高中化學(xué)必修1學(xué)案專題4第二單元第1課時(shí)氮氧化物的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)化

第二單元生產(chǎn)生活中的含氮化合物第1課時(shí)氮氧化物的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)化一、氮?dú)?、一氧化氮和二氧化?．氮?dú)?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4/5。(2)化學(xué)性質(zhì)：①通常情況下，較穩(wěn)定，與其他物質(zhì)不反應(yīng)。②放電或高溫下，能與氧氣反應(yīng)生成NO?；瘜W(xué)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(xué)性質(zhì)：①常溫下，NO不穩(wěn)定，易與O2化合?；瘜W(xué)方程式為2NO＋O2=2NO2。②NO2溶于水時(shí)與水發(fā)生反應(yīng)?；瘜W(xué)方程式為3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。二、氮氧化物的來源、危害及防治措施1．來源(1)氮肥的生產(chǎn)，金屬的冶煉和汽車等交通工具尾氣的排放。(2)自然界中火山爆發(fā)、電閃雷鳴。2．危害①酸雨；②光化學(xué)煙霧；③破壞臭氧層。3．防治措施(1)①使用潔凈能源，減少氮氧化物的排放。②為汽車安裝尾氣轉(zhuǎn)化裝置，將汽車尾氣中的一氧化碳和一氧化氮轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氮?dú)狻?2)對(duì)生產(chǎn)化肥、硝酸的工廠排放的廢氣進(jìn)行處理。探究點(diǎn)一氮的氧化物溶于水的有關(guān)計(jì)算問題1．解題思路(1)要明確試題要求，如反應(yīng)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(jì)算中可能用到的化學(xué)反應(yīng)：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO4NO2＋O2＋2H2O=4HNO34NO＋3O2＋2H2O=4HNO3(3)要對(duì)試題中產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行可能情況的討論，如NO2與O2的混合氣體溶于水時(shí)，剩余的氣體是NO還是O2要進(jìn)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(jìn)行計(jì)算。(2)NO2和O2的混合氣體溶于水。根據(jù)4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3②可知：當(dāng)體積比(3)NO和O2的混合氣體溶于水。根據(jù)4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3③可知：當(dāng)體積比(4)NO、NO2、O2三種混合氣體通入水中?？上劝储偈角蟪鯪O2和H2O反應(yīng)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(jìn)行計(jì)算。(5)無論是4NO2＋O2混合，還是4NO＋3O2混合，均可看成是2N2O5，這是實(shí)質(zhì)，即利用N、O原子個(gè)數(shù)比進(jìn)行分析推斷。(6)電子守恒法。當(dāng)NO2或NO轉(zhuǎn)化為HNO3時(shí)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(yīng)中，若有4.5molNO2參加反應(yīng)，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(yīng)，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(yīng)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(jìn)行鑒別？提示：不能，因?yàn)槎叨季哂休^強(qiáng)的氧化性，都可以氧化KI生成I2，使淀粉變藍(lán)色。通?？梢杂芒偎篘O2與水反應(yīng)生成無色溶液，Br2溶于水得橙色溶液；②AgNO3溶液：NO2與AgNO3溶液混合無明顯現(xiàn)象，而Br2與AgNO3反應(yīng)生成淺黃色的AgBr沉淀?？