高中化学 专题4 硫、氮和可持续发展 第二单元 第1课时 氮氧化物的产生及转化学案 苏教版必修1-苏教版高中必修1化学学案

第1课时氮氧化物的产生及转化[核心素养发展目标]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。3.认识氮氯化物对人体健康、社会可持续发展可能带来的双重影响，科学合理地选择和应用物质及其变化。一、氮氧化物的性质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NO2B．NO与空气反应生成NO2C．CO2遇NO反应生成NO2D．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、氮氧化物和氧气、水的反应与计算1．反应原理①3NO2＋H2O=2HNO3＋NO②2NO＋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=4HNO32．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＋NOΔV减312xeq\f(V,2)解得：x＝eq\f(3V,4)，V(N2)＝V－eq\f(3V,4)＝eq\f(V,4)，故eq\f(VN2,VNO2)＝eq\f(1,3)。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.eq\f(1,4)B.eq\f(3,4)C.eq\f(1,8)D.eq\f(3,8)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O2eq\f(1,4)体积，是原混合气体的eq\f(1,8)。三、氮氧化物对大气的污染1．氮氧化物的来源、危害及防治2．硝酸型酸雨氮氧化物污染治理方法(1)汽车尾气“催化转化法”2CO＋2NOeq\o(=,\s\up7(催化剂))2CO2＋N2(2)氨还原法6NO＋4NH3eq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))5N2＋6H2O6NO2＋8NH3eq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))7N2＋12H2O(3)碱液吸收法2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2ONO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O例5环境污染问题越来越受到人们的关注，造成环境污染的主要原因大多是由于人类生产活动中过度排放有关物质引起的。下列环境问题与所对应的物质不相关的是()A．温室效应——CO2B．臭氧层破坏——COC．酸雨——SO2D．光化学污染——NOx答案B解析A项，二氧化碳可以造成温室效应，不合题意；B项，臭氧层破坏是因为氟利昂，不是一氧化碳，选B；C项，硫的氧化物和氮的氧化物形成酸雨，不合题意；D项，氮的氧化物可以形成光化学污染，不合题意。例6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NOC．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＋4COeq\o(=,\s\up7(催化剂))4CO2＋N2答案C解析由题目提供的图可知：2NO＋O2=2NO2,2NO2＋4COeq\o(=,\s\up7(催化剂))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＋4COeq\o(=,\s\up7(催化剂))4CO2＋N2，总反应为2NO＋O2＋4COeq\o(=,\s\up7(催化剂))4CO2＋N2，D项正确。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∶2B．氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2C．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A4．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eq\f(3,5)，则原混合气体中N2和NO2气体的体积比是()A．2∶3B．3∶2C．3∶5D．5∶3答案A5．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B6．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＋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)NO2NO1∶1(2)8NH3＋6NO2eq\o(=,\s\up7(一定条件))7N2＋12H2O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∶1 B．1∶3C．1∶2 D．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N2C．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；氧气与二氧化氮混合倒立水面通入氧气，混合气体完全溶解，水充满试管；一氧化氮与二氧化氮混合倒立水面通入氧气，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eq\f(1,8)，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)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4,5)×7))L，V(O2)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,5)×7＋1))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)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3＋\f(4,5)×5))L，V(O2)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,5)×5))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，eq\f(1,3)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．环境污染已成为人类社会面临的重大威胁，各种污染数不胜数。下列各词与环境污染无关的是()①白色垃圾②潮汐③酸雨④光化学烟雾⑤臭氧空洞⑥可吸入颗粒物⑦赤潮⑧绿色化学A．①⑦ B．②⑤C．②⑧ D．⑦⑧答案C解析潮汐是月球的引力形成的自然现象，绿色化学是控制环境污染的方法。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ACO2酸雨化石燃料的燃烧BSO2光化学烟雾汽车尾气的排放CNO2温室效应工厂废气的排放DCOCO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。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N