2024高中化学专题4第二单元第一课时氮氧化物的产生及转化讲义含解析苏教版必修1

PAGEPAGE9氮氧化物的产生及转化1．空气的主要成分是什么？哪种气体所占百分比最多？百分比约是多少？提示：空气的主要成分有O2、N2、CO2等。N2占空气体积的78%。2．工业上如何从空气中分别氧气？依据什么原理？提示：工业上制取氧气用的是分别液态空气法，利用液态氮和液态氧的沸点不同进行分别。3．打磨好的镁带在空气中燃烧可能发生哪些反应？写出有关反应的化学方程式。提示：2Mg＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2MgO,3Mg＋N2eq\o(=,\s\up7(点燃))Mg3N2,2Mg＋CO2eq\o(=,\s\up7(点燃))2MgO＋C[新知探究]探究1氮元素在自然界中的存在形式与N2的物理性质(1)氮元素的存在：大部分氮元素以游离态的形式存在于空气中；少部分以化合态形式存在于动、植物体内，土壤及无机盐中。(2)N2的物理性质：无色无味的气体，难溶于水，密度比空气略小，因此收集氮气不能用排气法，而用排水法。探究2N2的化学性质氮气的化学性质特别稳定，很难与其它物质反应，只有在高温或放电等特定条件下才能反应，故氮气常用作爱护气。(1)与氧气反应：N2＋O22NO。(2)与氢气反应：N2＋3H22NH3(工业合成氨)。(3)与活泼金属Mg反应：N2＋3MgMg3N2。[胜利体验]1．下列关于N2的说法中错误的是()A．通常状况下N2性质很稳定，所以N2可在电焊时作爱护气B．N2＋O2eq\o(=,\s\up7(高温))2NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要缘由之一C．N2在空气中约占总质量的78%D．在反应：3Mg＋N2高温,Mg3N2中，N2作氧化剂解析：选CN2在空气中的体积含量约为78%。[新知探究]探究1NO、NO2的性质性质一氧化氮二氧化氮物理性质颜色无色红棕色状态气体气体气味无味刺激性气味密度比空气略大比空气大溶解性难溶于水易溶于水毒性有毒有毒化学性质与氧气反应2NO＋O2=2NO2与水反应3NO2＋H2O=2HNO3＋NO探究2氮氧化物对环境的危害及防治(1)来源：氮肥的生产、金属的冶炼和汽车尾气的排放。(2)危害：①形成酸雨。②产生光化学烟雾。③破坏臭氧层。(3)防治：①运用干净能源，削减氮氧化物排放。②转化汽车尾气。③废气处理。[必记结论](1)在氮的氧化物中，氮元素可呈现：＋1、＋2、＋3、＋4、＋5价化学式分别为N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5，其中N2O3、N2O5分别为HNO2、HNO3的酸酐，N2O俗称“笑气”。(2)在氮的氧化物中，简洁发生的两个反应为2NO＋O2=2NO2,2NO2N2O4。[胜利体验]2．(好题共享·选自人教版教材P96·T7)在NO2与水的反应中()A．氮元素的化合价不发生改变B．NO2只是氧化剂C．NO2只是还原剂D．NO2既是氧化剂，又是还原剂解析：选DNO2与水反应的化学方程式为：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，其中NO2、HNO3、NO中氮元素的化合价分别为：＋4、＋5、＋2，故NO2既作氧化剂，又作还原剂。———————————————[关键语句小结]————————————————1．氮气的化学性质特别稳定，常温下很难与其他物质反应。2．NO为无色无味气体，NO2为红棕色刺激性气味气体，它们均为有毒气体，能引起呼吸系统疾病。3．NO、NO2的产生及转化反应为：N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放电))2NO2NO＋O2=2NO23NO2＋H2O=2HNO3＋NO4．NO、NO2分别与O2、H2O反应的化学方程式为4NO＋3O2＋2H2O=4HNO34NO2＋O2＋2H2O=4HNO35．NOx会形成酸雨，引起光化学烟雾，破坏臭氧层。1.