版化学新学案同步必修1第四章第三节第2课时.docx
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版化学新学案同步必修1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的性质
1.一氧化氮的性质
NO为无色无味的有毒气体,难溶于水,具有还原性,易被氧化:
2NO+O2===2NO2。
故只能用排水法收集。
2.二氧化氮的性质
(1)NO2为红棕色、有刺激性气味的气体,有毒,溶于水时与水发生歧化反应:
3NO2+H2O===2HNO3+NO。
故只能用向上排空气法收集。
(2)NO2能与NaOH溶液反应,化学方程式为2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O。
NO和NO2都不是酸性氧化物,NO与碱、酸都不能反应生成盐和水,属于不成盐氧化物;NO2与碱溶液发生氧化还原反应生成两种盐,也不属于酸性氧化物。
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
宇宙飞船的运载火箭的推进器引燃后发生剧烈反应,产生大量高温气体,从火箭尾部喷出。
引燃后的高温气体成分有CO2、H2O、N2、NO等,这些气体均无色,但在卫星发射现场看到火箭喷射出大量的红烟,产生红烟的原因是( )
A.高温下N2遇空气生成NO2
B.NO与空气反应生成NO2
C.CO2遇NO反应生成NO2
D.NO遇H2O反应生成NO2
答案 B
解析 根据原高温气体均为无色,但现场却能看到红色可推知,是因为发生反应:
2NO+O2===2NO2。
二、氮的氧化物和氧气、水的反应与计算
1.反应原理
①3NO2+H2O===2HNO3+NO
②2NO+O2===2NO2
由方程式①×2+②得:
③4NO2+O2+2H2O===4HNO3
由方程式①×2+②×3得:
④4NO+3O2+2H2O===4HNO3
2.计算类型
例3
将盛有N2和NO2混合气体的试管倒立于水中,经过足够长的时间后,试管内气体的体积缩小为原来的一半,则原混合气体中N2和NO2的体积比是( )
A.1∶1B.1∶2C.1∶3D.3∶1
答案 C
解析 将试管倒立于水中,只有NO2和H2O反应,生成的NO与不反应的N2为剩余气体。
设原混合气体的体积为V,NO2的体积为x,根据差量法求解:
3NO2+H2O===2HNO3+NO ΔV减
312
x
解得:
x=
,V(N2)=V-
=
,故
=
。
例4
一定条件下,将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中,并将试管倒立于水槽中,充分反应后剩余气体的体积为原总体积的( )
A.
B.
C.
D.
答案 C
解析 NO、O2、H2O之间的反应,先判断是否过量,若过量,找出剩余的气体,计算其体积是多少,最后算出剩余气体的体积占原总体积的分数。
由方程式4NO+3O2+2H2O===4HNO3计算,NO和O2等体积混合,剩余O2
体积,是原混合气体的
。
三、二氧化硫和二氧化氮对大气的污染
1.SO2和NO2的主要来源、危害和防治
2.酸雨
例5
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的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。
例6
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。
一氧化氮和二氧化氮都是有毒气体,重要的化学反应有
(1)2NO+O2===2NO2。
(2)3NO2+H2O===2HNO3+NO。
(3)4NO+3O2+2H2O===4HNO3。
(4)4NO2+O2+2H2O===4HNO3。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(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)NO具有较强的还原性,在空气中极易被氧化( )
(4)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( )
(5)NO2易溶于水生成HNO3,故NO2是酸性氧化物( )
(6)NO2与H2O反应时,NO2作氧化剂,H2O作还原剂( )
(7)pH<7的降雨均为酸雨( )
(8)温室效应主要是空气中SO2的含量升高造成的( )
(9)严格控制汽车尾气的排放,可有效减少氮氧化物对大气的污染( )
(10)光化学烟雾主要是由SO2造成的( )
答案
(1)√
(2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)× (9)√ (10)×
2.依据下列描述,可判断某气体一定不是NO2的是( )
A.某气体为红棕色
B.某无色气体遇到空气后变为红棕色
C.某气体易液化
D.某气体密度大于空气
答案 B
解析 遇到空气后变为红棕色的无色气体为NO。
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
5.下列有关环境污染的说法不正确的是( )
A.燃煤时加入适量生石灰,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
6.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:
NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O ①,
2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O ②。
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
[对点训练]
题组一 氮气与氮的氧化物
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.在二氧化氮被水吸收的反应中,发生还原反应和氧化反应的物质的量比是( )
A.3∶1B.1∶3C.1∶2D.2∶1
答案 C
解析 二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮,氧化剂和还原剂都是二氧化氮,发生还原反应和氧化反应的物质的量比为1∶2。
3.Murad等三位教授关于一氧化氮分子在人体内的独特功能的研究,曾获得诺贝尔医学或生理学奖。
关于一氧化氮的下列叙述不正确的是( )
A.一氧化氮是某些含低价氮物质氧化的产物
B.一氧化氮是亚硝酸的酸酐
C.一氧化氮是某些含高价氮物质还原的产物
D.一氧化氮具有还原性,在空气中极易被氧化
答案 B
解析 氮元素的化合价有-3、0、+1、+2、+3、+4、+5等,在一氧化氮分子中,氮元素为+2价,它既可以是含低价氮物质被氧化的产物,又可以是含高价氮物质被还原的产物;亚硝酸的酸酐是三氧化二氮,一氧化氮不是酸酐;一氧化氮具有较强的还原性,在空气中极易被氧化为红棕色的二氧化氮气体。
4.下列对NO、NO2的描述,不正确的是( )
