1、高中化学 第四章 非金属及其化合物 第三节 硫和氮的氧化物第2课时氮气和氮的氧化物 大气污染学案 新人第二课时氮气和氮的氧化物大气污染课标要求1了解NO、NO2的性质。2了解SO2、NO2对大气质量的影响，特别是酸雨的成因、危害及防治措施。3能对NO、NO2、O2溶于水进行简单计算。1.一氧化氮是无色无味难溶于水的有毒气体，易与空气中的氧气反应生成二氧化氮，2NOO2=2NO2。2二氧化氮是红棕色有刺激性气味的有毒气体，溶于水生成HNO3和NO，化学方程式为3NO2H2O=2HNO3NO。3氮的氧化物溶于水总反应的化学方程式为4NO3O22H2O=4HNO3,4NO2O22H2O=4HNO3。
2、4pH5.6的降雨称为酸雨，酸雨分为硫酸型和硝酸型。前者由SO2引起，后者由NOx引起。1氮气(1)物理性质：无色、无味、难溶于水，密度与空气相近，约占空气体积的4/5。(2)化学性质通常情况下，较稳定，与其他物质不反应。放电或高温下，能与氧气反应生成NO。化学方程式为N2O22NO。2一氧化氮和二氧化氮(1)物理性质色、态气味密度水溶性毒性NO无色气体无味比空气略大难溶于水有毒NO2红棕色气体刺激性气味比空气大易溶于水有毒(2)化学性质常温下，NO不稳定，易与O2化合。化学方程式为2NOO2=2NO2。NO2溶于水时与水发生反应。化学方程式为3NO2H2O=2HNO3NO。特别提醒(1)实验
3、室里收集NO气体是用排水集气法而不能用排空气法。(2)检验NO气体的方法是向气体中通入O2(或空气)，气体由无色变为红棕色。将充满NO2、NO的试管分别倒置于水槽中，并通过导管通入少量的氧气。问题思考1图1试管中观察到的实验现象是什么？NO2与O2的体积满足怎样的比例，才能使NO2完全转化成HNO3?提示：红棕色气体逐渐变为无色，试管内液面上升，持续通入适量O2，试管内可充满水。当V(NO2)V(O2)41时，NO2完全转化成HNO3。2图2试管中观察到的实验现象是什么？NO与O2的体积满足怎样的比例，才能使NO完全转化成HNO3?提示：无色气体先变成红棕色，后逐渐变为无色，试管内液面上升，持
4、续通入适量O2，试管内可充满水。当V(NO)V(O2)43时，NO完全转化成HNO3。3工业制取硝酸工厂的尾气中含有NO、NO2，从减少污染物的排放及原料的充分利用角度考虑，如何才能消除硝酸工厂的尾气？提示：向尾气中通入过量的空气，再用足量的水吸收，即可将NO、NO2完全转化为HNO3。氮的氧化物溶于水的计算1相关反应原理3NO2H2O=2HNO3NO 2NOO2=2NO2 由方程式2得：4NO2O22H2O=4HNO3 由方程式23得：4NO3O22H2O=4HNO3 2氮的氧化物溶于水的三种类型(1)NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应：剩余气体为NO。(2)NO2和O2的混合气体：N
5、O2和O2的混合气体溶于水时涉及反应：x0x反应情况O2过量，剩余气体为O2恰好完全反应，无气体剩余NO2过量又发生反应，只剩余NO(3)NO和O2的混合气体：NO、O2的混合气体溶于水时涉及反应：x0x反应情况O2过量，剩余O2恰好完全反应，无气体剩余NO过量，剩余NO1.如图所示，试管中盛装的是红棕色气体，当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水柱继续上升，经过多次重复后，试管内完全被水充满，对原试管中盛装气体的说法正确的是()可能是N2与NO2的混合气体可能是NO2气体可能是NO与NO2的混合气体只可能是NO2一种气体A BC D
