浙江专版版高中化学专题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课时氮氧化物产生及转化.docx
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浙江专版版高中化学专题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课时氮氧化物产生及转化
第1课时 氮氧化物的产生及转化
知识内容
必考要求
加试要求
1.氮氧化物的产生、转化及其性质。
2.氮及其化合物的相互转化关系。
a
c
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.在自然界中,氮元素既有游离态,也有化合态,大部分以游离态的形式存在于空气中。
氮气是一种无色、无味气体,不溶于水。
(1)氮气的化学性质稳定,通常情况下与氧气不反应,但是在放电或高温条件下氮气和氧气能直接化合生成NO,反应的化学方程式是N2+O2
2NO。
(2)NO与O2反应生成NO2,反应的化学方程式为2NO+O2===2NO2。
(3)氮气在高温、高压、催化剂的情况下,能与氢气化合生成NH3,反应的化学方程式是N2+3H2
2NH3。
2.两支大试管,分别充满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
无味
比空气略大
微溶于水
有毒
NO2
红棕色气体
刺激性气味
比空气大
易溶于水
有毒
3.将盛满一氧化氮的试管打开塞子,置于空气中观察到的现象是气体的颜色由无色变为红棕色,反应的化学方程式是2NO+O2===2NO2,实验室收集一氧化氮气体的方法是排水法。
4.对于二氧化氮溶于水的实验,按表中要求将其实验现象和实验结论填入下表空格内:
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
归纳总结
氮氧化物的性质
(1)NH3
N2
NO
NO2
HNO3
(2)二氧化氮溶于水反应的化学方程式是3NO2+H2O===2HNO3+NO,氧化产物是HNO3,还原产物是NO,氧化剂与还原剂的质量比是1∶2。
(3)水吸收NO2制硝酸的原理
3NO2+H2O===2HNO3+NO
2NO+O2===2NO2
4NO2+O2+2H2O===4HNO3
[提醒]
(1)N2和O2不能一步反应生成NO2。
(2)NO、NO2、N2O都不是酸性氧化物。
1.最新的病毒学研究证实,一氧化氮对SARS病毒有直接的抑制作用。
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、无味难溶于水的气体,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。
2.下列关于实验室收集NO和NO2气体的方法中,正确的是( )
A.都用排水法
B.都用向上排空气法
C.NO用向上排空气法,NO2用排水法
D.NO用排水法,NO2用向上排空气法
答案 D
解析 NO易与O2反应,所以NO不能用排空气法收集,只能用排水法;NO2可与H2O反应,所以不能用排水法收集,只能用向上排空气法。
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.氮的氧化物对环境的危害
(1)形成硝酸型酸雨:
3NO2+H2O===2HNO3+NO;
(2)形成光化学烟雾:
汽车尾气→NO→NO2→O3→有毒烟雾;
(3)破坏臭氧层。
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
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。
4.硝酸工业尾气中含有高浓度的NO和NO2,它们都是大气的重要污染物。
已知某厂排放的尾气中NO、NO2的体积比为1∶1,该厂采用NaOH溶液来处理该尾气,处理后所得溶液中只有一种含氮的钠盐。
则该含氮的钠盐中,氮元素的化合价为( )
A.-3B.+1C.+3D.+5
答案 C
解析 NO、NO2的体积比为1∶1,两者中氮的价态分别为+2、+4价,一个升高,一个降低,含氮钠盐中的氮的价态是+3价。
1.下列关于NO的说法正确的是( )
A.NO是酸性氧化物
B.NO只能通过人工合成
C.NO是大气污染物,会形成酸雨
D.NO可以用向上排空气法收集
答案 C
2.汽车尾气在光照下,发生光化学烟雾的循环,它的形成过程可用下面的化学方程式表示:
NO2===NO+O,2NO+O2===2NO2,O+O2===O3。
下列叙述中不正确的是( )
A.在此过程中,NO2是催化剂
B.在此过程中,NO是反应的中间产物
C.该过程总反应的化学方程式为2O3===3O2
D.光化学烟雾能引起人严重的呼吸功能障碍
答案 C
解析 催化剂先参加,后生成,中间产物先生成,后消失,A、B正确;该反应的总反应先将第一个和第三个反应两边乘2,然后三式相加,C不正确;光化学烟雾有大量的有害气体生成,D正确。
3.