A.NO2是红棕色气体,易溶于水,不是酸性氧化物
B.NO可以用排水法收集,但不能由N2和O2直接化合而得到
C.NO、NO2在一定条件下可相互转化,且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物
D.NO、NO2都有毒,且NO是汽车尾气的有害成分之一
答案 B
解析 A项,NO2是红棕色气体,易溶于水,并与水发生反应:
3NO2+H2O===2HNO3+NO,由于反应前后N元素的化合价发生了变化,因此NO2不是酸性氧化物,正确;B项,NO难溶于水,可以用排水法收集,在放电时可由N2和O2直接化合而得到,错误;C项,NO与氧气发生反应会产生NO2,NO2与水反应产生硝酸和NO,因此二者在一定条件下可相互转化,且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物,正确;D项,NO、NO2都有毒,且在汽车发动时,在电火花作用下N2和O2化合产生NO,NO是汽车尾气的有害成分之一,正确。
5.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。
题组二 氮的氧化物溶于水的反应及应用
6.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.氮气与二氧化氮的混合气体
B.氧气与二氧化氮的混合气体
C.一氧化氮与二氧化氮的混合气体
D.二氧化氮一种气体
答案 A
解析 氮气不溶于水,在溶液中不能与氧气反应,水不能完全充满试管;氧气与二氧化氮混和倒立水面通入氧气,混合气体完全溶解,水充满试管;一氧化氮与二氧化氮混和倒立水面通入氧气,气体完全溶解,水充满试管;二氧化氮倒立水面通入氧气,气体完全溶解,水充满试管。
7.一定条件下,将充满二氧化氮和氧气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
,则原混合气体中二氧化氮和氧气的体积之比可能是( )
A.8∶1B.7∶3C.7∶2D.4∶1
答案 B
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1L气体为氧气,V(NO2)=
L,V(O2)=
L,二者体积比为7∶3。
若剩余1L气体为一氧化氮,上述反应后应剩余3L二氧化氮,可得,V(NO2)=
L,V(O2)=
L,二者体积比为7∶1。
8.将10mLNO和NO2的混合气体通入装满水倒立在水槽中的量筒内,一段时间后,最后剩余4mL气体,原混合气体中含NO体积为( )
A.1mLB.3mLC.5mLD.7mL
答案 A
解析 若NO2体积为xmL,则NO体积为(10-x)mL,二氧化氮气体与水反应的化学方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO,由此可知,
x+(10-x)=4,x=9,10-x=1。
题组三 常见的环境污染及防治
9.我国城市环境中的大气污染主要是( )
A.二氧化碳、氯化氢、酸雨
B.二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、烟尘
C.二氧化氮、一氧化碳、氯气
D.二氧化硫、二氧化碳、氮气、粉尘
答案 B
解析 常见的大气污染物是氮的氧化物、硫的氧化物、一氧化碳及烟尘。
10.下列污染现象主要与二氧化硫有关的是( )
A.酸雨B.光化学烟雾
C.臭氧层空洞D.温室效应
答案 A
解析 光化学烟雾主要是由汽车排出的氮氧化物、碳氢化合物等造成的;臭氧层空洞是由氟氯代烃等的排放引起的;温室效应主要是由大气中CO2含量的不断增加造成的。
11.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 A项,二氧化碳是造成温室效应的气体,造成酸雨的气体是二氧化硫及氮氧化物,错误;B项,氮的氧化物是造成光化学烟雾的气体,错误;C项,二氧化碳是造成温室效应的气体,错误;D项,CO有毒,主要来自燃料的不完全燃烧,正确。
12.在碳、氮、硫的氧化物中,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的说法,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.氮与硫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 正常雨水为二氧化碳的饱和溶液,其pH为5.6,pH小于5.6的雨水才为酸雨。
[综合强化]
13.某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应,特进行如下实验(如下图所示)。
(1)图1两集气瓶中________(填“上”或“下”)瓶颜色深。
(2)图2中反应的现象是________________________________________________。
(3)图3中“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有______,说明NO2在该反应中显________性。
(4)由图2和图3中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式:
____________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)下
(2)两气体混合后,颜色消失 (3)NO 氧化 (4)NO2+SO2===NO+SO3
解析 图3中反应生成的气体遇空气显红棕色,说明图2中反应生成了NO,即NO2和SO2反应,NO2转化为NO,表现氧化性,而SO2则表现还原性,被氧化,S元素化合价升高,只能变成+6价,应转化为SO3。
14.(2018·大庆实验中学下学期入学考)中国科学院官方微信于2017年3月发表《灰霾专题》,提出灰霾中细颗粒物的成因,部分分析如下图所示。
(1)根据上图信息可以看出,下列哪种气体污染物不是由机动车行驶造成的_____(填字母)。
a.SO2b.NOx
c.VOCsd.NH3
(2)机动车大量行驶是污染源之一。
汽车发动机废气稀燃控制系统主要工作原理如图所示;
写出稀燃过程中NO发生的主要反应的方程式__________________________________。
(3)科学家经过研究发现中国霾呈中性,其主要原因如下图所示:
请判断A的化学式并说明判断理由:
_________________________________________。
答案
(1)a
(2)2NO+O2===2NO2 (3)SO
;因为反应前S为+4价,N为+4价,反应后HONO中N元素+3价,化合价降低;则必有元素化合价升高,是S元素从+4升高到+6价,以SO
形式存在
解析
(1)根据示意图可知SO2不是由机动车行驶造成的,故答案为a。
(2)稀燃过程中NO发生的主要反应的方程为2NO+O2===2NO2。
(3)反应前S元素为+4价,N元素为+4价,反应后HONO中N元素为+3价,化合价降低;有化合价的降低,必有元素化合价升高,所以是S元素从+4升高到+6价,故A物质为SO
。
本题也可根据质量守恒推出A的化学式为SO
。