版高中化学专题4硫氮和可持续发展第二单元生产生活中的含氮化合物第1课时学案苏教版必修1.docx
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版高中化学专题4硫氮和可持续发展第二单元生产生活中的含氮化合物第1课时学案苏教版必修1
第1课时 氮氧化物的产生及转化
[学习目标定位] 1.理解氮氧化物(NO、NO2)的来源和性质。
2.了解氮氧化物对环境的影响。
一、一氧化氮和二氧化氮
1.两支大试管分别集满NO和NO2气体,观察它们的颜色状态,嗅闻它们的气味,比较它们密度的大小。
填写下表:
色、态
气味
密度
溶解性
毒性
NO
无色气体
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.判断下列说法是否正确?
(1)氮元素可形成五种价态的氧化物,其中+4价的有NO2和N2O4两种( )
(2)NO和NO2的颜色、气味、水溶性不同,但它们都是有毒的气体( )
(3)实验室只能用排水法收集NO,用向上排空气法收集NO2( )
(4)NO具有较强的还原性,在空气中极易被氧化( )
(5)将盛满NO的试管打开塞子置于空气中,无色气体变为红棕色( )
答案
(1)√
(2)√ (3)√ (4)√ (5)√
3.二氧化氮溶于水的实验如下图所示:
把充满NO2的试管倒立水中,再通入O2。
(1)图1实验试管内气体的颜色慢慢变为无色,水面上升,最后静止在距试管底部的1/3处。
(2)图2实验把充满NO2的试管倒立水中,试管内水面上升,有无色气体NO生成,再通入氧气,最后试管全部充满液体。
(3)图3实验试管内液面上升,最后试管全部充满液体。
(1)二氧化氮溶于水反应的化学方程式:
3NO2+H2O===2HNO3+NO,氧化剂与还原剂的物质的量之比是1∶2。
(2)水吸收NO2制硝酸的原理:
3NO2+H2O===2HNO3+NO;
2NO+O2===2NO2;
4NO2+O2+2H2O===4HNO3。
(3)二氧化氮溶于氢氧化钠溶液反应的化学方程式是2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O。
【例1】 最新的病毒学研究证实,一氧化氮对SARS病毒有直接抑制作用。
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
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。
【例2】 在一定条件下,将充满NO2和O2的试管倒立于水槽中,充分反应后,剩余气体体积为原混合气体体积的
,则原混合气体中NO2和O2的体积之比可能是( )
①8∶1 ②7∶3 ③7∶1 ④4∶1
A.①②B.①③
C.②③D.②④
答案 C
解析 反应为4NO2+O2+2H2O===4HNO3,设原气体体积为8L,则剩余气体为1L。
若剩余的1L气体为O2,则V(NO2)=(
×7)L,V(O2)=(
×7+1)L,二者体积比为7∶3;
若剩余的1L气体为NO,而上述反应后剩余3LNO2,则V(NO2)=(3+
×5)L,V(O2)=(
×5)L,二者体积比为7∶1。
二、氮的氧化物对环境的污染
1.氮氧化物的来源:
氮肥生产、金属冶炼和汽车等交通工具的使用等,会产生大量的氮氧化物,火山爆发、雷鸣电闪等也会将氮气转化为氮氧化物。
在燃料燃烧的过程中,空气中的氮气往往也参加反应,这也是汽车尾气中含有NO的原因。
2.光化学烟雾的形成:
空气中的二氧化氮不但能形成酸雨,在日光照射下,二氧化氮还能使氧气经过复杂的反应生成臭氧(O3),臭氧与空气中的一些碳氢化合物发生作用后,产生了一种有毒的烟雾,人们称之为光化学烟雾。
光化学烟雾对人体的健康、植物的生长都有很大的危害。
3.氮氧化物污染的防治:
①使用洁净能源;②为汽车安装转化装置,将汽车尾气中的一氧化碳和一氧化氮转化成二氧化碳和氮气:
2CO+2NO
2CO2+N2;③对生产氮肥、硝酸的工厂排放的废气进行处理。
归纳总结
1.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,冰雪融化,释放有毒气体
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其废水的任意排放
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
2.氮氧化物污染治理方法
(1)汽车尾气“催化转化法”
2CO+2NO
2CO2+N2
(2)氨还原法
6NO+4NH3
5N2+6H2O
6NO2+8NH3
7N2+12H2O
(3)碱液吸收法
2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O
NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O
【例3】 在汽车尾气净化装置里,气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。
下列说法错误的是( )
A.NO2是该过程的中间产物
B.汽车尾气的主要污染成分包括CO和NO
C.NO和O2必须在催化剂表面才能反应
D.催化转化总反应式为2NO+O2+4CO
4CO2+N2
答案 C
解析 由题目提供的图可知:
2NO+O2===2NO2,2NO2+4CO