按图进行实验。
试管中装有12mLNO,然后间歇而又缓慢地通入8mLO2,下列是有关最终状态的描述:
①试管内气体呈棕色 ②试管内气体呈无色 ③试管内液面不变 ④试管内液面上升 ⑤试管内气体是O2 ⑥试管内气体是NO
其中正确的是( )
A.①③B.②④⑤
C.②④⑥D.②③⑤
答案 C
解析 根据4NO+3O2+2H2O===4HNO3可得,剩余气体应为NO,体积为
mL,试管内液面上升。
4.下列有关氮气的叙述中,错误的是( )
A.镁在空气中燃烧除生成氧化镁外还生成氮化镁
B.在雷雨天,空气中的N2和O2可反应生成NO
C.氮气既可作氧化剂又可作还原剂
D.1molN2可与3molH2完全反应生成2molNH3
答案 D
解析 N2与O2在放电时可生成NO,N2作还原剂;N2与Mg在点燃时可生成氮化镁,N2作氧化剂,故A、B、C项均正确。
N2与H2的反应属于可逆反应,1molN2和3molH2不可能完全反应生成2molNH3,D项错误。
5.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。
6.汽车尾气中的NO是造成大气污染的物质之一,但NO又是工业生产硝酸的中间产物,另外NO在人体的血管系统内有促进血管扩张的作用,有三位教授因此项研究成果而获得诺贝尔奖。
(1)下列选项与NOx对环境的污染无关的是________。
A.酸雨B.赤潮
C.光化学烟雾D.温室效应
(2)在汽车尾气排放管中安装一个催化转化器,可将尾气中另一种有害气体CO跟NO反应转化为无毒气体,该反应的化学方程式为______________________,反应中的氧化剂是________。
(3)氨气也可用于处理氮氧化物,例如,氨气与二氧化氮发生如下反应:
6NO2+8NH3===7N2+12H2O。
用单线桥法标出反应中电子转移的数目和方向__________________________,在反应中还原剂是_______________________________________________________。
答案
(1)BD
(2)2NO+2CO
N2+2CO2 NO
(3)
NH3
解析
(1)酸雨是大量排放二氧化硫、二氧化氮等酸性气体造成的污染,酸雨pH<5.6,对植被、建筑物、土壤等造成很大伤害,与NOx对环境的污染有关;赤潮是由水中的氮、磷元素浓度过大导致的水污染,与空气中的NOx对环境的污染无关;光化学烟雾,是城市大气中的碳氢化合物和氮氧化合物(NOx)在阳光紫外线的作用下发生的一系列链式大气化学反应生成以臭氧(O3)为代表的刺激性二次污染物,与NOx对环境的污染有关;温室效应是大量化石燃料燃烧产生大量二氧化碳的结果,与空气中的NOx对环境的污染无关。
(2)根据信息可知CO与NO反应生成无毒气体N2和CO2,故CO和NO反应的化学方程式是2NO+2CO
N2+2CO2;在化学反应中,还原剂是CO,氧化剂为NO。
(3)在反应6NO2+8NH3===7N2+12H2O中,
H3→
,NH3是还原剂,失8×3e-;
O2→
,NO2是氧化剂,得6×4e-,可表示为
。
课时作业
[经典基础题]
1.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
答案 C
解析 通过A、B两项都会生成CO2,导致引入新的杂质;H2SO4不与NO2反应;由反应3NO2+H2O===2HNO3+NO知,水洗可除去NO中的NO2。
2.下列物质中,不属于“城市空气质量日报”报道的污染物是( )
A.二氧化氮B.二氧化碳
C.可吸入颗粒物D.二氧化硫
答案 B
3.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
酸雨
化石燃料的燃烧
B
SO2
光化学烟雾
汽车尾气的排放
C
NO2
温室效应
工厂废气的排放
D
CO
CO中毒
燃料的不完全燃烧
答案 D
解析 形成酸雨的氧化物主要是SO2和氮的氧化物,CO2是造成温室效应的主要气体,引起光化学烟雾的主要气体为NO2,CO会造成煤气中毒,由此判断,选项D正确。
4.NO2可以用氢氧化钠溶液吸收,或在一定条件下用氨气与其反应使之转化为无污染的物质,发生反应的化学方程式分别是2NO2+2NaOH===M+NaNO3+H2O,8NH3+6NO2===7X+12H2O。
则M、X代表的物质的化学式分别是( )
A.NaNO2、N2B.HNO2、N2
C.NO、HNO3D.N2、N2
答案 A
解析 根据得失电子守恒、原子守恒综合判断可知A项正确。
5.把少量NO2气体通入过量小苏打溶液中,再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管,最后收集到的气体是( )
A.氧气B.二氧化氮
C.二氧化氮和氧气D.二氧化氮和一氧化氮
答案 C
解析 少量NO2气体通入过量小苏打溶液中,逸出的气体为NO、CO2,且二者物质的量之比为1∶2,同时还有少量水蒸气逸出,再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管,CO2、水蒸气与过氧化钠反应生成O2,且V(NO)∶V(O2)<1∶1,所以最后收集到的气体是NO2和O2。
6.某氮的氧化物和一氧化碳在催化剂的作用下充分反应,生成氮气和二氧化碳。
可消除CO与该氮的氧化物的污染,若测得氮气和二氧化碳的物质的量之比为1∶2,则该氮的氧化物是( )
A.N2OB.NO
C.NO2D.N2O5
答案 B
解析 设氮氧化物的化学式为NOx,由题意得2NOx+2xCO
N2+2xCO2。
N2、CO2的物质的量之比为1∶2,根据氧原子守恒得x=1。
即NOx为NO。
7.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
解析 试管内气体为红棕色,故一定含有NO2,也可能含有NO,因为2NO+O2===2NO2,生成的NO2又可与水反应,使液面上升,NO2、O2与水反应的总反应的化学方程式为4NO2+O2+2H2O===4HNO3,故当试管内气体为NO2或NO2与NO的混合物时,通入适量O2,最终试管内可完全充满液体。
由于N2不溶于水,故不可能含有N2。
由此可知答案为D。
8.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 (总反应式法)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。
9.在标准状况下,将O2和NO2按1∶4体积比充满干燥烧瓶,把烧瓶倒置于水中,瓶内液体逐渐上升,假设烧瓶内溶液不扩散,最终烧瓶内溶液里溶质的物质的量浓度为( )
A.
