高中化学必修1学案专题4第二单元第1课时氮氧化物的产生与转化

第二单元生产生活中的含氮化合物第1课时氮氧化物的产生与转化一、氮气、一氧化氮和二氧化氮1．氮气(1)物理性质：无色、无味，难溶于水，密度与空气相近，约占空气体积的4/5。(2)化学性质：①通常情况下，较稳定，与其他物质不反应。②放电或高温下，能与氧气反应生成NO。化学方程式为N2＋O2eq\o(=,\s\up17(放电或高温))2NO2．一氧化氮和二氧化氮(1)物理性质：(2)化学性质：①常温下，NO不稳定，易与O2化合。化学方程式为2NO＋O2=2NO2。②NO2溶于水时与水发生反应。化学方程式为3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。二、氮氧化物的来源、危害及防治措施1．来源(1)氮肥的生产，金属的冶炼和汽车等交通工具尾气的排放。(2)自然界中火山爆发、电闪雷鸣。2．危害①酸雨；②光化学烟雾；③破坏臭氧层。3．防治措施(1)①使用洁净能源，减少氮氧化物的排放。②为汽车安装尾气转化装置，将汽车尾气中的一氧化碳和一氧化氮转化为二氧化碳和氮气。(2)对生产化肥、硝酸的工厂排放的废气进行处理。探究点一氮的氧化物溶于水的有关计算问题1．解题思路(1)要明确试题要求，如反应后容器内是否有剩余气体？剩余气体可能是什么？注意剩余气体不可能是NO2，也不可能是NO与O2的混合气体。(2)计算中可能用到的化学反应：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO4NO2＋O2＋2H2O=4HNO34NO＋3O2＋2H2O=4HNO3(3)要对试题中产生的结果进行可能情况的讨论，如NO2与O2的混合气体溶于水时，剩余的气体是NO还是O2要进行讨论。2．氮的氧化物溶于水的几种情况(1)NO2或NO2与N2(非O2)的混合气体溶于水。根据3NO2＋H2O=2HNO3＋NO①利用气体体积变化差值进行计算。(2)NO2和O2的混合气体溶于水。根据4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3②可知：当体积比(3)NO和O2的混合气体溶于水。根据4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3③可知：当体积比(4)NO、NO2、O2三种混合气体通入水中。可先按①式求出NO2和H2O反应后生成的NO的体积，再加上原混合气体中NO的体积，即为NO的总体积，再按③式进行计算。(5)无论是4NO2＋O2混合，还是4NO＋3O2混合，均可看成是2N2O5，这是实质，即利用N、O原子个数比进行分析推断。(6)电子守恒法。当NO2或NO转化为HNO3时要失去电子，若上述两种气体与O2混合，O2得电子，且得失电子总数必然相等，这是解题的依据。1．在3NO2＋H2O=2HNO3＋NO反应中，若有4.5molNO2参加反应，生成NO气体的物质的量是多少？若通入O2与NO在水中恰好完全反应，则需O2的物质的量是多少？提示：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，n(NO)＝eq\f(1,3)n(NO2)＝eq\f(1,3)×4.5mol＝1.5mol；通入O2后，O2与NO在水中发生反应4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3，则n(O2)＝eq\f(3,4)n(NO)＝eq\f(3,4)×1.5mol＝1.125mol。2．NO2和溴蒸气都是红棕色气体，可否用淀粉－KI试纸进行鉴别？提示：不能，因为二者都具有较强的氧化性，都可以氧化KI生成I2，使淀粉变蓝色。通常可以用①水：NO2与水反应生成无色溶液，Br2溶于水得橙色溶液；②AgNO3溶液：NO2与AgNO3溶液混合无明显现象，而Br2与AgNO3反应生成浅黄色的AgBr沉淀。可根据实验现象不同来鉴别NO2和溴蒸气。【例1】将10mL充满NO2和O2混合气体的试管倒置在水槽中，反应停止后试管内剩余2mL无色气体，求原混合气体中NO2和O2各多少毫升？