6、解析：选B是红棕色气体，那么一定有二氧化氮的存在，与水反应后生成一氧化氮，所以没有充满试管，继续通入氧气，最终充满试管，则肯定错误；如果有少量的氧气，大量的二氧化氮时可以成立；中通入足量的氧气，NO也可以全部被吸收。2将V mL NO和NO2的混合气通过水吸收后，得到a mL无色气体A，将此无色气体A与等体积O2混合，再通过水充分吸收后，收集到5 mL无色气体B。试回答：(1)A气体是_，B气体是_。(2)A气体的体积是_。解析：(1)NO2溶于水生成NO，故A为NO，NO与O2通入水中发生反应4NO3O22H2O=4HNO3，二者等体积时，O2过量，故B为O2；(2)4NO3O22H2O=4
7、HNO34 3 a mL mL依题意：a5，a20。答案：(1)NOO2(2)20 mL1SO2和NO2的主要来源、危害和防治2酸雨3常见的环境污染环境污染形成原因主要危害酸雨SO2和氮氧化物的排放土壤酸化，腐蚀建筑物光化学烟雾氮氧化物和碳氢化合物的排放危害人体健康和植物生长环境污染形成原因主要危害臭氧空洞氮氧化物和氟氯代烃的排放地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧赤潮和水华含氮、磷等营养成分的生活污水和工、农业废水的任意排放使藻类过度繁殖，水质恶化，发生在海水中为赤潮，淡水中为水华白色污染聚乙烯塑料的大量使用，任意丢弃破坏土壤结构和生态环境特别提醒汽车尾气的主要成分是氮氧化物(主要是汽缸中的电
8、火花和高温使鼓入的空气中的N2、O2化合所致)，还含有CO，改进技术，使之在催化剂的作用下转化为无毒的N2和CO2：2NO2CON22CO2。1环保部门每天通过新闻媒体向社会发布以污染物浓度为标准确定空气质量的信息。在下列各种物质中不属于空气质量指标的是()A二氧化碳 B氮氧化物C二氧化硫 D悬浮颗粒解析：选A属于大气污染物的是二氧化硫、氮氧化物、悬浮颗粒，CO2是空气成分之一，含量变化只能引起“温室效应”，对空气质量影响不大。2环境污染问题越来越受到人们的关注，造成环境污染的主要原因大多是由于人类生产活动中过度排放有关物质引起的。下列环境问题与所对应的物质不相关的是()A温室效应CO2B臭氧
9、层破坏COC酸雨SO2D光化学污染NOx解析：选BA项，二氧化碳可以造成温室效应，不合题意；B项，臭氧层破坏是因为氟利昂，不是一氧化碳，选B；C项，硫的氧化物和氮的氧化物形成酸雨，不合题意；D项，氮的氧化物可以形成光化学污染，不合题意。三级训练节节过关1以下非金属氧化物与其引起的环境问题及主要来源对应正确的是()选项氧化物环境问题主要来源ACO2酸雨化石燃料的燃烧BSO2光化学烟雾汽车尾气的排放CNO2温室效应工厂废气的排放DCOCO中毒燃料的不完全燃烧解析：选DA项，二氧化碳是造成温室效应的气体，造成酸雨的气体是二氧化硫及氮氧化物，错误；B项，氮的氧化物是造成光化学烟雾的气体，错误；C项，二
10、氧化碳是造成温室效应的气体，错误；D项，CO有毒，主要来自燃料的不完全燃烧，正确。2在NO2被水吸收的反应中，发生还原反应的物质和发生氧化反应的物质的质量比为()A31 B13C12 D21解析：选C3NO2H2O=2HNO3NO,3 mol NO2中，有2 mol氮原子的价态升高，1 mol氮原子的价态降低，所以发生还原反应的NO2与发生氧化反应的NO2的质量比为12。3下列物质的转化必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是()N2NO2NO2NONO2HNO3N2NON2NH3A BC D解析：选C该题有两个要求：(1)必须加入氧化剂；(2)通过一步反应就能完成。反应、从化合价角度来看都是
11、升高，但反应N2NO2不能通过一步反应完成；而反应NO2HNO3虽然氮的化合价升高，但不加氧化剂也能完成，如3NO2H2O=2HNO3NO，在该反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂；只有反应N2NO必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成。4将10 mL NO和NO2的混合气体通入装满水倒立在水槽中的量筒内，一段时间后，最后剩余4 mL气体，原混合气体中含NO体积为()A1 mL B3 mLC5 mL D7 mL解析：选A若NO2体积为x，则NO体积为(10x)，二氧化氮气体与水反应的化学方程式为3NO2H2O=2HNO3NO，由此可知， x(10x)4，x9(mL)，10x1(mL)。5目前，汽车
