第四章 第三节 第2课时.docx
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第四章第三节第2课时
第2课时 氮的氧化物 大气污染物
[学习目标定位] 认识一氧化氮、二氧化氮的性质，熟知氮的氧化物溶于水反应的化学方程式，知道氮的氧化物（NO2）、硫的氧化物（SO2）是主要的大气污染物及防治措施。
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
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.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收集。
3．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
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
[归纳总结]
1．二氧化氮溶于水反应的化学方程式是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，氧化剂与还原剂的物质的量比是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的化学方程式是2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O。
[活学活用]
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。
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．①③C．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。
①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。
②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 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主要来自煤、石油和某些含硫金属矿物的燃烧和冶炼。
（2）NO2主要来自汽车尾气。
2．危害
（1）引起大气污染，直接危害人体健康。
（2）溶于水形成酸雨。
3．酸雨
（1）概念：
pH<5.6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＋H2OH2SO3，
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。
[归纳总结]
酸雨的形成过程十分复杂，简要概括如下：
[活学活用]
3．酸雨形成的最主要原因是（ ）
A．森林遭乱砍滥伐，破坏了生态平衡
B．工业上大量燃烧含硫燃料
C．大气中二氧化碳的含量增多
D．汽车排出大量尾气
答案 B
解析 空气中硫的氧化物和氮氧化物随雨水降下就形成酸雨。
酸雨的形成主要是由于空气中SO2和NOx的增多。
在我国主要是SO2的增多。
空气中SO2的主要来源是①化石燃料（煤和石油产品）的燃烧；②含硫矿石的冶炼；③硫酸、磷肥、纸浆厂的工业废气。
目前，由于汽车用的燃料汽油、柴油等都经过了脱硫处理，所以形成酸雨的最主要原因是工业上大量燃烧含硫燃料。
4．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，防治SO2污染
B．实施绿化工程，防止扬尘污染
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、煤炭的开采速度，增加化石燃料的供应量
答案 D
解析 A、B、C都是可采取的措施，在D中，若加大不可再生资源石油、煤的开采，会造成资源缺乏，同时会使空气中的SO2、NOx含量的增加。
当堂检测
1．近年来，环境问题越来越引起人们的重视。
温室效应、酸雨、臭氧层破坏、赤潮等已经给我们赖以生存的环境带来较大的影响，造成酸雨的主要有害物质是（ ）
A．CO2
B．硫和氮的氧化物
C．含氟化合物
D．化肥和含磷洗衣粉的使用及其污水的排放
答案 B
2．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
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。
3．下列有关环境污染的说法正确的是（ ）
A．燃煤时加入适量石灰石，可减少废气中SO2的量
B．臭氧的体积分数超过10－4%的空气有利于人体健康
C．pH在5.6～7之间的降水通常称为酸雨
D．含磷洗涤剂易于被细菌分解，故不会导致水体污染
答案 A
解析 燃煤时加入石灰石发生如下反应：
CaCO3
CaO＋CO2↑，CaO＋SO2
CaSO3及2CaSO3＋O2===2CaSO4，故可减少废气中SO2的含量，A正确；空气中臭氧的体积分数低于10－5%时可加速血液循环令人产生振奋的感觉，但高于此值时则会对人体产生伤害，B不正确；只有雨水的pH<5.6时，才称为酸雨，C不正确；含磷洗涤剂会造成水体污染使水体富营养化，而引起赤潮、水华等现象，D不正确。
4．发射卫星的运载火箭，其推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷出。
引燃后产生的高温气体主要是CO2、H2O、N2、NO，这些气体均为无色，但在卫星发射场看到火箭喷出大量红烟，产生红烟的原因是（ ）
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
答案 B
解析 NO是一种极易被空气中O2氧化的气体，产物是红棕色气体NO2。
5.
