2019-2020学年高中化学 专题4 硫、氮和可持续发展 第2单元 第1课时 氮氧化物的产生及转化

专题四硫、氮和可持续发展第二单元生产生活中的含氮化合物第1课时氮氧化物的产生及转化1．了解N2的主要性质和用途。2．掌握NO、NO2的主要性质及对环境的影响与防治方法(重点)。01课前自主梳理02课堂合作探究03演练效果检测课时作业知识点一氮气1．氮元素的存在(1)大部分________态存在，如空气中的N2。(2)少部分________态，如铵盐、硝酸盐、蛋白质。2．N2的物理性质色态味水溶性_____气态无味__________以游离以化合无色难溶于水3.N2的化学性质(1)氧化性合成氨：N2＋3H2高温高压催化剂2NH3与Mg反应：3Mg＋N2=====点燃Mg3N2(2)还原性：N2＋O2=====放电2NO。[自我诊断]1．将游离态的氮转化为化合态的氮的过程称为氮的固定。下列起到氮的固定作用的化学反应是()A．N2与H2在一定条件下合成NH3B．NO与O2生成NO2C．NH3被O2氧化成NO和H2OD．由NH3制备化肥NH4HCO3答案：A知识点二氮氧化物1．NO和NO2(1)物理性质NONO2色态_____气体_____色气体气味___味________气味毒性有毒有毒(2)相互转化①NO→NO2：2NO＋O2===2NO2②NO2→NO：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO无色红棕无刺激性2．氮氧化物的来源及危害(1)来源：______的生产、______的冶炼和__________的排放。(2)危害：形成酸雨，产生_____________、破坏________。氮肥金属汽车尾气光化学烟雾臭氧层[自我诊断]2．下面哪个反应不是“雷雨肥田”的基本反应()A．N2＋O2=====放电2NOB．N2＋3H2高温、高压催化剂2NH3C．2NO＋O2===2NO2D．3NO2＋H2O===2HNO3＋NO解析：“雷雨肥田”的基本反应过程为N2――→O2NO――→O2NO2――→H2OHNO3――→矿物质硝酸盐(NO－3)。答案：B要点一氮氧化物溶于水的计算[典例1]充满NO2和O2混合气体10mL的试管，倒立在盛有水的水槽中，最后剩余1mL气体。问原混合气体中NO2和O2的体积各占多少？[解析]剩余气体有两种可能。Ⅰ.设剩余的1mL为O2，则参加反应的NO2和O2共9mL。因4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3即V(NO2)∶V(O2)＝4∶1，V(NO2)＝0.8×9mL＝7.2mLV′(O2)＝0.2×9mL＝1.8mL，V(O2)＝1.8mL＋1mL＝2.8mL。Ⅱ.设剩余的1mL气体为NO，则3NO2＋H2O===2HNO3＋NO31可知剩余NO2为3mL，则由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3知O2为(10－3)×15＝1.4mL，NO2为8.6mL。[答案]NO2为7.2mL、O2为2.8mL或NO2为8.6mL、O2为1.4mL氮氧化物溶于水的计算有以下几种情况(1)NO2或NO2与N2(非O2)的混合气体溶于水时可依据：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，利用气体体积差值进行计算。(2)NO2和O2的混合气体溶于水时，有4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。当体积比V(NO2)∶V(O2)＝4∶1，恰好完全反应4∶1，NO2过量，剩余气体为NO4∶1，O2过量，剩余气体为O2(3)NO和O2同时通入水中时，其反应是：2NO＋O2===2NO2，4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。总式为：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3当体积比V(NO)∶V(O2)＝4∶3，恰好完全反应4∶3，剩余NO4∶3，剩余O2(4)NO、NO2、O2三种混合气体通入水中，可先按(1)求出NO2与H2O反应生成的NO的体积，再加上原混合气体中的NO的体积即为NO的总体积，再按(3)方法进行计算。值得注意的是：4NO2＋O2和4NO＋3O2从组成上均相当于N2O5的组成。即(2)(3)二式的方法，也为上述问题的解法提供了新的思路。即利用混合气体中的N、O原子个数比进行分析判断：N∶O2∶5，剩余O2＝2∶5，完全反应2∶5，剩余NO1．将盛有12mLNO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2mL无色气体，则原混合气体中O2的体积是()A．1.2mLB．2.4mLC．3.6mLD．6mL解析：解题依据的化学反应原理为：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。设O2的体积为xmL，剩余的气体有两种可能：①若剩O2，则V剩＝x－14(12－x)＝2，得x＝4。②若剩NO，则V剩＝13[(12－x)－4x]＝2，得x＝1.2，A正确。答案：A要点二常见的环境问题[典例2]工业废气氮氧化物是主要的大气污染源之一。近年来发现许多生物体组织中存在少量NO，它有扩张血管、增强免疫、增强记忆的功能，成为当前生命科学的研究热点。(1)NO在大气层中可发生反应：NO＋O3―→NO2＋O2，NO2＋O―→NO＋O2，从反应过程中看，NO是一种________剂，从最终结果看NO是一种________剂。(2)若使NO转化为无毒气体，据氧化还原反应原理，可选用NH3消除NO对环境的污染，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。[解析](1)将两个反应相加得总反应为O3＋O===2O2。在反应过程中，NO在第一个反应中以反应物参与反应，又在第二个反应中以生成物出现，总反应中NO的质量及性质都没有改变，符合催化剂的定义，所以NO是催化剂。但是在第一个反应中，NO被氧化成NO2，做还原剂。