高中化學人教版必修1學案4-3第2課時氮的氧化物

第2課時氮的氧化物一、氮氣、一氧化氮和二氧化氮1．氮氣(1)物理性質(zhì)：無色、無味，難溶于水，密度與空氣相近，約占空氣體積的eq\f(4,5)。(2)化學性質(zhì)：①通常情況下，較穩(wěn)定，與其他物質(zhì)不反應。②放電或高溫下，能與氧氣反應生成NO。化學方程式為N2＋O2eq\o(=,\s\up17(放電或高溫))2NO2．一氧化氮和二氧化氮(1)物理性質(zhì)：(2)化學性質(zhì)：①常溫下，NO不穩(wěn)定，易與O2化合?；瘜W方程式為2NO＋O2=2NO2。②NO2溶于水時與水發(fā)生反應。化學方程式為3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。二、SO2、NO2對大氣的污染1．SO2與NO2的主要來源、危害和防治(1)來源eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①SO2：主要來源于煤、石油和某些含硫的金,屬礦物的燃燒或冶煉,②NO2：主要來自于汽車尾氣))(2)危害eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①引起大氣污染，直接危害人體健康,②溶于水形成酸雨))(3)防治eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，發(fā)展清潔能源,②研究煤的脫硫技術(shù)，改進燃燒技術(shù)，減少二氧,化硫和氮氧化物的排放,③加強工廠廢氣的回收處理,④改進汽車尾氣的處理技術(shù)，控制尾氣排放))2．酸雨(1)概念：pH<5.6的降雨。(2)成因：主要是大氣中的SO2與NO2溶于水形成的。(3)危害。①直接破壞農(nóng)作物、森林、草原，使土壤、湖泊酸化。②加速建筑物、橋梁、工業(yè)設(shè)備、運輸工具及電信電纜的腐蝕。知識點一氮的氧化物溶于水的有關(guān)計算問題1．解題思路(1)要明確試題要求，如反應后容器內(nèi)是否有剩余氣體？剩余氣體可能是什么？注意剩余氣體不可能是NO2，也不可能是NO與O2的混合氣體。(2)計算中可能用到的化學反應：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO4NO2＋O2＋2H2O=4HNO34NO＋3O2＋2H2O=4HNO3(3)要對試題中產(chǎn)生的結(jié)果進行可能情況的討論，如NO2與O2的混合氣體溶于水時，剩余的氣體是NO還是O2要進行討論。2．氮的氧化物溶于水的幾種情況(1)NO2或NO2與N2(非O2)的混合氣體溶于水根據(jù)3NO2＋H2O=2HNO3＋NO①利用氣體體積變化差值進行計算。(2)NO2和O2的混合氣體溶于水根據(jù)4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3②可知：當體積比V(NO2)V(O2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(＝41恰好完全反應,>41NO2過量，剩余氣體為NO,<41O2過量，剩余氣體為O2))(3)NO和O2的混合氣體溶于水根據(jù)4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3③可知：當體積比V(NO)V(O2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(＝43恰好完全反應,>43剩余氣體為NO,<43剩余氣體為O2))(4)NO、NO2、O2三種混合氣體通入水中可先按①式求出NO2和H2O反應后生成的NO的體積，再加上原混合氣體中NO的體積，即為NO的總體積，再按③式進行計算。(5)無論是4NO2＋O2混合，還是4NO＋3O2混合，均可看成是2N2O5，這是實質(zhì)，即利用N、O原子個數(shù)比進行分析推斷。當n(N)n(O)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(<25，剩余O2,＝25，恰好完全反應,>25，剩余NO))(6)電子守恒法當NO2或NO轉(zhuǎn)化為HNO3時要失去電子，若上述兩種氣體與O2混合，O2得電子，且得失電子總數(shù)必然相等，這是解題的依據(jù)。1.在3NO2＋H2O=2HNO3＋NO反應中，若有4.5molNO2參加反應，生成NO氣體的物質(zhì)的量是多少？若通入O2與NO在水中恰好完全反應，則需O2的物質(zhì)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與NO在水中發(fā)生反應4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3，則n(O2)＝eq\f(3,4)n(NO)＝eq\f(3,4)×1.5mol＝1.125mol。