高中化学人教版必修1学案4-3第2课时氮的氧化物

第2课时氮的氧化物一、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eq\f(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、SO2、NO2对大气的污染1．SO2与NO2的主要来源、危害和防治(1)来源eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①SO2：主要来源于煤、石油和某些含硫的金,属矿物的燃烧或冶炼,②NO2：主要来自于汽车尾气))(2)危害eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①引起大气污染，直接危害人体健康,②溶于水形成酸雨))(3)防治eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(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，减少二氧,化硫和氮氧化物的排放,③加强工厂废气的回收处理,④改进汽车尾气的处理技术，控制尾气排放))2．酸雨(1)概念：pH<5.6的降雨。(2)成因：主要是大气中的SO2与NO2溶于水形成的。(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。知识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V(NO2)V(O2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(＝41恰好完全反应,>41NO2过量，剩余气体为NO,<41O2过量，剩余气体为O2))(3)NO和O2的混合气体溶于水根据4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3③可知：当体积比V(NO)V(O2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(＝43恰好完全反应,>43剩余气体为NO,<43剩余气体为O2))(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。当n(N)n(O)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(<25，剩余O2,＝25，恰好完全反应,>25，剩余NO))(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溶液混合溶液无明显现象，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？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。答案：混合气体中含NO2为21mL，NO为9mL。知识点二常见的环境问题与SO2、NOx的吸收问题导引1．酸雨的产生与什么物质有关？会造成怎样的危害？2．氮氧化物会引起哪种类型的空气污染？3．如何吸收SO2与氮氧化物以防止污染环境？疑难剖析1．常见的环境污染环境污染形成原因主要危害温室效应大气中CO2含量不断增加全球变暖，冰雪融化酸雨SO2和氮氧化物的排放土壤、湖泊酸化，腐蚀建筑物光化学烟雾氮氧化物和碳氢化合物的排放危害人体健康和植物生长臭氧空洞氮氧化物和氟氯代烃的排放地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧赤潮和水华含磷洗衣粉的大量使用及其废水的任意排放使水体富营养化藻类过度繁殖，水质恶化，海水中为赤潮，淡水中为水华白色污染聚乙烯塑料的大量使用，任意丢弃破坏土壤结构和生态环境2.SO2和氮的氧化物的吸收、转化(1)NaOH溶液吸收SO2＋2NaOH=Na2SO3＋H2ONO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2O(2)氨气吸收2NH3＋H2O＋SO2=(NH4)2SO38NH3＋6NO2eq\o(=,\s\up17(一定条件))7N2＋12H2O4NH3＋6NOeq\o(=,\s\up17(一定条件))5N2＋6H2O(3)汽车尾气转换器2CO＋2NOeq\o(=,\s\up17(催化剂))2CO2＋N2(4)石灰吸收CaO＋SO2=CaSO32CaSO3＋O2=2CaSO4特别提示：(1)引起温室效应的气体除CO2之外，还有CH4等，但在环境质量日报中无CO2这一指标。(2)酸雨、光化学烟雾、臭氧空洞均与氮氧化物有关。1.SO2形成的酸雨，放置一段时间，pH会如何变化？提示：SO2形成的酸雨含有H2SO3，在放置过程中2H2SO3＋O2=2H2SO4，所以放置一段时间后，pH会减小，酸性增强。2．NO在破坏臭氧层的过程中可发生如下反应：NO＋O3→NO2＋O①NO2＋O→NO＋O2②总反应方程式为2O3=3O2，从整个反应来看NO、NO2的作用有何不同？提示：NO在整个反应的前后，其质量和化学性质均保持不变，因此在整个反应中NO作催化剂，NO2仅是中间产物。[例2]1872年，英国科学家史密斯发现伦敦雨水呈酸性，首先提出“酸雨”这一专有名词，现在世界上形成了欧洲、北美、中国三大酸雨区。酸雨被人们称为“天堂的眼泪”或“空中死神”，具有很大破坏力。目前，我国的酸雨主要分布地区是长江以南的四川、贵州、湖南、江西以及沿海的福建、广东等地，约占我国国土面积的30%。现有雨水样品1份，每隔一段时间测定该雨水样品的pH，所得数据如下：测试时间/h01234雨水的pH4.734.634.564.554.55分析数据，回答下列问题：(1)①雨水样品的pH变化的原因是(用化学方程式表示)_______________________________________________________。②如果将刚取样的上述雨水和自来水相混合，pH将变________，原因是(用化学方程式表示)__________________________________。(2)下列措施中，可减少酸雨产生的途径的是________(填写序号)。①少用煤作燃料②把工厂烟囱造高③燃料脱硫④在已酸化的土壤中加生石灰⑤开发新能源(3)有人在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可以有效地降低地球表面的SO2浓度。在20世纪的60～70年代的10年间，由发电厂排放出的SO2增加了35%，但由于建筑高烟囱的结果，地面浓度降低了30%之多。请你从全球环境保护的角度，分析这种方法是否可取？简述其理由。[思路分析]该题主要考查酸雨的形成及减少酸雨产生的措施等与环境保护有关的问题。(1)①酸雨放置时pH变小，其原因是雨水中的H2SO3被空气中氧气氧化所致：SO2＋H2OH2SO3,2H2SO3＋O2=2H2SO4。