筛鶕?jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不同來鑒別NO2和溴蒸氣?！纠?】將10mL充滿NO2和O2混合氣體的試管倒置在水槽中，反應(yīng)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(duì)于反應(yīng)后剩余氣體，分析剩余氣體的成分，一般來說，兩種反應(yīng)物，首先判斷過量，然后根據(jù)完全吸收的反應(yīng)關(guān)系計(jì)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?！窘馕觥渴Ｓ?mL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(yīng)：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3。剩余的NO2又與水作用，最終有2mLNO產(chǎn)生。由反應(yīng)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(yīng)：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3進(jìn)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?！敬鸢浮?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(shí)間，到水面不再上升為止，此時(shí)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？答案：混合氣體中含NO2為21mL，NO為9mL。解析：NO與水不反應(yīng)，NO2與H2O反應(yīng)：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO；由化學(xué)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(yīng)后氣體體積減小值：30mL－16mL＝14mL。設(shè)原混合氣體中含NO2的體積為x。3NO2＋H2O=2HNO3＋NOΔV312x14mL由eq\f(3,x)＝eq\f(2,14mL)得，x＝21mL。V(NO)＝30mL－21mL＝9mL。探究點(diǎn)二常見環(huán)境問題及防治生產(chǎn)中減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)氣體轉(zhuǎn)化法8NH3＋6NO2eq\o(=,\s\up17(一定條件))7N2＋12H2O4NH3＋6NOeq\o(=,\s\up17(一定條件))5N2＋6H2O2CO＋2NOeq\o(=,\s\up17(催化劑))2CO2＋N2【例2】下列現(xiàn)象的產(chǎn)生與人為排放的含氮物質(zhì)無關(guān)的是()A．閃電 B．光化學(xué)煙霧C．酸雨 D．水體富營養(yǎng)化【解析】閃電是自然現(xiàn)象，與人類排放的含氮物質(zhì)無關(guān)；光化學(xué)煙霧、酸雨、水體富營養(yǎng)化均與人類生產(chǎn)生活中排放的含氮物質(zhì)有關(guān)。【答案】A環(huán)保意識(shí)是重要的公民意識(shí)。下列氣體不屬于空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的是(C)A．SO2 B．COC．N2 D．NO2解析：SO2、CO、NO2屬于空氣污染物；N2是空氣的成分，不屬于空氣污染物。1．下列變化中不屬于氮的固定的是(D)A．打雷閃電時(shí)，大氣中產(chǎn)生了NOB．豆科植物的根瘤菌把空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為硝酸鹽等含氮化合物C．N2和H2在一定條件下反應(yīng)生成NH3D．NH3經(jīng)催化氧化生成NO解析：N2中的氮是游離態(tài)，NO中的氮是化合態(tài)，屬于自然固氮，故A不選；N2中的氮是游離態(tài)，硝酸鹽中的氮是化合態(tài)，屬于生物固氮，故B不選；氮?dú)庵械牡怯坞x態(tài)，NH3中的氮是化合態(tài)，屬于人工固氮，故C不選；NH3經(jīng)催化氧化生成NO，NH3、NO中的氮均是化合態(tài)，不屬于氮的固定，故選D。2．最新研究表明：NO吸收治療法可快速改善SARS重癥患者的缺氧狀況，緩解病情。下列關(guān)于NO的敘述正確的是(C)A．