2．NO2和溴蒸氣都是紅棕色氣體，可否用淀粉－KI試紙進行鑒別？提示：不能，因為二者都具有較強的氧化性，都可以氧化KI生成I2，使淀粉變藍色。通常可以用①水：NO2與水反應生成無色溶液，Br2溶于水得橙色溶液；②AgNO3溶液：NO2與AgNO3溶液混合溶液無明顯現(xiàn)象，而Br2與AgNO3反應生成淺黃色的AgBr沉淀?？筛鶕?jù)實驗現(xiàn)象不同來鑒別NO2和溴蒸氣。[例1]將10mL充滿NO2和O2混合氣體的試管倒置在水槽中，反應停止后試管內(nèi)剩余2mL無色氣體，求原混合氣體中NO2和O2各多少毫升？[思路分析]對于反應后剩余氣體，分析剩余氣體的成分，一般來說，兩種反應物，首先判斷過量，然后根據(jù)完全吸收的反應關(guān)系計算：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氣體可能是NO或O2，分兩種情況討論：(1)剩余的是NO，可以看成先發(fā)生了反應：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3。剩余的NO2又與水作用，最終有2mLNO產(chǎn)生。由反應3NO2＋H2O=2HNO3＋NO得剩余的NO2體積為2mL×3＝6mL。則原有O2體積為(10mL－6mL)×eq\f(1,4＋1)＝0.8mL，NO2體積為10mL－0.8mL＝9.2mL。(2)剩余的是O2，則有10mL－2mL＝8mL是NO2和O2的混合氣體，按反應：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3進行。所以NO2的體積為8mL×eq\f(4,1＋4)＝6.4mL，O2體積為10mL－6.4mL＝3.6mL。[答案](1)若剩余的是NO，則NO2和O2的體積分別為9.2mL和0.8mL。(2)若剩余的是O2，則NO2和O2的體積分別為6.4mL和3.6mL。將裝有30mLNO和NO2(設(shè)無N2O4)混合氣體的試管倒立于水中，經(jīng)過足夠長時間，到水面不再上升為止，此時試管內(nèi)剩余氣體的體積為16mL，求原混合氣體中NO和NO2的體積各多少毫升？解析：NO與水不反應，NO2與H2O反應：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO；由化學方程式知，最終余下的16mL氣體為NO，既包括原NO，又有NO2與水生成的NO。解法一：氣體體積之和法。設(shè)原混合氣體中含NO2的體積為x，NO的體積為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：氣體體積差量法。反應后氣體體積減小值：30mL－16mL＝14mL。設(shè)原混合氣體中含NO2體積為x。3NO2＋H2O=2HNO3＋NOΔV312x14mL由eq\f(3,x)＝eq\f(2,14mL)得，x＝21mL。V(NO)＝30mL－21mL＝9mL。答案：混合氣體中含NO2為21mL，NO為9mL。知識點二常見的環(huán)境問題與SO2、NOx的吸收問題導引1．酸雨的產(chǎn)生與什么物質(zhì)有關(guān)？會造成怎樣的危害？2．氮氧化物會引起哪種類型的空氣污染？3．如何吸收SO2與氮氧化物以防止污染環(huán)境？疑難剖析1．常見的環(huán)境污染環(huán)境污染形成原因主要危害溫室效應大氣中CO2含量不斷增加全球變暖，冰雪融化酸雨SO2和氮氧化物的排放土壤、湖泊酸化，腐蝕建筑物光化學煙霧氮氧化物和碳氫化合物的排放危害人體健康和植物生長臭氧空洞氮氧化物和氟氯代烴的排放地球上的生物受太陽紫外線的傷害加劇赤潮和水華含磷洗衣粉的大量使用及其廢水的任意排放使水體富營養(yǎng)化藻類過度繁殖，水質(zhì)惡化，海水中為赤潮，淡水中為水華白色污染聚乙烯塑料的大量使用，任意丟棄破壞土壤結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境2.SO2和氮的氧化物的吸收、轉(zhuǎn)化(1)NaOH溶液吸收SO2＋2NaOH=Na2SO3＋H2ONO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2O(2)氨氣吸收2NH3＋H2O＋SO2=(NH4)2SO38NH3＋6NO2eq\o(=,\s\up17(一定條件))7N2＋12H2O4NH3＋6NOeq\o(=,\s\up17(一定條件))5N2＋6H2O(3)汽車尾氣轉(zhuǎn)換器2CO＋2NOeq\o(=,\s\up17(催化劑))2CO2＋N2(4)石灰吸收CaO＋SO2=CaSO32CaSO3＋O2=2CaSO4特別提示：(1)引起溫室效應的氣體除CO2之外，還有CH4等，但在環(huán)境質(zhì)量日報中無CO2這一指標。