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，原来试管中盛装的不可能是什么气体（ ）
A．N2与NO2的混合气体
B．O2与NO2的混合气体
C．NO与NO2的混合气体
D．NO2一种气体
答案 A
6．在元旦联欢会上，某同学给同学们表演了一段魔术：
首先收集一瓶红棕色的气体，用玻璃片盖好，然后向其中加入少量水，振荡后变为无色，然后轻轻移动玻璃片使少量空气进入集气瓶，气体又变为红棕色，振荡，又变为无色……
（1）集气瓶中红棕色的气体是____________；
（2）气体颜色变化的原因是__________________________________________________；
写出有关反应的化学方程式为________________________________________________；
（3）做魔术时操作者要注意什么问题？
为什么？
________________________________________________________________________。
答案
（1）NO2
（2）NO2与H2O反应生成无色气体NO，NO遇到空气，与空气中的O2反应又生成红棕色的NO2
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,2NO＋O2===2NO2
（3）做魔术时要注意安全，因为NO2、NO都有毒
解析 红棕色气体与水反应生成无色气体，无色气体遇空气又变为红棕色，这说明红棕色气体为二氧化氮，与水反应生成的无色气体为一氧化氮，一氧化氮遇到空气，与空气中的氧气反应又生成了红棕色的二氧化氮。
表演魔术过程中的二氧化氮和一氧化氮都有毒，操作者表演时必须要注意安全。
40分钟课时作业
[基础过关]
一、氮气的性质
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在空气中约占质量比的
D．在反应：
3Mg＋N2
Mg3N2中N2作氧化剂
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．下列过程没有起到氮的固定作用的是（ ）
A．N2与O2反应生成NO
B．N2与H2在一定条件下合成氨
C．NH3经催化氧化生成NO
D．豆科植物的根瘤菌将空气中的氮气转化为含氮化合物
答案 C
解析 氮的固定指游离态的氮反应生成化合态的氮，即由N2到化合物。
二、氮的氧化物
3．诺贝尔化学奖曾授予德国化学家GerhardErtl，以表彰他对固体表面化学研究过程中的重大发现。
使CO、NOx等在铂表面发生化学反应转变成无毒气体，以减少汽车尾气中有毒气体的排放，正是此项研究的重要应用之一。
下列有关说法不正确的是（ ）
A．CO在铂表面被氧化生成CO2，铂起催化作用
B．汽车尾气中的NOx在铂表面发生反应的产物是N2
C．CO在铂表面可能和O2、NOx反应
D．NOx、CO、CO2均能与人体中的血红蛋白结合
答案 D
解析 CO、NOx在铂表面发生的反应为CO＋NOxCO2＋N2（未配平），也可能是CO与O2反应，此过程中铂作催化剂。
CO2不能与人体中的血红蛋白结合。
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。
三、氮的氧化物与水反应
5.
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试管内气体呈红棕色 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．②④⑤C．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。
6．把少量的NO2气体通入过量的小苏打溶液中，再使逸出的气体通过装有过氧化钠颗粒的干燥管，最后收集到的气体是（ ）
A．O2B．NO2
C．NO2和O2D．CO2和NO
答案 C
解析 NO2气体与水反应生成HNO3和NO，HNO3与NaHCO3反应生成NaNO3、H2O和CO2。
因此，通入过量的小苏打溶液得到的气体是NO和CO2的混合气体。
此混合气体中的CO2能与Na2O2反应，生成Na2CO3和O2，而O2会氧化NO生成NO2。
发生的反应如下：
6NO2＋2H2O===4HNO3＋2NO,4NaHCO3＋4HNO3===4NaNO3＋4H2O＋4CO2↑，4Na2O2＋4CO2===4Na2CO3＋2O2,2NO＋O2===2NO2。
由于NO与O2物质的量之比为1∶1，氧气过量，故最后收集到的气体是NO2和O2。
7．将amLNO、bmLNO2、xmLO2混合于同一试管里，将试管口倒插于水中，充分反应后试管内气体全部消失，则用a、b表示的x的代数式是（ ）
A．（a＋b）/2B．（2a＋b）/3
C．（3a＋b）/4D．（4a＋b）/5
答案 C
解析 氮的氧化物与O2和H2O反应生成HNO3时，只要满足氮的氧化物中的N与氮的氧化物中的O和O2中O的和的比为2∶5即可全部转化，没有气体剩余。
即：
＝
，解得x＝
。
四、环境污染
8．下列气体①N2；②O2；③NO2；④NO；⑤CO2；⑥CO中，属于大气污染物的是（ ）
A．③④⑥B．①②③④
C．③④⑤⑥D．全部
答案 A
解析 氮的氧化物，硫的氧化物及CO是常见的大气污染物。
9．C、N、S的氧化物中许多是工业上重要的化工原料，但是当它们分散到空气中时，会带来很多环境问题。
下列有关这些元素的氧化物说法不正确的是（ ）
A．开发太阳能、水能、风能、氢能等新能源将有利于减少这些氧化物的产生
B．这些氧化物使雨水的pH＜7，我们把pH＜7的雨水称之为酸雨
C．N与S的氧化物还能直接危害人的身体健康，引发呼吸道疾病
D．“温室效应”与二氧化碳的排放有着直接的关系
答案 B
解析 正常雨水为CO2的饱和溶液，其pH为5.6，pH小于5.6的雨水才为酸雨。
[能力提升]
10．将盛有N2和NO2混合气体的试管（试管容积为VL）倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积变为aL。
请回答下列问题：
（1）写出该混合气体倒立于水中发生反应的化学方程式：
________________________________________________________________________。
（2）若a＝
V，则原混合气体中N2与NO2的体积之比为__________。
（3）结合第
（2）小题，向aL气体中缓缓通入O2至试管中刚好只有一种气体时，停止通入O2，则试管中最终剩余的气体为________，其体积为__________，该过程中总反应的化学方程式为______________________________。
