第二單元生產(chǎn)生活中的含氮化合物第1課時氮氧化物的產(chǎn)生與轉化一、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。化學方程式為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、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為汽車安裝尾氣轉化裝置，將汽車尾氣中的一氧化碳和一氧化氮轉化為二氧化碳和氮氣。(2)對生產(chǎn)化肥、硝酸的工廠排放的廢氣進行處理。探究點一氮的氧化物溶于水的有關計算問題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(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(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。(6)電子守恒法。當NO2或NO轉化為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溶液混合無明顯現(xiàn)象，而Br2與AgNO3反應生成淺黃色的AgBr沉淀。可根據(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？答案：混合氣體中含NO2為21mL，NO為9mL。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)無關的是()A．閃電 B．光化學煙霧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；光化學煙霧、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。【答案】A環(huán)保意識是重要的公民意識。下列氣體不屬于空氣質(zhì)量日報監(jiān)測項目的是(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，大氣中產(chǎn)生了NOB．豆科植物的根瘤菌把空氣中的氮氣轉化為硝酸鹽等含氮化合物C．N2和H2在一定條件下反應生成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；氮氣中的氮是游離態(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、D項錯誤，常溫常壓下，NO容易與氧氣直接化合生成NO2，所以B項錯誤；NO和CO分子中均含一個O原子，因此當氧元素質(zhì)量相等時，兩者的物質(zhì)的量也一定相等，所以C項正確。3．大氣污染已成為人類社會威脅。下列氣體不會造成大氣污染的是(A)A．N2 B．Cl2C．SO2 D．NO2解析：N2為空氣的主要成分，無毒，不會造成空氣污染，故A正確；Cl2、SO2、NO2均有毒，排放到空氣中均會造成空氣污染。4．下列對于二氧化氮的說法正確的是(D)A．NO2能與水反應生成硝酸，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反應除生成HNO3外還生成NO，故NO2不是酸性氧化物，A項錯誤；除去O2中混有的NO2，將混合氣體通入水中，NO2溶解的同時又生成新的雜質(zhì)NO且NO又能與O2反應，B項錯誤；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項錯誤。5．汽車尾氣處理裝置中可發(fā)生反應：4CO＋2NO2eq\o(=,\s\up17(催化劑),\s\do15(△))4CO2＋N2，下列對該反應的說法正確的是(C)A．NO2被氧化B．CO是氧化劑C．每生成28gN2，轉移8mole－D．該條件下，還原性CO<N2解析：N元素化合價由＋4價降低到0價，NO2被還原，A項錯誤；C元素化合價由＋2價升高到＋4價，CO失電子，作還原劑，B項錯誤；每反應1molNO2，轉移4mol電子，每生成1molN2，消耗2molNO2，則轉移8mol電子，C項正確；在該反應中，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項錯誤。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，已開發(fā)出多種化學治理其污染的方法。(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)生一系列光化學煙霧的循環(huán)反應，從而不斷產(chǎn)生O3，加重空氣污染。反應過程為：①2NO2→2NO＋2O，②2NO＋O2→2NO2，③O＋O2→O3。下列關于該反應過程及生成物的敘述正確的是AD(填序號)。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。(3)汽車尾氣中的CO、NOx可在適宜溫度下采用催化轉化法處理，使它們相互反應生成參與大氣循環(huán)的無毒氣體。寫出NO被CO還原的化學方程式：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，生成兩種鈉鹽，其物質(zhì)的量之比為11，該反應的離子方程式為2NO2＋2OH－=NOeq\o\al(－,3)＋NOeq\o\al(－,2)＋H2O；1molNO2被完全吸收時，轉移電子的物質(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①中NO2作氧化劑