(2)酸雨、光化學煙霧、臭氧空洞均與氮氧化物有關(guān)。1.SO2形成的酸雨，放置一段時間，pH會如何變化？提示：SO2形成的酸雨含有H2SO3，在放置過程中2H2SO3＋O2=2H2SO4，所以放置一段時間后，pH會減小，酸性增強。2．NO在破壞臭氧層的過程中可發(fā)生如下反應：NO＋O3→NO2＋O①NO2＋O→NO＋O2②總反應方程式為2O3=3O2，從整個反應來看NO、NO2的作用有何不同？提示：NO在整個反應的前后，其質(zhì)量和化學性質(zhì)均保持不變，因此在整個反應中NO作催化劑，NO2僅是中間產(chǎn)物。[例2]1872年，英國科學家史密斯發(fā)現(xiàn)倫敦雨水呈酸性，首先提出“酸雨”這一專有名詞，現(xiàn)在世界上形成了歐洲、北美、中國三大酸雨區(qū)。酸雨被人們稱為“天堂的眼淚”或“空中死神”，具有很大破壞力。目前，我國的酸雨主要分布地區(qū)是長江以南的四川、貴州、湖南、江西以及沿海的福建、廣東等地，約占我國國土面積的30%?，F(xiàn)有雨水樣品1份，每隔一段時間測定該雨水樣品的pH，所得數(shù)據(jù)如下：測試時間/h01234雨水的pH4.734.634.564.554.55分析數(shù)據(jù)，回答下列問題：(1)①雨水樣品的pH變化的原因是(用化學方程式表示)_______________________________________________________。②如果將剛?cè)拥纳鲜鲇晁妥詠硭嗷旌希琾H將變________，原因是(用化學方程式表示)__________________________________。(2)下列措施中，可減少酸雨產(chǎn)生的途徑的是________(填寫序號)。①少用煤作燃料②把工廠煙囪造高③燃料脫硫④在已酸化的土壤中加生石灰⑤開發(fā)新能源(3)有人在英國進行的一項研究結(jié)果表明：高煙囪可以有效地降低地球表面的SO2濃度。在20世紀的60～70年代的10年間，由發(fā)電廠排放出的SO2增加了35%，但由于建筑高煙囪的結(jié)果，地面濃度降低了30%之多。請你從全球環(huán)境保護的角度，分析這種方法是否可?。亢喪銎淅碛?。[思路分析]該題主要考查酸雨的形成及減少酸雨產(chǎn)生的措施等與環(huán)境保護有關(guān)的問題。(1)①酸雨放置時pH變小，其原因是雨水中的H2SO3被空氣中氧氣氧化所致：SO2＋H2OH2SO3,2H2SO3＋O2=2H2SO4。②雨水和自來水混合，應考慮H2SO3與Cl2(或HClO)的反應：H2SO3＋HClO=H2SO4＋HCl(或SO2＋2H2O＋Cl2=H2SO4＋2HCl)。因此雨水與自來水混合后溶液pH將變小。(2)減少酸雨的形成需減少SO2的排放，將煤轉(zhuǎn)化為清潔能源(如煤的氣化和液化)、燃料脫硫、開發(fā)不含硫的新能源(如氫能、核能等)，都是有力措施。因此①③⑤正確。(3)不可取，因為SO2的排放總量沒有減少，所以進一步形成的酸雨仍會造成對全球的危害。[答案](1)①2H2SO3＋O2=2H2SO4②小Cl2＋SO2＋2H2O=H2SO4＋2HCl(2)①③⑤(3)不可取，因為污染物排放的總量沒變，仍會造成污染。光化學煙霧的形成，主要是由于空氣中的NO2受陽光紫外線照射后，發(fā)生NO2→NO＋O，和O＋O2→O3，結(jié)果導致地面臭氧濃度超標；此外，臭氧分子及氧原子都能使空氣中的一些碳氫化合物氧化，得到另一種有毒氣體乙醛；NO、NO2、碳氫化合物經(jīng)過許多復雜的化學反應而產(chǎn)生氧化劑，也對人體造成傷害。已知：二次污染物是指排入環(huán)境中的一次污染物在物理、化學因素或生物的作用下發(fā)生變化，或與環(huán)境中的其他物質(zhì)發(fā)生反應所形成的物理、化學性狀與一次污染物不同的新污染物。下列說法不正確的是(D)①二氧化氮將氧氣氧化為臭氧②二氧化氮在臭氧的形成中起催化作用③光化學煙霧率先在發(fā)達城市出現(xiàn)④NO2是一種二次污染物A．①② B．②③C．③④ D．①④解析：氧氣和臭氧中氧元素的化合價都為0價，沒有化合價的變化，①錯誤；從題給信息可知二氧化氮充當催化劑，②正確；光化學煙霧的形成與氮氧化物有關(guān)，而汽車尾氣是氮氧化物的主要來源，故發(fā)達城市易發(fā)生光化學煙霧污染，③正確；依據(jù)題中信息可知，二次污染物是一次污染物的產(chǎn)物，故NO2不是二次污染物，④錯誤。1．下列對NO、NO2的描述中不正確的是(B)A．NO2是紅棕色氣體，且能與水發(fā)生反應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在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化，且二者都是引起光化學煙霧的大氣污染物D．