12、尾气已成为许多大城市空气的主要污染。汽车尾气中含有CO、NO等多种污染物。(1)汽车燃料中一般不含氮，尾气中所含的NO产生的原因是_，化学方程式为_。(2)治理汽车尾气中NO和CO的一种方法是：在汽车的排气管上装上一个催化转化装置，使NO和CO反应，生成CO2和N2。反应的化学方程式为_。(3)下列措施中，能减少或控制汽车尾气污染有效且可行的是_。制定严格的尾气排放标准，并严格执行。开发清洁能源，如氢能汽车、太阳能汽车等。市民出行戴防毒面具。市民大量移居城市郊区。解析：(1)空气中的N2和O2在电火花作用下和内燃机燃烧产生的高温条件下反应产生NO，化学方程式为N2O22NO。(2)NO和CO反
13、应生成CO2和N2，化学方程式为2NO2CO2CO2N2。(3)有利于减少污染；有利于减少污染；不现实，是污染后再防护的做法，不可取；不现实，大量移居成本较高，不可取。答案：(1)空气中的N2和O2在电火花作用下和内燃机燃烧产生的高温条件下反应产生NON2O22NO(2)2NO2CON22CO2(3)1NO对于心脑血管系统功能的改善具有重要作用。下列关于NO的描述不正确的是()A难溶于水B可由氮气和氧气在放电条件下反应生成C常温下能与氧气化合D红棕色气体解析：选DNO为无色难溶于水的气体，D项错误。2我国酸雨形成的主要原因是()A汽车排出的大量尾气B自然界中硫化物的分解C工业上大量燃烧含硫的燃
14、料D制硝酸厂排出的大量尾气解析：选CA项，汽车排出的大量尾气中含有NO、NO2，会导致酸雨，但不是主要原因，错误；B项，自然界中硫化物的分解产生SO2很少，不足以形成酸雨，错误；C项，工业上大量燃烧含硫的燃料，会产生大量SO2，该气体溶于水形成亚硫酸，亚硫酸再与空气中的氧气发生反应形成硫酸，导致酸雨，是形成酸雨的主要因素，正确；D项，制硝酸厂排出的大量尾气中含有NO、NO2，会导致酸雨，但氮的氧化物主要是形成光化学烟雾，错误。3将盛有N2和NO2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积缩小为原来的一半，则原混合气体中N2和NO2的体积比是()A11 B12C13 D31解
15、析：选C设NO2的体积为x，N2的体积为(1x)，由题意结合化学方程式3NO2H2O=2HNO3NO，可得x(1x)，x，1x，N2和NO2的体积比为13。4一定条件下，将等体积的NO2和O2的混合气体置于试管并将该试管倒置于水槽中至液面不再上升时，剩余气体的体积约为原体积的()A BC D解析：选D根据4NO2O22H2O=4HNO3可知，O2过量。设NO2和O2的体积各1 L，则1 L NO2消耗O2 L，剩余O2 L，所以。5关于二氧化硫和二氧化氮叙述正确的是()A两种气体都是无色有毒的气体，且都可用水吸收以消除对空气的污染B二氧化硫与过量的二氧化氮混合后通入水中能得到两种常用的强酸C两
16、种气体都具有强氧化性，因此都能够使品红溶液褪色D两种气体溶于水都可以与水反应，且只生成相应的酸解析：选BA中二氧化氮为红棕色气体；B中二氧化氮跟水反应，生成了硝酸，硝酸氧化亚硫酸生成硫酸，能得到两种常用的强酸；C中二氧化硫的漂白原理不是利用强氧化性，二氧化硫也不具有强氧化性；D中二氧化氮跟水反应，还生成了一氧化氮，故选项B符合题意。6将盛有12 mL NO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2 mL无色气体，则原混合气体中O2的体积和剩余的2 mL气体分别是()A1.2 mL，NO B2.4 mL，O2C3.5 mL，O2 D4 mL，NO解析：选A解题依据的化学反应原理为