计算依据的化学方程式2NO＋O2=2NO2①3NO2＋H2O=2HNO3＋NO②4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3③4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3④2．不同状况及剩余气体的体积序号气体反应剩余气体剩余气体的量ⅠNO2②NOeq\f(1,3)V(NO2)ⅡNO2＋NO②NOV(NO)原＋eq\f(1,3)V(NO2)ⅢNO2＋O2eq\f(VNO2,VO2)＝4∶1③无0eq\f(VNO2,VO2)<4∶1③O2V(O2)－eq\f(1,4)V(NO2)eq\f(VNO2,VO2)>4∶1②③NOeq\f(1,3)[V(NO2)－4V(O2)]续表序号气体反应剩余气体剩余气体的量ⅣNO＋O2eq\f(VNO,VO2)＝4∶3④无0eq\f(VNO,VO2)>4∶3④NOV(NO)－eq\f(4,3)V(O2)eq\f(VNO,VO2)<4∶3④O2V(O2)－eq\f(3,4)V(NO)[例1]将充溢NO2和O2混合气体的10mL量筒，倒立在盛有水的水槽中，充分反应后，最终剩余1mL气体，问原混合气体中NO2和O2的体积各是多少？解析：NO2和O2混合物溶于水后发生如下反应：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3当V(NO2)∶V(O2)＝4∶1时恰好反应完全。现剩余1mL气体，可能是O2也可能是NO，NO是发生反应3NO2＋H2O=2HNO3＋NO所生成的，所以有两种可能的状况：①若O2剩余，则参与反应的NO2和O2为9mL。依据4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，得V(NO2)＝9mL×eq\f(4,5)＝7.2mL，V(O2)＝9mL×eq\f(1,5)＋1mL＝2.8mL。②若NO剩余，即NO2过量，则由3NO2＋H2O=2HNO3＋NO知，过量的NO2为3mL，则4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3中反应的NO2和O2共7mL。V(NO2)＝7mL×eq\f(4,5)＋3mL＝8.6mL，V(O2)＝7mL×eq\f(1,5)＝1.4mL。答案：若O2过量，则V(NO2)＝7.2mL，V(O2)＝2.8mL；若NO2过量，则V(NO2)＝8.6mL，V(O2)＝1.4mL。(1)依据NOx、O2的体积及反应③④推断哪种气体过量。(2)若只已知总体积及剩余体积，则剩余气体可能为O2或NO。1．将装有50mLNO2、NO混合气体的量筒倒立于水槽中，反应后气体体积缩小为30mL，则原混合气体中NO2和NO的体积比是()A．5∶3B．3∶5C．3∶2D．2∶3解析：选C设混合气体中NO2的体积为x，差量法：3NO2＋H2O=2HNO3＋NOΔV3mL1mL2mLx50mL－30mL＝20mLeq\f(3mL,x)＝eq\f(2mL,20mL)，解得x＝30mL。则原混合气体中NO为50mL－30mL＝20mL，所以V(NO2)∶V(NO)＝30mL∶20mL＝3∶2。1.酸雨——主要是由SO2和氮氧化物造成的；能使土壤酸化，腐蚀建筑物等。2．光化学烟雾——主要是由氮氧化物、碳氢化合物造成的；危害人体健康，影响植物生长。3．臭氧空洞——主要是氮氧化物、氟氯代烃等的排放引起的；使地球上的生物受太阳紫外线的损害加剧。4．温室效应——主要是由大气中CO2含量的不断增加造成的；会使全球气候变暖。5．白色污染——形成缘由是聚乙烯塑料的大量运用，随意丢弃；会破坏土壤结构和生态环境。6．赤潮和水华——形成缘由是生活污水、农业废水和某些工业废水的随意排放，使水体中的N、P等植物养分成分大量富集，导致藻类过度繁殖，鱼类死亡，水质恶化，若发生在淡水中称为“水华”，发生在海水中称为“赤潮”。7．水俣病——含汞的工业废水引起的水体污染，可使鱼类中毒，人食用中毒后的鱼会造成人体汞中毒。[例2]光化学烟雾形成的化学过程是：当汽车尾气产生的NO2在日光照耀下分解成NO和O时，即起先光化学烟雾的循环，不断地产生O3，这个循环包括下列三个化学方程式，请补充化学方程式②：(1)①NO2=NO＋O，②______________________________________________________，③O＋O2=O3。