NO、NO2都有毒，且NO是汽車尾氣的有害成分之一解析：A項，NO2是紅棕色氣體，能與水發(fā)生反應：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，正確；B項，NO難溶于水，可以用排水法收集，在放電時可由N2和O2直接化合而得到NO，錯誤；C項，NO與氧氣發(fā)生反應會產(chǎn)生NO2，NO2溶于水反應產(chǎn)生硝酸和NO，因此二者在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化，且二者都是引起光化學煙霧的大氣污染物，正確；D項，NO、NO2都有毒，且在汽車發(fā)動時，在電火花作用下N2和O2化合產(chǎn)生NO，NO是汽車尾氣的有害成分之一，正確。2．標準狀況下，使NO2和O2按41的體積比充滿干燥燒瓶，將燒瓶倒置于水中，瓶內(nèi)液面逐漸上升，假設(shè)燒瓶內(nèi)溶液不擴散，則最終該溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為(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：假設(shè)燒瓶的體積為5L，則NO2的體積為4L，O2的體積為1L,4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，NO2與O2恰好完全反應，溶液充滿整個燒瓶，生成硝酸的物質(zhì)的量為eq\f(4,22.4)mol，則c(HNO3)＝eq\f(\f(4,22.4),5)mol·L－1＝eq\f(1,28)mol·L－1，故C正確。3．(雙選)已知NO2和溴蒸氣都是紅棕色氣體，且都有強氧化性，則下列試劑或方法不能將NO2和溴蒸氣區(qū)別開的是(CD)A．向兩種氣體中加入適量水，振蕩B．將兩種氣體分別通入AgNO3溶液中C．用濕潤的淀粉KI試紙檢驗D．將兩種氣體分別通入FeCl2溶液中解析：NO2與水反應生成硝酸和無色氣體NO，溴蒸氣溶于水形成棕色溶液，A能區(qū)別；將兩種氣體分別通入AgNO3溶液中，前者無沉淀生成，后者有淺黃色AgBr沉淀生成：Br2＋H2OHBr＋HBrO，Ag＋＋Br－=AgBr↓，B能區(qū)別；NO2和溴蒸氣都有強氧化性，都能將I－氧化成I2，使淀粉KI試紙變藍色，C不能區(qū)別；NO2和溴蒸氣均能氧化FeCl2溶液生成FeCl3溶液，反應后的現(xiàn)象相同，不能鑒別。4．在容積為672mL的燒瓶中充滿NO和NO2的混合氣體，將其倒立在水槽里，去塞后再通入280mL氧氣，恰好完全反應，且液體充滿燒瓶(氣體體積都已折合為標準狀況下的體積)，下列有關(guān)敘述正確的是(B)A．總反應為NO＋NO2＋O2＋H2O=2HNO3B．總反應為4NO＋8NO2＋5O2＋6H2O=12HNO3C．生成硝酸的物質(zhì)的量濃度約為0.030mol·L－1D．生成硝酸的物質(zhì)的量濃度約為0.060mol·L－1解析：設(shè)反應前NO2的體積為x，NO的體積為y，則：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。))故參加反應的NO2與NO的物質(zhì)的量之比為21，則總反應為4NO＋8NO2＋5O2＋6H2O=12HNO3。根據(jù)氮元素守恒可得生成的HNO3為0.03mol，燒瓶內(nèi)充滿液體則硝酸的體積為0.672L，故c(HNO3)＝eq\f(0.03mol,0.672L)≈0.045mol·L－1。綜上所述，本題選B。5．下列物質(zhì)的轉(zhuǎn)化必須加入氧化劑且通過一步反應就能完成的是(C)①N2→NO2②NO2→NO③NO2→HNO3④N2→NO⑤N2→NH3A．① B．②⑤C．④ D．③④解析：該題有兩個要求：(1)必須加入氧化劑；(2)通過一步反應就能完成。反應①、③、④從化合價角度來看都是升高，但反應①N2→NO2不能通過一步反應完成；而反應③NO2→HNO3雖然氮的化合價升高，但不加氧化劑也能完成，如3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，在該反應中，NO2既是氧化劑又是還原劑；只有反應④N2→NO必須加入氧化劑且通過一步反應就能完成。6．將盛有1molNO和NO2混合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中，再通入0.4molO2，充分反應后，整個試管充滿水。則原混合氣體中NO與NO2體積比為(C)A．12 B．25C．37 D．無法確定解析：設(shè)1molNO和NO2的混合氣體中有amolNO和(1－a)molNO2，根據(jù)4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3和4NO2＋O2＋2