2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第四章非金屬及其化合物第三節(jié)第2課時(shí)氮的氧化物學(xué)案新人教版必修1

PAGE10-第2課時(shí)氮的氧化物一、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eq\f(4,5)。(2)化學(xué)性質(zhì)：①通常狀況下，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。化學(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、SO2、NO2對(duì)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，干脆危害人體健康,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探討煤的脫硫技術(shù)，改進(jìn)燃燒技術(shù)，削減二氧,化硫和氮氧化物的排放,③加強(qiáng)工廠廢氣的回收處理,④改進(jìn)汽車尾氣的處理技術(shù)，限制尾氣排放))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干脆破壞農(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(yùn)輸工具及電信電纜的腐蝕。學(xué)問點(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？留意剩余氣體不行能是NO2，也不行能是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)行可能狀況的探討，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)行探討。2．氮的氧化物溶于水的幾種狀況(1)NO2或NO2與N2(非O2)的混合氣體溶于水依據(jù)3NO2＋H2O=2HNO3＋NO①利用氣體體積改變差值進(jìn)行計(jì)算。(2)NO2和O2的混合氣體溶于水依據(jù)4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3②可知：當(dāng)體積比V(NO2)V(O2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(＝41恰好完全反應(yīng),>41NO2過量，剩余氣體為NO,<41O2過量，剩余氣體為O2))(3)NO和O2的混合氣體溶于水依據(jù)4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3③可知：當(dāng)體積比V(NO)V(O2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(＝43恰好完全反應(yīng),>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(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。當(dāng)n(N)n(O)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(<25，剩余O2,＝25，恰好完全反應(yīng),>25，剩余NO))(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)必定相等，這是解題的依據(jù)。1.在3NO2＋H2O=2HNO3＋NO反應(yīng)中，若有4.5molNO2參與反應(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。通常可以用①水：NO2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溶液混合溶液無明顯現(xiàn)象，而Br2與AgNO3反應(yīng)生成淺黃色的AgBr沉淀?？梢罁?jù)試驗(yàn)現(xiàn)象不同來鑒別NO2和溴蒸氣。[例1]將10mL充溢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，首先推斷過量，然后依據(jù)完全汲取的反應(yīng)關(guān)系計(jì)算：二氧化氮完全被水汲取：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3。一氧化氮完全被水汲取：4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3。[解析]剩余2mL氣體可能是NO或O2，分兩種狀況探討：(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。[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(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？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。學(xué)問點(diǎn)二常見的環(huán)境問題與SO2、NOx的汲取問題導(dǎo)引1．酸雨的產(chǎn)生與什么物質(zhì)有關(guān)？會(huì)造成怎樣的危害？2．氮氧化物會(huì)引起哪種類型的空氣污染？3．如何汲取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)境污染形成緣由主要危害溫室效應(yīng)大氣中CO2含量不斷增加全球變暖，冰雪溶化酸雨SO2和氮氧化物的排放土壤、湖泊酸化，腐蝕建筑物光化學(xué)煙霧氮氧化物和碳?xì)浠衔锏呐欧盼：θ梭w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損害加劇赤潮和水華含磷洗衣粉的大量運(yùn)用及其廢水的隨意排放使水體富養(yǎng)分化藻類過度繁殖，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運(yùn)用，隨意丟棄破壞土壤結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境2.SO2和氮的氧化物的汲取、轉(zhuǎn)化(1)NaOH溶液汲取SO2＋2NaOH=Na2SO3＋H2ONO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2O(2)氨氣汲取2NH3＋H2O＋SO2=(NH4)2SO38NH3＋6NO2eq\o(=,\s\up17(肯定條件))7N2＋12H2O4NH3＋6NOeq\o(=,\s\up17(肯定條件))5N2＋6H2O(3)汽車尾氣轉(zhuǎn)換器2CO＋2NOeq\o(=,\s\up17(催化劑))2CO2＋N2(4)石灰汲取CaO＋SO2=CaSO32CaSO3＋O2=2CaSO4特殊提示：(1)引起溫室效應(yīng)的氣體除CO2之外，還有CH4等，但在環(huán)境質(zhì)量日?qǐng)?bào)中無CO2這一指標(biāo)。(2)酸雨、光化學(xué)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(shí)間，pH會(huì)如何改變？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(shí)間后，pH會(huì)減小，酸性增加。2．NO在破壞臭氧層的過程中可發(fā)生如下反應(yīng)：NO＋O3→NO2＋O①NO2＋O→NO＋O2②總反應(yīng)方程式為2O3=3O2，從整個(gè)反應(yīng)來看NO、NO2的作用有何不同？提示：NO在整個(gè)反應(yīng)的前后，其質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)均保持不變，因此在整個(gè)反應(yīng)中NO作催化劑，NO2僅是中間產(chǎn)物。[例2]1872年，英國科學(xué)家史密斯發(fā)覺倫敦雨水呈酸性，首先提出“酸雨”這一專出名詞，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(shí)間測定該雨水樣品的pH，所得數(shù)據(jù)如下：測試時(shí)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改變的緣由是(用化學(xué)方程式表示)_______________________________________________________。