17、4NO2O22H2O=4HNO33NO2H2O=2HNO3NO设O2的体积为x。剩余的气体有两种可能：若剩O2，则V剩x(12 mLx)2 mL，解得x4 mL，选项B、C不正确。若剩NO，则V剩(12 mLx)4x2 mL，解得x1.2 mL，选项D不正确。7某混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种。现将此无色透明的混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，把剩余气体排入空气中，很快变为红棕色。对于原混合气体成分的判断中正确的是()A肯定有SO2和NO B肯定没有Cl2、O2和NOC可能有Cl2和O2 D肯定只有NO解析：选A由题意可知，混合气体无色，故无Cl2(黄绿
18、色)、NO2(红棕色)；能使品红溶液褪色，说明有SO2；剩余气体排入空气中，很快变为红棕色，说明产生了NO2，进而说明原混合气体中有NO，故无O2。8工业废气中氮氧化物是主要污染物，为了治理污染，常通入NH3，发生反应NOxNH3N2H2O来治理污染。现有NO、NO2的混合气体3 L，用同温同压下3.5 L NH3使其恰好完全转化为N2，则混合气体中NO、NO2的物质的量之比为()A11 B13C21 D14解析：选B在相同条件下体积比等于物质的量之比，设混合气体中NO、NO2的物质的量分别是x mol和y mol，则xy3。根据得失电子守恒可知2x4y3.53，解得x0.75、y2.25，因
19、此混合气体中NO、NO2的物质的量之比为13。9以下是氮循环的一部分：(1)通常状况下，NO2的颜色是_。(2)反应的化学方程式是_。(3)NO2易溶于水，并和水发生化学反应。该反应中，氧化剂是_。(4)化合物A的化学式是_。(5)治理汽车尾气的一种方法是用催化剂使NO与CO发生反应：2NO2CO2CO2N2。当生成2 mol N2时，被还原的NO为_ mol。解析：(1)NO2的颜色是红棕色。(2)反应是N2和O2在放电条件的反应，化学方程式是N2O22NO。(3)NO2易溶于水，发生的反应是3NO2H2O=2HNO3NO。该反应中NO2的氮元素化合价既有降低又有升高，NO2既是氧化剂又是还
20、原剂。(4)由3NO2H2O=2HNO3NO知A的化学式是HNO3。(5)从2NO2CO2CO2N2看出NO和N2的比为21，则生成2 mol N2时反应的NO为4 mol。答案：(1)红棕色(2)N2O22NO(3)NO2(4)HNO3(5)410为了探究三种气态氧化物(SO2、NO2、CO2)的性质，某同学设计了一组实验：用三只集气瓶收集满二氧化硫、二氧化氮气体，然后将其倒置在水槽中。分别缓慢通入适量O2或Cl2，如图A、B、C所示。一段时间后，A、B装置的集气瓶中充满溶液，C装置的集气瓶中还有气体剩余。(假设瓶内液体不扩散)：写出装置B中反应的离子方程式：_。假设该实验条件下，气体摩尔体
21、积为a Lmol1。则装置A的集气瓶中所得溶液溶质的物质的量浓度为_。通入氧气前在C装置的水槽里滴加几滴紫色石蕊溶液，观察到的现象是_，通入氧气后，可能观察到的实验现象是_，写出反应的总化学方程式：_。解析：NO2和O2，SO2和Cl2按一定比例可完全溶解于水中形成溶液4NO2O22H2O=4HNO3，SO2Cl22H2O=2HClH2SO4，而SO2溶于水只有部分SO2与水反应SO2H2O H2SO3，很少量的H2SO3消耗很少量的O2,2H2SO3O2=2H2SO4。设充满NO2的集气瓶容积为V L，n(NO2)mol，倒置于水槽中通入O2形成mol HNO3，溶液体积也为V L，故集气瓶