答案
（1）3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
（2）1∶3
（3）N2
V 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
解析 根据反应前后气体体积差量计算。
混合气体倒立于水中后体积减少
VL，由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO可知NO2的体积为
×
VL＝
VL，N2的体积为VL－
VL＝
VL，原混合气体N2与NO2体积比为1∶3。
aL混合气体溶于水时通入O2时，4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，最后剩余一种气体为N2，其体积为
V。
11．据记载：
1952年2月，美国某城市雾大无风，家庭和工厂排出的烟雾经久不散，大气中SO2的含量高达3.8mg·m－3。
造成4天之内死亡人数约4000人。
紧跟下来的日子里又有8000多人死亡。
回答：
（1）流经该城市的主要河道也因此而受到污染，引起鱼类死亡，此种类型大气污染形成与________有关。
（2）目前防止这种污染的一种比较有效的方法是用直升飞机喷撒白垩粉（CaCO3）以降解其污染，其化学方程式为_______________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）用仪器A、B和胶管组成装置收集NO气体。
（①仪器A已经经过气密性检查；②除水外不能选用其他试剂）。
正确的操作步骤是__________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）酸雨
（2）SO2＋H2OH2SO3，
H2SO3＋CaCO3===CaSO3＋H2O＋CO2↑，
2CaSO3＋O2===2CaSO4
（3）在A中加满水盖紧瓶塞，用胶管连接b和c接口，由a导入NO气体，水通过b和c排入B中
解析 本题是以二氧化硫的污染与防治为中心的环保问题。
对学生进行爱护环境和自我保护意识的教育，酸雨引起了水污染，造成鱼类死亡，而造成酸雨的罪魁祸首是SO2，防止SO2污染的方法有很多，可以使用氨水、亚硫酸钠溶液或者CaCO3等物质对SO2进行处理。
（3）NO是一种易被氧化的气体，所以要用排水法收集，而且气体应是短进长出。
12．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）写出NO与CO通过催化转换器发生反应的化学方程式：
________________________________________________________________________。
（2）催化转换器的缺点是在一定程度上提高了空气的酸度。
其原因是________________________________________________________________________。
（3）控制城市空气污染源的方法有________（填选项编号）。
a．植树造林b．开发氢能源
c．使用电动车d．控制汽车进城
e．使用无铅汽油
答案
（1）2CO＋2NO
N2＋2CO2
（2）反应除生成了N2外，还生成了增加空气酸度的CO2和SO3 （3）bc
解析 汽车尾部排出的废气中主要含CO、NOx及碳氢化合物。
CO是汽油不完全燃烧的产物，NOx是汽油爆裂时，由空气中的氮和氧化合而成。
碳氢化合物中含有烃类，有的是汽油原有成分，有的是氧化产物。
大城市中汽车多，大气中NO含量较高，这是因为汽车引擎在工作时产生高温使之发生如下反应：
N2＋O2
2NO，矿物油中硫在燃烧过程中产生SO2，治理方法是在汽车排气管上装一个用铂、钯合金做的催化转化器，使NO与CO反应生成N2和CO2，SO2被催化氧化为SO3。
控制城市空气污染方法中，植树造林这一选项具有一定的迷惑性，植树造林能控制CO2量的增加，但对消除汽车尾气中的烃类、CO、SO2与NO等物质没有直接的效果，选bc。
13．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＋H2O①
2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O②
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）6NO2＋8NH3
7N2＋12H2O
解析
（1）在反应①中NO2中的氮元素化合价降低作氧化剂，NO中氮元素化合价升高作还原剂；在反应②中氧化剂和还原剂都是NO2，它们的物质的量之比为1∶1。
（2）根据质量守恒定律结合题目信息可知，氨气和二氧化氮反应后生成的无污染的物质为氮气和水。
[拓展探究]
14．某硫酸工厂周围的空气中含有较多的二氧化硫，环保部门为了测定空气中二氧化硫的体积分数，做了如下实验：
取标准状况下的空气1.000L（内含氮气、氧气、二氧化碳、二氧化硫等），缓慢通过足量溴水（反应的化学方程式为SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4），在所得溶液中加入过量的氯化钡溶液，产生白色沉淀，将沉淀洗涤、干燥，称得其质量为0.233g。
试回答下列问题：
（1）加入过量氯化钡溶液的目的是__________________________________________________。
（2）过滤后，若在滤液中加入硫酸钠溶液，有白色沉淀产生，说明________________________________________________________________________。
（3）过滤后，一般要用蒸馏水洗涤沉淀2～3次，以除去附着在沉淀上的可溶性物质。
请说明应通过何种方法验证可溶性物质是否已被除尽。
（4）计算此空气中二氧化硫的体积分数。
答案
（1）使所得溶液中的SO
完全沉淀
（2）原溶液中的SO
已经全部沉淀，加入的BaCl2溶液是过量的
（3）一般在过滤器中洗涤，边洗涤边过滤。
分次向洗涤液中滴加硫酸钠溶液，若洗涤液中无沉淀生成而保持澄清，说明可溶性物质已除尽；若洗涤液呈浑浊状，说明可溶性物质可能未除尽，需继续洗涤。
（4）2.24%
解析 依题意有
SO2 ～ BaSO4
22.4L233g
V（SO2）0.233g
即V（SO2）＝
＝2.24×10－2L，
故空气中二氧化硫的体积分数为
×100%＝2.24%。
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