(2)NH3中氮元素显－3价，具有还原性，NO中氮元素显＋2价，具有氧化性，从理论上说，二者能够发生氧化还原反应，发生化合价“归中”反应，都变成无毒的N2，NH3中的氢元素和NO中的氧元素结合成水。[答案](1)还原催化(2)4NH3＋6NO=====一定条件5N2＋6H2O环境污染污染源污染物防治措施酸雨煤、石油等化石燃料的燃烧，汽车尾气等工厂废气SO2、NOx开发利用新能源；化石燃料脱硫或固硫，废气用氨水、碱液吸收温室效应煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧CO2等温室气体减少化石燃料的使用、开发利用新能源；植树造林光化学烟雾汽车尾气、化肥厂、硝酸厂废气中的氮氧化物、碳氢化合物臭氧、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯等减少汽车尾气中有毒气体的排放；对工厂废气进行吸收处理臭氧层空洞使用含氟氯烃的冰箱、空调等氟氯烃、氮氧化物限制或停止氟氯烃的使用赤潮含一定量氮和磷等植物营养物质的生活污水、工业废水氮、磷等营养元素工业、生活用水处理后排放，限制使用含磷洗涤剂白色污染难降解塑料的丢弃废弃塑料减少使用和加强回收，使废塑料再利用、再循环，研制开发可降解塑料2．20世纪80年代后期，人们逐渐认识到NO在人体内起着多方面的重要作用。下列关于NO的说法不正确的是()A．NO是难溶于水的无色气体B．NO是造成光化学烟雾的因素之一C．NO是汽车尾气的有害气体之一D．NO分子所含电子总数为偶数解析：NO是难溶于水的无色气体，是造成光化学烟雾的因素之一，它主要来源于汽车尾气及硝酸工厂废气等。1个NO分子所含电子数为7＋8＝15，故选项D不正确。答案：D氮气的制备[典例]某化学研究小组通过网上查找资料发现，N2的制取有下列不同方案：a方案：加热条件下NH3还原CuO制得纯净的N2和活性铜粉b方案：加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2；c方案：将空气缓慢地通过灼热的铜粉制得较纯的N2：现实验室有供选择的如下几种仪器来制取N2(1)若按c方案制N2，用E装置将空气缓慢通入________(填“A”“B”或“C”)反应器，反应器内可观察到的现象是________，该反应的化学方程式为________________。(2)上述制取N2的三个方案中，a、c方案结合使用越来越受到人们的关注，这种方法与b方案相比，其优越性在于_____________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析](1)利用分液漏斗中的水将空气从烧瓶中排入A装置中，在加热条件下将Cu氧化，从而除去O2，这样可得到较纯净的氮气，O2＋Cu=====△2CuO。(2)在a、c的方案中可将Cu和CuO交替使用，进行循环使用，从而降低成本，而b方案中用到了有毒的NaNO2。[答案](1)A紫红色固体逐渐变黑O2＋2Cu=====△2CuO(2)CuO和Cu可循环利用，避免使用有毒物质NaNO2[随堂训练]1．关于氮气的性质的说法错误的是()A．通常状况下，氮气的化学性质不活泼B．氮气可在氧气中燃烧，生成NO气体C．通常状况下，氮气在水中的溶解度很小D．在一定条件下跟氢气化合时，氮气是氧化剂解析：本题考查了氮气的结构和性质及应用。通常状况下，氮气的化学性质不活泼，很难与其他物质发生反应；氮气不能在氧气中燃烧，但在放电条件下，氮气可与氧气直接化合生成NO气体；在通常情况下，氮气在水中的溶解度很小，1体积水只能溶解大约0.02体积的氮气；在一定条件下，氮气与氢气化合生成氨，反应过程中氮元素的化合价降低，氮气是氧化剂。答案：B2．德国科学家日前利用卫星数据和一种先进的仪器，绘制了一幅地球上空二氧化氮的分布图。从科学家绘制的二氧化氮分布图看，欧洲和北美洲的一些大城市上空二氧化氮密度很高。其原因是这些地区的()A．硝酸工业发达B．雷雨天气较多C．机动车辆过多D．燃料以煤为主解析：NO2的产生主要是A、B、C三种原因，结合题给信息欧洲与北美洲的经济比较发达，注重环保，可知答案是C。答案：C3．将盛有N2和NO2混合气体的试管(试管容积为VL)倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积变为aL。请回答下列问题：(1)写出该混合气体倒立于水中发生反应的化学方程式：________________________________________________________________________。(2)若a＝12V，则原混合气体中N2与NO2的体积之比为________。(3)向aL气体中缓缓通入O2至试管中刚好只有一种气体时，停止通入O2，则试管中最终剩余的气体为________________________________________________________，其体积为_______________________________________________________，该过程中总反应的化学方程式为___________________________________________________。解析：(2)由题意知：混合气体的总体积为VL，剩余体积为aL，设原混合气体中有bLNO2，生成xLNO。3NO2＋H2O===2HNO3＋NO31Bx则x＝b3，剩余气体为N2和NO的混合气体，N2体积为V－b，NO的体积为b3，剩余总体积为V－b＋b3＝a。即V－a＝23b，b＝32(V－a)，V－b＝V－32(V－a)＝V－32V＋32a＝12(3a－V)，即混合气体中N2的体积为3a－V2，NO2的体积为32(V－a)。若a＝12V，则N2的体积为14V，NO2的体积为34V，二者之比为14V∶34V＝1∶3。(3)试管中最终剩余的气体为N2，由(2)中解析知其体积为3a－V2L。该过程中总反应的化学方程式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。答案：(1)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO(2)1∶3(3)N23a－V2L4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3