mol·L-1B.
mol·L-1
C.
mol·L-1D.
mol·L-1
答案 C
解析 设烧瓶的体积为VL,由4NO2+O2+2H2O===4HNO3知NO2的体积为
VL,又O2和NO2的体积比为1∶4,所以最终液体充满整个烧瓶,溶液的体积为VL,NO2的物质的量为
VL÷22.4L·mol-1=
Vmol,所以硝酸的物质的量浓度为
Vmol÷VL=
mol·L-1。
10.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
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中发生反应:
3NO2+H2O===2HNO3+NO,则剩余气体的体积V1=
V;②中发生反应:
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。
[能力提升题]
11.为了有效实现NO和NO2的相互转化,设计如下实验:
按图组装好实验装置,并检验装置气密性,实验前用排水法收集半瓶NO气体。
(1)打开止水夹,推动针筒活塞,使O2进入烧瓶。
关上止水夹,首先观察到烧瓶中的现象:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________,
产生此现象的化学反应方程式为_____________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)轻轻摇动烧瓶,观察到烧瓶中的现象为
①________________________________________________________________________;
②________________________________________________________________________。
产生此现象的化学反应方程式为____________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)烧瓶中气体由无色变为红棕色
2NO+O2===2NO2
(2)①烧杯中红棕色气体又变为无色
②烧杯中水倒吸到烧瓶中(或烧瓶中液面上升) 3NO2+H2O===2HNO3+NO
12.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(NO
)∶c(NO
)=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NO
和NO
浓度的比值c(NO
)∶c(NO
)=________。
答案
(1)①< ②H2SO3 ③2SO2+O2
2SO3
(2)6NO2+8NH3
7N2+12H2O NO2 NH3
(3)①
②3∶2 ③
解析
(1)酸雨的pH<5.6,正常雨水的pH=5.6。
由图示转化关系可知:
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
mm2m
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(NO
)∶c(NO
)=
=
,即n∶m=3∶2。
③c(NO
)∶c(NO
)=
(n-m)∶[2m+
(n-m)]=
。
13.如图所示:
在B水槽中装有500mL水,容积为amL的试管A充满了NO2和NO的混合气体(标准状况),将试管A倒插入B水槽的水中。
充分反应后,试管A中余下气体的体积为0.5amL。
(1)将A倒插入B槽中发生的反应为__________________________________________
________________________________________________________________________,
该反应中氧化剂与还原剂的质量比为________,原混合气体中NO2和NO的物质的量之比为________。
(2)通过导气管C向余下0.5amL气体的试管A中持续通入氧气,A中可能观察到的现象是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)当试管A中充满气体时停止通入氧气,然后将试管取出水槽,水槽B中溶液的物质的量浓度为________mol·L-1(设溶液的体积仍为500mL)。
答案
(1)3NO2+H2O===2HNO3+NO 1∶2 3∶1
(2)无色气体变为红棕色,试管中液面不断上升至全充满。
继续通入氧气后,试管中液面下降,最后充满无色气体
(3)
解析
(1)试管A倒插入B水槽的水中后,发生反应3NO2+H2O===2HNO3+NO,氧化剂与还原剂均为NO2,质量比为1∶2。
根据题意有
n(NO2)+n(NO)=
[n(NO2)+n(NO)],n(NO2)∶n(NO)=3∶1。
(2)试管A中剩余0.5amL气体为NO,通入氧气后,发生反应2NO+O2===2NO2,4NO2+O2+2H2O===4HNO3,可写为4NO+3O2+2H2O===4HNO3,无色气体变为红棕色气体,试管中液面不断上升至全充满,继续通入氧气后,试管中液面下降,最后充满无色气体(O2)。
(3)试管中充满气体时,根据氮原子守恒,n(HNO3)=n(气体)=
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