【思路分析】对于反应后剩余气体，分析剩余气体的成分，一般来说，两种反应物，首先判断过量，然后根据完全吸收的反应关系计算：二氧化氮完全被水吸收：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3。一氧化氮完全被水吸收：4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3。【解析】剩余2mL气体可能是NO或O2，分两种情况讨论：(1)剩余的是NO，可以看成先发生了反应：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3。剩余的NO2又与水作用，最终有2mLNO产生。由反应3NO2＋H2O=2HNO3＋NO得剩余的NO2体积为2mL×3＝6mL。则原有O2体积为(10mL－6mL)×eq\f(1,4＋1)＝0.8mL，NO2体积为10mL－0.8mL＝9.2mL。(2)剩余的是O2，则有10mL－2mL＝8mL是NO2和O2的混合气体按反应：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3进行。所以NO2的体积为8mL×eq\f(4,1＋4)＝6.4mL，O2体积为10mL－6.4mL＝3.6mL。【答案】(1)若剩余的是NO，则NO2和O2的体积分别为9.2mL和0.8mL。(2)若剩余的是O2，则NO2和O2的体积分别为6.4mL和3.6mL。将装有30mLNO和NO2(设无N2O4)混合气体的试管倒立于水中，经过足够长时间，到水面不再上升为止，此时试管内剩余气体的体积为16mL，求原混合气体中NO和NO2的体积各多少毫升？答案：混合气体中含NO2为21mL，NO为9mL。解析：NO与水不反应，NO2与H2O反应：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO；由化学方程式知，最终余下的16mL气体为NO，既包括原NO，又有NO2与水生成的NO。解法一：气体体积之和法。设原混合气体中含NO2的体积为x，NO的体积为y。3NO2＋H2O=2HNO3＋NO31xV＝eq\f(x,3)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＋y＝30mL,\f(x,3)＋y＝16mL))⇒eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＝21mL,y＝9mL))解法二：气体体积差量法。反应后气体体积减小值：30mL－16mL＝14mL。设原混合气体中含NO2的体积为x。3NO2＋H2O=2HNO3＋NOΔV312x14mL由eq\f(3,x)＝eq\f(2,14mL)得，x＝21mL。V(NO)＝30mL－21mL＝9mL。探究点二常见环境问题及防治生产中减少氮氧化物排放的方法：(1)NaOH溶液吸收法2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2ONO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O(2)气体转化法8NH3＋6NO2eq\o(=,\s\up17(一定条件))7N2＋12H2O4NH3＋6NOeq\o(=,\s\up17(一定条件))5N2＋6H2O2CO＋2NOeq\o(=,\s\up17(催化剂))2CO2＋N2【例2】下列现象的产生与人为排放的含氮物质无关的是()A．闪电 B．光化学烟雾C．酸雨 D．水体富营养化【解析】闪电是自然现象，与人类排放的含氮物质无关；光化学烟雾、酸雨、水体富营养化均与人类生产生活中排放的含氮物质有关。【答案】A环保意识是重要的公民意识。下列气体不属于空气质量日报监测项目的是(C)A．SO2 B．COC．N2 D．NO2解析：SO2、CO、NO2属于空气污染物；N2是空气的成分，不属于空气污染物。1．下列变化中不属于氮的固定的是(D)A．打雷闪电时，大气中产生了NOB．豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为硝酸盐等含氮化合物C．N2和H2在一定条件下反应生成NH3D．