22、中HNO3浓度为：c(HNO3)molL1。H2SO3是中强酸，且浓度很小时酸性很弱，滴加紫色石蕊溶液显浅红色，通入氧气后，H2SO3被氧化为H2SO4，酸性增强，石蕊溶液所显红色变深。总反应为2SO2O22H2O=2H2SO4。答案：Cl2SO22H2O=4H2ClSOmolL1溶液呈浅红色溶液红色加深2SO2O22H2O=2H2SO41大气污染是环境污染的一个重要方面，常见的大气污染分一次污染和二次污染，二次污染是排入环境中的一次污染物在物理化学因素或生物作用下发生变化，或与环境中其他物质发生反应生成新的污染物，如2NOO2=2NO2就是二次污染，由NO2导致的污染就是NO的二次污染。下列
23、物质：SO2NONO2HClCO2，不易导致二次污染的是()A BC和 D只有解析：选CHCl和CO2性质稳定，不易再发生反应导致二次污染。2不能实现下列物质间直接转化的元素是()A碳 B氮C硫 D铝解析：选DA项，碳可以先生成一氧化碳，后生成二氧化碳，后和水反应生成酸，正确；B项，氮气和氧气反应生成一氧化氮，后生成二氧化氮，和水反应时生成硝酸，正确；C项，硫和氧气反应生成二氧化硫，再和氧气反应生成三氧化硫，再和水反应生成硫酸，正确；D项，铝的氧化物只有氧化铝，错误。3.按如图进行实验，试管内装有12 mL NO，然后间歇而缓慢地通入8 mL O2，下面有关实验最终状态的描述正确的是()A试管
24、内气体呈红棕色B试管内气体为无色的NOC试管内气体为无色的O2D试管内充满了液体解析：选B据题意在装有NO的试管内通入O2时依次发生反应2NOO2=2NO2,3NO2H2O=2HNO3NO，二者相加得总反应为4NO3O22H2O=4HNO3，由于，即NO过量，试管内剩余气体为无色的NO，液体未充满试管。4盛有O2和NO2的混合气体的量筒倒立在盛有水的水槽中，过一段时间后，量筒内的气体体积减小为原来的一半。则原混合气体中O2和NO2的体积比是()A31 B32C21 D12解析：选B设NO2体积为x，O2体积为(1x)，若剩余气体为O2，由4NO2O22H2O=4HNO3知，1xx，x，1x，两
25、者体积之比为32；若剩余气体为NO，由3NO2H2O=2HNO3NO知NO2为原来总体积的1.5倍，这种情况不存在。5在标准状况下，将O2和NO2按14的体积比充满干燥的烧瓶，把烧瓶倒置于水中，瓶内液体逐渐上升，假设烧瓶内溶液不扩散，最终烧瓶内溶液溶质的物质的量浓度为()A molL1 B molL1C molL1 D molL1解析：选C根据化学方程式4NO2O22H2O=4HNO3，设烧瓶的容积为V L，则NO2的体积为V L。又因NO2与O2的体积比为41，所以最终液体充满烧瓶，溶液的体积为V L。NO2的物质的量为V L/22.4 Lmol1，HNO3的物质的量也为V L/22.4 L
26、mol1，烧瓶内HNO3的物质的量浓度为c(HNO3)molL1。6在标准状况下，将22.4 L NO2通入过量的NaHCO3溶液中，再使逸出的气体通过装有足量Na2O2颗粒的干燥管，最后收集到的气体是()AO2 BCO2和O2CNO2和O2 DNO解析：选Cn(NO2)1 mol，由3NO2H2O=2HNO3NO知，则反应产生硝酸mol，产生NO mol，HNO3与溶液中的NaHCO3发生反应产生CO2，n(CO2)mol，再使逸出的气体通过装有足量Na2O2颗粒的干燥管，发生反应：2Na2O22CO2=2Na2CO3O2，根据反应物与生成物的物质的量关系可得n(O2)mol，水蒸气也和Na2O2反应产生氧气，所以氧气大于mol，NO与O2发生反应：2NOO2=2NO2。由于二者反应时物质的量之比是21，而实际n(NO)mol，n(O2) mol，所以氧气过量，反应后气体为过量的氧气与反应产生的NO2的混合气体。7某氮的氧化物是大气污染物之一，在一定温度和有催化剂存在下，该氧化物与氨气(NH3)反应只生成氮气和水，若生成的氮气和水的物质的量之比为56，该氧化物的化学式为(