②雨水和自来水混合，应考虑H2SO3与Cl2(或HClO)的反应：H2SO3＋HClO=H2SO4＋HCl(或SO2＋2H2O＋Cl2=H2SO4＋2HCl)。因此雨水与自来水混合后溶液pH将变小。(2)减少酸雨的形成需减少SO2的排放，将煤转化为清洁能源(如煤的气化和液化)、燃料脱硫、开发不含硫的新能源(如氢能、核能等)，都是有力措施。因此①③⑤正确。(3)不可取，因为SO2的排放总量没有减少，所以进一步形成的酸雨仍会造成对全球的危害。[答案](1)①2H2SO3＋O2=2H2SO4②小Cl2＋SO2＋2H2O=H2SO4＋2HCl(2)①③⑤(3)不可取，因为污染物排放的总量没变，仍会造成污染。光化学烟雾的形成，主要是由于空气中的NO2受阳光紫外线照射后，发生NO2→NO＋O，和O＋O2→O3，结果导致地面臭氧浓度超标；此外，臭氧分子及氧原子都能使空气中的一些碳氢化合物氧化，得到另一种有毒气体乙醛；NO、NO2、碳氢化合物经过许多复杂的化学反应而产生氧化剂，也对人体造成伤害。已知：二次污染物是指排入环境中的一次污染物在物理、化学因素或生物的作用下发生变化，或与环境中的其他物质发生反应所形成的物理、化学性状与一次污染物不同的新污染物。下列说法不正确的是(D)①二氧化氮将氧气氧化为臭氧②二氧化氮在臭氧的形成中起催化作用③光化学烟雾率先在发达城市出现④NO2是一种二次污染物A．①② B．②③C．③④ D．①④解析：氧气和臭氧中氧元素的化合价都为0价，没有化合价的变化，①错误；从题给信息可知二氧化氮充当催化剂，②正确；光化学烟雾的形成与氮氧化物有关，而汽车尾气是氮氧化物的主要来源，故发达城市易发生光化学烟雾污染，③正确；依据题中信息可知，二次污染物是一次污染物的产物，故NO2不是二次污染物，④错误。1．下列对NO、NO2的描述中不正确的是(B)A．NO2是红棕色气体，且能与水发生反应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解析：A项，NO2是红棕色气体，能与水发生反应：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，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NO，错误；C项，NO与氧气发生反应会产生NO2，NO2溶于水反应产生硝酸和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。2．标准状况下，使NO2和O2按41的体积比充满干燥烧瓶，将烧瓶倒置于水中，瓶内液面逐渐上升，假设烧瓶内溶液不扩散，则最终该溶液中溶质的物质的量浓度为(C)A.eq\f(1,14)mol·L－1 B.eq\f(4,5)mol·L－1C.eq\f(1,28)mol·L－1 D.eq\f(1,42)mol·L－1解析：假设烧瓶的体积为5L，则NO2的体积为4L，O2的体积为1L,4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，NO2与O2恰好完全反应，溶液充满整个烧瓶，生成硝酸的物质的量为eq\f(4,22.4)mol，则c(HNO3)＝eq\f(\f(4,22.4),5)mol·L－1＝eq\f(1,28)mol·L－1，故C正确。3．(双选)已知NO2和溴蒸气都是红棕色气体，且都有强氧化性，则下列试剂或方法不能将NO2和溴蒸气区别开的是(CD)A．向两种气体中加入适量水，振荡B．将两种气体分别通入AgNO3溶液中C．用湿润的淀粉KI试纸检验D．将两种气体分别通入FeCl2溶液中解析：NO2与水反应生成硝酸和无色气体NO，溴蒸气溶于水形成棕色溶液，A能区别；将两种气体分别通入AgNO3溶液中，前者无沉淀生成，后者有浅黄色AgBr沉淀生成：Br2＋H2OHBr＋HBrO，Ag＋＋Br－=AgBr↓，B能区别；NO2和溴蒸气都有强氧化性，都能将I－氧化成I2，使淀粉KI试纸变蓝色，C不能区别；NO2和溴蒸气均能氧化FeCl2溶液生成FeCl3溶液，反应后的现象相同，不能鉴别。4．在容积为672mL的烧瓶中充满NO和NO2的混合气体，将其倒立在水槽里，去塞后再通入280mL氧气，恰好完全反应，且液体充满烧瓶(气体体积都已折合为标准状况下的体积)，下列有关叙述正确的是(B)A．总反应为NO＋NO2＋O2＋H2O=2HNO3B．总反应为4NO＋8NO2＋5O2＋6H2O=12HNO3C．生成硝酸的物质的量浓度约为0.030mol·L－1D．生成硝酸的物质的量浓度约为0.060mol·L－1解析：设反应前NO2的体积为x，NO的体积为y，则：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3xeq\f(x,4)4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3yeq\f(3,4)yeq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＋y＝672mL，,\f(x,4)＋\f(3,4)y＝280mL，))解得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＝448mL，,y＝224mL。))故参加反应的NO2与NO的物质的量之比为21，则总反应为4NO＋8NO2＋5O2＋6H2O=12HNO3。根据氮元素守恒可得生成的HNO3为0.03mol，烧瓶内充满液体则硝酸的体积为0.672L，故c(HNO3)＝eq\f(0.03mol,0.672L)≈0.045mol·L－1。综上所述，本题选B。5．下列物质的转化必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是(C)①N2→NO2②NO2→NO③NO2→HNO3④N2→NO⑤N2→NH3A．① B．②⑤C．④ D．③④解析：该题有两个要求：(1)必须加入氧化剂；(2)通过一步反应就能完成。反应①、③、④从化合价角度来看都是升高，但反应①N2→NO2不能通过一步反应完成；而反应③NO2→HNO3虽然氮的化合价升高，但不加氧化剂也能完成，如3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，在该反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂；只有反应④N2→NO必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成。6．将盛有1molNO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中，再通入0.4molO2，充分反应后，整个试管充满水。则原混合气体中NO与NO2体积比为(C)A．12 B．25C．37 D．无法确定解析：设1molNO和NO2的混合气体中有amolNO和(1－a)molNO2，根据4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3和4NO2＋O2＋2