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
《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》由会员分享，可在线阅读，更多相关《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（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
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）＝
升级会员 