NH3经催化氧化生成NO解析：N2中的氮是游离态，NO中的氮是化合态，属于自然固氮，故A不选；N2中的氮是游离态，硝酸盐中的氮是化合态，属于生物固氮，故B不选；氮气中的氮是游离态，NH3中的氮是化合态，属于人工固氮，故C不选；NH3经催化氧化生成NO，NH3、NO中的氮均是化合态，不属于氮的固定，故选D。2．最新研究表明：NO吸收治疗法可快速改善SARS重症患者的缺氧状况，缓解病情。下列关于NO的叙述正确的是(C)A．NO是一种红棕色的气体B．常温常压下，NO不能与空气中氧气直接化合C．含等质量的氧元素的NO和CO的物质的量相等D．NO易溶于水，不能用排水法收集解析：NO是一种无色难溶于水的气体，可以用排水法收集，所以A项、D项错误，常温常压下，NO容易与氧气直接化合生成NO2，所以B项错误；NO和CO分子中均含一个O原子，因此当氧元素质量相等时，两者的物质的量也一定相等，所以C项正确。3．大气污染已成为人类社会威胁。下列气体不会造成大气污染的是(A)A．N2 B．Cl2C．SO2 D．NO2解析：N2为空气的主要成分，无毒，不会造成空气污染，故A正确；Cl2、SO2、NO2均有毒，排放到空气中均会造成空气污染。4．下列对于二氧化氮的说法正确的是(D)A．NO2能与水反应生成硝酸，故NO2为酸性氧化物B．除去O2中混有的NO2，可将混合气体通入水中，将NO2溶解C．NO2与溴蒸气的鉴别可用NaOH溶液，溶于NaOH溶液得无色溶液的是NO2，得橙色溶液的为溴蒸气D．NO2是大气污染物之一解析：NO2与H2O反应除生成HNO3外还生成NO，故NO2不是酸性氧化物，A项错误；除去O2中混有的NO2，将混合气体通入水中，NO2溶解的同时又生成新的杂质NO且NO又能与O2反应，B项错误；NO2、溴蒸气分别与NaOH溶液作用均得无色溶液，所以用NaOH溶液无法将NO2与溴蒸气区分开，C项错误。5．汽车尾气处理装置中可发生反应：4CO＋2NO2eq\o(=,\s\up17(催化剂),\s\do15(△))4CO2＋N2，下列对该反应的说法正确的是(C)A．NO2被氧化B．CO是氧化剂C．每生成28gN2，转移8mole－D．该条件下，还原性CO<N2解析：N元素化合价由＋4价降低到0价，NO2被还原，A项错误；C元素化合价由＋2价升高到＋4价，CO失电子，作还原剂，B项错误；每反应1molNO2，转移4mol电子，每生成1molN2，消耗2molNO2，则转移8mol电子，C项正确；在该反应中，CO为还原剂，N2为还原产物，还原剂的还原性大于还原产物的还原性，D项错误。6．氮氧化物(用NOx表示)是大气污染的重要因素，根据NOx的来源和性质特点，已开发出多种化学治理其污染的方法。(1)汽车尾气中的NO2是城市大气污染的主要污染物之一。在日光照射下，NO2发生一系列光化学烟雾的循环反应，从而不断产生O3，加重空气污染。反应过程为：①2NO2→2NO＋2O，②2NO＋O2→2NO2，③O＋O2→O3。下列关于该反应过程及生成物的叙述正确的是AD(填序号)。A．NO2起催化作用B．NO起催化作用C．NO2只起氧化作用D．O3与O2互为同素异形体(2)汽车尾气中的CO来自于汽油的不完全燃烧，NO来自于N2与O2在汽车气缸内高温环境下的反应。(3)汽车尾气中的CO、NOx可在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。写出NO被CO还原的化学方程式：2CO＋2NOeq\o(=,\s\up17(催化剂))N2＋2CO2。(4)工业尾气中氮氧化物常采用碱液吸收法处理。NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为11，该反应的离子方程式为2NO2＋2OH－=NOeq\o\al(－,3)＋NOeq\o\al(－,2)＋H2O；1molNO2被完全吸收时，转移电子的物质的量为0.5_mol。NO与NO2按物质的量之比11被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式为NaNO2。解析：(1)由①＋②＋③×2得3O2=2O3，由此可知NO2起催化作用；反应①中NO2作氧化剂