl2+H2O===2HCl+H2SO4 (3)C 10.【答案】B 【解析】二氧化氮跟水反应,生成硝酸和一氧化氮,二氧化硫溶于水生成亚硫酸,硝酸氧化亚硫酸生成硫酸,B项正确。 11.【答案】A 【解析】由于混合气体无色,所以没有Cl2、NO2;通入品红溶液后,品红褪色,则气体中有SO2;剩余气体排入空气中变为红棕色,说明混合气体中含有NO,没有O2,因为NO、O2不共存 12.【答案】D 【解析】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。 13.【答案】B 【解析】根据化学方程式3NO2+H2O===2HNO3+NO,剩余气体是反应前的 ,故B项正确,NO不溶于水,对应D项;SO2在水中的溶解度为1体积水溶解40体积SO2,对应A项;Cl2对应C项。 14.【答案】C 【解析】由反应3NO2+H2O===2HNO3+NO可知,15mLNO2与水反应后生成5mLNO,通入O2后将发生反应: 4NO+3O2+2H2O===4HNO3,5mLNO完全反应,需通入O2的体积为5mL× =3.75mL,若要使试管内液面仍保持在原高度,通入的O2需与5mLNO完全反应后仍剩余5mL,故应通入8.75mLO2,C项正确。 15.【答案】 (1)①<②H2SO3③2SO2+O2 2SO3 (2)6NO2+8NH3 7N2+12H2ONO2NH3 (3)① ②3∶2③ 【解析】 (1)酸雨的pH<5.6,正常雨水的pH=5.6。 由图示转化可知: A为SO2,B为SO3,D为H2SO3。 (2)NH3和NO2反应生成的无污染物质是N2和H2O。 (3)①因产物NaNO3、NaNO2中n(Na+)=n(N),故n(NaOH)=n(NO)+n(NO2)=(m+n)mol,c(NaOH)= mol·L−1。 ②NO2与NO混合气体与NaOH溶液反应可以认为先后发生如下反应: NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O mm2m2m 2NO2+2NaOH===NaNO2+ NaNO3+H2O n−m (n−m) (n−m) 当V(NO)2≥V(NO)时能吸收完全,所以c( )∶c( )= = ,得n∶m=3∶2。 ③c( )∶c( )= (n−m)∶[2m+ (n−m)]= 。 16.【答案】 (1)①试管内气体变为红棕色 ②试管内液面升高 ③最后试管内剩余无色气体 (2)NO 1.0mL 17.【答案】 (1)①检查装置的气密性 ②高锰酸钾酸性溶液刚好褪色 ③通入空气至高锰酸钾酸性溶液刚好褪色所需要的时间 (2)①工厂尾气、汽车尾气中SO2含量较高 ②提高脱硫技术(或改用更洁净的能源或提高尾气的处理技术或对尾气进行综合利用等合理答案均可) (3)①下雨时SO2与水反应降低了雨后空气中SO2的含量 ②风速越大,气体扩散速度越大,空气中SO2浓度越小 【解析】当高锰酸钾酸性溶液刚好完全褪色时,反应结束,由于气体流速管可以测得单位时间内通过的气体的体积
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