NO是一種紅棕色的氣體B．常溫常壓下，NO不能與空氣中氧氣直接化合C．含等質(zhì)量的氧元素的NO和CO的物質(zhì)的量相等D．NO易溶于水，不能用排水法收集解析：NO是一種無色難溶于水的氣體，可以用排水法收集，所以A項(xiàng)、D項(xiàng)錯(cuò)誤，常溫常壓下，NO容易與氧氣直接化合生成NO2，所以B項(xiàng)錯(cuò)誤；NO和CO分子中均含一個(gè)O原子，因此當(dāng)氧元素質(zhì)量相等時(shí)，兩者的物質(zhì)的量也一定相等，所以C項(xiàng)正確。3．大氣污染已成為人類社會(huì)威脅。下列氣體不會(huì)造成大氣污染的是(A)A．N2 B．Cl2C．SO2 D．NO2解析：N2為空氣的主要成分，無毒，不會(huì)造成空氣污染，故A正確；Cl2、SO2、NO2均有毒，排放到空氣中均會(huì)造成空氣污染。4．下列對(duì)于二氧化氮的說法正確的是(D)A．NO2能與水反應(yīng)生成硝酸，故NO2為酸性氧化物B．除去O2中混有的NO2，可將混合氣體通入水中，將NO2溶解C．NO2與溴蒸氣的鑒別可用NaOH溶液，溶于NaOH溶液得無色溶液的是NO2，得橙色溶液的為溴蒸氣D．NO2是大氣污染物之一解析：NO2與H2O反應(yīng)除生成HNO3外還生成NO，故NO2不是酸性氧化物，A項(xiàng)錯(cuò)誤；除去O2中混有的NO2，將混合氣體通入水中，NO2溶解的同時(shí)又生成新的雜質(zhì)NO且NO又能與O2反應(yīng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；NO2、溴蒸氣分別與NaOH溶液作用均得無色溶液，所以用NaOH溶液無法將NO2與溴蒸氣區(qū)分開，C項(xiàng)錯(cuò)誤。5．汽車尾氣處理裝置中可發(fā)生反應(yīng)：4CO＋2NO2eq\o(=,\s\up17(催化劑),\s\do15(△))4CO2＋N2，下列對(duì)該反應(yīng)的說法正確的是(C)A．NO2被氧化B．CO是氧化劑C．每生成28gN2，轉(zhuǎn)移8mole－D．該條件下，還原性CO<N2解析：N元素化合價(jià)由＋4價(jià)降低到0價(jià)，NO2被還原，A項(xiàng)錯(cuò)誤；C元素化合價(jià)由＋2價(jià)升高到＋4價(jià)，CO失電子，作還原劑，B項(xiàng)錯(cuò)誤；每反應(yīng)1molNO2，轉(zhuǎn)移4mol電子，每生成1molN2，消耗2molNO2，則轉(zhuǎn)移8mol電子，C項(xiàng)正確；在該反應(yīng)中，CO為還原劑，N2為還原產(chǎn)物，還原劑的還原性大于還原產(chǎn)物的還原性，D項(xiàng)錯(cuò)誤。6．氮氧化物(用NOx表示)是大氣污染的重要因素，根據(jù)NOx的來源和性質(zhì)特點(diǎn)，已開發(fā)出多種化學(xué)治理其污染的方法。(1)汽車尾氣中的NO2是城市大氣污染的主要污染物之一。在日光照射下，NO2發(fā)生一系列光化學(xué)煙霧的循環(huán)反應(yīng)，從而不斷產(chǎn)生O3，加重空氣污染。反應(yīng)過程為：①2NO2→2NO＋2O，②2NO＋O2→2NO2，③O＋O2→O3。下列關(guān)于該反應(yīng)過程及生成物的敘述正確的是AD(填序號(hào))。A．NO2起催化作用B．NO起催化作用C．NO2只起氧化作用D．O3與O2互為同素異形體(2)汽車尾氣中的CO來自于汽油的不完全燃燒，NO來自于N2與O2在汽車氣缸內(nèi)高溫環(huán)境下的反應(yīng)。(3)汽車尾氣中的CO、NOx可在適宜溫度下采用催化轉(zhuǎn)化法處理，使它們相互反應(yīng)生成參與大氣循環(huán)的無毒氣體。寫出NO被CO還原的化學(xué)方程式：2CO＋2NOeq\o(=,\s\up17(催化劑))N2＋2CO2。(4)工業(yè)尾氣中氮氧化物常采用堿液吸收法處理。NO2被燒堿溶液吸收時(shí)，生成兩種鈉鹽，其物質(zhì)的量之比為11，該反應(yīng)的離子方程式為2NO2＋2OH－=NOeq\o\al(－,3)＋NOeq\o\al(－,2)＋H2O；1molNO2被完全吸收時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.5_mol。NO與NO2按物質(zhì)的量之比11被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一種鈉鹽，該鈉鹽的化學(xué)式為NaNO2。解析：(1)由①＋②＋③×2得3O2=2O3，由此可知NO2起催化作用；反應(yīng)①中NO2作氧化劑