②假如將剛?cè)拥纳鲜鲇晁妥詠硭嗷旌?，pH將變________，緣由是(用化學(xué)方程式表示)__________________________________。(2)下列措施中，可削減酸雨產(chǎn)生的途徑的是________(填寫序號(hào))。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(jìn)行的一項(xiàng)探討結(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(jì)的60～70年頭的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(qǐng)你從全球環(huán)境愛護(hù)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削減酸雨產(chǎn)生的措施等與環(huán)境愛護(hù)有關(guān)的問題。(1)①酸雨放置時(shí)pH變小，其緣由是雨水中的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(yīng)考慮H2SO3與Cl2(或HClO)的反應(yīng)：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)削減酸雨的形成需削減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)不行取，因?yàn)镾O2的排放總量沒有削減，所以進(jìn)一步形成的酸雨仍會(huì)造成對(duì)全球的危害。[答案](1)①2H2SO3＋O2=2H2SO4②小Cl2＋SO2＋2H2O=H2SO4＋2HCl(2)①③⑤(3)不行取，因?yàn)槲廴疚锱欧诺目偭繘]變，仍會(huì)造成污染。光化學(xué)煙霧的形成，主要是由于空氣中的NO2受陽光紫外線照耀后，發(fā)生NO2→NO＋O，和O＋O2→O3，結(jié)果導(dǎo)致地面臭氧濃度超標(biāo)；此外，臭氧分子及氧原子都能使空氣中的一些碳?xì)浠衔镅趸玫搅硪环N有毒氣體乙醛；NO、NO2、碳?xì)浠衔锝?jīng)過很多困難的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生氧化劑，也對(duì)人體造成損害。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(xué)因素或生物的作用下發(fā)生改變，或與環(huán)境中的其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)所形成的物理、化學(xué)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(xué)煙霧領(lǐng)先在發(fā)達(dá)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(jià)都為0價(jià)，沒有化合價(jià)的改變，①錯(cuò)誤；從題給信息可知二氧化氮充當(dāng)催化劑，②正確；光化學(xué)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(dá)城市易發(fā)生光化學(xué)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(cuò)誤。1．下列對(duì)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(yīng)B．NO可以用排水法收集，但不能由N2和O2干脆化合而得到C．NO、NO2在肯定條件下可相互轉(zhuǎn)化，且二者都是引起光化學(xué)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(xiàng)，NO2是紅棕色氣體，能與水發(fā)生反應(yīng)：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，正確；B項(xiàng)，NO難溶于水，可以用排水法收集，在放電時(shí)可由N2和O2干脆化合而得到NO，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，NO與氧氣發(fā)生反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生NO2，NO2溶于水反應(yīng)產(chǎn)生硝酸和NO，因此二者在肯定條件下可相互轉(zhuǎn)化，且二者都是引起光化學(xué)煙霧的大氣污染物，正確；D項(xiàng)，NO、NO2都有毒，且在汽車發(fā)動(dòng)時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)狀況下，使NO2和O2按41的體積比充溢干燥燒瓶，將燒瓶倒置于水中，瓶內(nèi)液面漸漸上升，假設(shè)燒瓶內(nèi)溶液不擴(kuò)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(yīng)，溶液充溢整個(gè)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(qiáng)氧化性，則下列試劑或方法不能將NO2和溴蒸氣區(qū)分開的是(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．用潮濕的淀粉KI試紙檢驗(yàn)D．將兩種氣體分別通入FeCl2溶液中解析：NO2與水反應(yīng)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)分；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)分；NO2和溴蒸氣都有強(qiáng)氧化性，都能將I－氧化成I2，使淀粉KI試紙變藍(lán)色，C不能區(qū)分；NO2和溴蒸氣均能氧化FeCl2溶液生成FeCl3溶液，反應(yīng)后的現(xiàn)象相同，不能鑒別。4．在容積為672mL的燒瓶中充溢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(yīng)，且液體充溢燒瓶(氣體體積都已折合為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積)，下列有關(guān)敘述正確的是(B)A．總反應(yīng)為NO＋NO2＋O2＋H2O=2HNO3B．總反應(yīng)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(yīng)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。))故參與反應(yīng)的NO2與NO的物質(zhì)的量之比為21，則總反應(yīng)為4NO＋8NO2＋5O2＋6H2O=12HNO3。依據(jù)氮元素守恒可得生成的HNO3為0.03mol，燒瓶內(nèi)充溢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)化必需加入氧化劑且通過一步反應(yīng)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(gè)要求：(1)必需加入氧化劑；(2)通過一步反應(yīng)就能完成。反應(yīng)①、③、④從化合價(jià)角度來看都是上升，但反應(yīng)①N2→NO2不能通過一步反應(yīng)完成；而反應(yīng)③NO2→HNO3雖然氮的化合價(jià)上升，但不加氧化劑也能完成，如3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，在該反應(yīng)中，NO2既是氧化劑又是還原劑；只有反應(yīng)④N2→NO必需加入氧化劑且通過一步反應(yīng)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(yīng)后，整個(gè)試管充溢水。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，依據(jù)4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3和4NO2＋O2＋