4CO2+N2,NO2是该过程的中间产物,A项正确;汽车尾气的主要污染成分为有毒的CO和NO,B项正确;NO和O2在常温下就能反应生成NO2,C项错误;由图示可知,该反应过程分两步进行:
2NO+O2===2NO2、2NO2+4CO
4CO2+N2,总反应为2NO+O2+4CO
4CO2+N2,D项正确。
【例4】 下图所示是酸雨的形成示意图。
根据图示回答下列问题。
(1)下列气体容易形成酸雨的是________(填字母)。
A.CO2B.SO2
C.N2D.NO2
(2)现有雨水样品1份,每隔一段时间测定该雨水样品的pH,所得数据如下:
测试时间/h
0
1
2
3
4
雨水的pH
4.73
4.63
4.56
4.55
4.55
分析数据,回答下列问题:
①雨水样品的pH变化的原因是_______________________________________________
________________________________________________________________________。
②如果将刚取样的上述雨水和自来水相混合,pH将变________,原因是__________________
________________________________________________________________________。
(3)下列措施中,可减少酸雨产生的途径的是________(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.②③④⑤
C.①③⑤D.①③④⑤
答案
(1)BD
(2)①SO2+H2OH2SO3,2H2SO3+O2===2H2SO4 ②小 Cl2+2H2O+SO2===H2SO4+2HCl(或H2SO3+HClO===H2SO4+HCl) (3)C
解析
(1)SO2、NO2易形成酸雨。
(2)①酸雨放置时pH变小,其原因是雨水中的H2SO3被空气中的氧气氧化所致:
SO2+H2OH2SO3,2H2SO3+O2===2H2SO4。
②雨水和自来水混合,应考虑H2SO3与Cl2(或HClO)的反应:
SO2+2H2O+Cl2===H2SO4+2HCl(或H2SO3+HClO===H2SO4+HCl)。
因此雨水与自来水混合后溶液pH将变小。
(3)减少酸雨的产生需减少SO2的排放,将煤转化为清洁能源(如煤的气化和液化),燃料脱硫、固硫,开发不含硫的新能源(如氢能、核能等),都是有力措施。
因此①③⑤正确。
思维启迪
(1)pH<5.6的降雨称酸雨,酸雨分为硫酸型和硝酸型。
(2)CO2不是形成酸雨的物质,不属于“城市空气质量时报”报道的污染物。
(3)酸雨在空气中久置酸性增强的原因是2H2SO3+O2===2H2SO4,H2SO4酸性强于H2SO3。
1.氮气的化学性质非常稳定,常温下很难与其他物质反应。
2.NO为无色无味气体,NO2为红棕色有刺激性气味的气体,它们均为有毒气体,能引起呼吸系统疾病。
3.NO、NO2的产生及转化反应为N2+O2
2NO
2NO+O2===2NO2 3NO2+H2O===2HNO3+NO
4.NO、NO2分别与O2、H2O反应的化学方程式为
4NO+3O2+2H2O===4HNO3
4NO2+O2+2H2O===4HNO3
5.NOx会形成酸雨,引起光化学烟雾,破坏臭氧层。
1.关于氮气的性质说法中错误的是( )
A.氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在
B.通常情况下,氮气性质很不活泼
C.可在氧气中燃烧生成一氧化氮
D.大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环
答案 C
解析 通常情况下氮气的性质很不活泼,在放电或高温条件下,能跟氧气反应。
2.下列有关环境污染的说法不正确的是( )
A.燃煤时加入适量石灰石,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.光化学烟雾的形成主要与NOx和碳氢化合物有关
D.含磷洗涤剂会导致水体污染
答案 B
3.对3NO2+H2O===2HNO3+NO反应的下列说法正确的是( )
A.氧化剂与还原剂的质量比为1∶2
B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2
C.NO2是氧化剂,H2O是还原剂
D.在反应中若有6molNO2参与反应时,有3mol电子发生转移
答案 A
4.在一定温度和压强下将装有N2和NO2混合气体的试管倒立在水中,经过足够的时间后,试管内气体体积缩小为原体积的
,则原混合气体中N2和NO2气体的体积比是( )
A.2∶3B.3∶2
C.3∶5D.5∶3
答案 A
解析 3NO2+H2O===2HNO3+NO ΔV
3 1 2
V(NO2)
V
所以V(NO2)=
V,所以V(N2)=
V,V(N2)∶V(NO2)=2∶3。
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:
①NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O,②2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O,
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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