(2)以上三个化学方程式的总反应式：_________________________________。解析：(1)题目明确指出：光化学烟雾的循环过程包括①②③三个化学反应。由此可推断：反应①NO2=NO＋O中的生成物NO是反应②中的反应物。若要反应③O＋O2=O3不断地发生，就须要反应①不断产生O，故反应②的生成物必定是NO2，否则无法实现“循环过程”，反应②为2NO＋O2=2NO2。(2)叠加①、②、③三个化学方程式，即得结果：3O2=2O3。答案：(1)2NO＋O2=2NO2(2)3O2=2O3氮氧化物对环境的影响(1)硝酸型酸雨的形成：(2)光化学烟雾的形成：①汽车尾气排放的NO被空气中的氧气氧化为NO2；②在日光照耀下，NO2与O2经过困难的反应生成臭氧；③臭氧与空气中的一些碳氢化合物发生作用后，形成光化学烟雾。(3)氮氧化物对臭氧层的破坏：飞机尾气中的氮氧化物(NO和NO2)对臭氧层(含O3和O)破坏的反应简洁表示为：O3＋NO=O2＋NO2；O＋NO2=NO＋O2在低空，氮氧化物是空气中氧气转化为臭氧的催化剂，造成臭氧污染；在高空，氮氧化物是臭氧转化为氧气的催化剂，破坏臭氧层。2．NO对环境的危害在于()①破坏臭氧层②高温下能使一些金属被氧化③造成酸雨④与人体血红蛋白相结合A．仅①③B．仅③④C．①②③D．①③④解析：选ANO在高温下不能氧化金属，②错误，④不属于对环境的危害，①③正确。[课堂双基落实]1．(2015·北京高考)下列关于自然界中氮循环(如图所示)的说法不正确的是()A．氮元素均被氧化B．工业合成氨属于人工固氮C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化D．碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环解析：选A人工固氮中氮气转化为氨气，是N2转化为NH3的过程，N化合价由0→－3价，化合价降低，被还原，故A错误；工业合成氨是典型的人工固氮方法，故B正确；依据图像知，通过生物体可以将铵盐和蛋白质相互转化，实现了含氮的无机物和有机物的转化，故C正确；生物体合成蛋白质的过程也有碳、氢、氧三种元素的参与，故D正确。2．常温常压下，下列气体不能共存的是()A．SO2与O2B．NO2与NOC．O2与N2D．NO与O2解析：选DSO2与O2反应须要的条件是催化剂，NO2与NO不反应；O2与N2反应须要的条件是放电或高温。3．试验室收集NO、NO2两种气体()A．均可用排水法B．均可用向上排气法C．NO用向上排气法，NO2用排水法D．NO用排水法，NO2用向上排气法解析：选DNO易与空气中的O2反应，NO2与水反应，故前者不能用排气法收集，后者不能用排水法收集。4．把盛有40mLNO和NO2混合气体的量筒倒立在水槽中，充分反应后，量筒中还剩余30mL气体(气体体积在相同条件下测得)。则原混合气体中NO和NO2的体积比是()A．1∶3B．3∶5C．5∶3D．3∶1解析：选C3NO2＋H2O=2HNO3＋NOΔV32V(NO2)40mL－30mLV(NO2)＝(40mL－30mL)×eq\f(3,2)＝15mL则混合气体中NO的体积为25mL，故NO与NO2的体积比为5∶3。5．通常状况下，氮气很不活泼，其缘由是N2分子内部结构稳定，不简洁被破坏。(1)在肯定条件下氮气也可以与其他物质反应，有两种气体，一种能够氧化N2，一种能够还原N2，请分别写出这两个反应的化学方程式：①氧化N2：______________________________________________；②还原N2：____________________________________________________。(2)Mg可以在N2中燃烧生成氮化镁，写出该反应的化学方程式_________________________________________________________________，在该反应中N2表现________性。(3)已知氮化镁可以与