高中化学全程学习方略课件：4.2.1氮氧化物的产生及转化

欢迎进入化学课堂 例1 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 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 O 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 规范解答 1 将两个反应相加得总反应为 2O3 3O2 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 作还原剂 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 6NO5N2 6H2O 一定条件 变式训练 某氮的氧化物和一氧化碳在催化剂的作用下充分反应 生成氮气和二氧化碳 若测得氮气和二氧化碳的物质的量之比为1 2 则该氮的氧化物是 A N2OB NOC NO2D N2O5 解析 选B 假设该氮的氧化物化学式为NxOy 则反应的化学方程式 未配平 为 NxOy CON2 CO2 因为n N2 n CO2 1 2 所以有 NxOy 2CO1N2 2CO2 根据N元素守恒 有x 2 根据O元素守恒 有y 2 2 2 得y 2 其化学式为 N2O2 其最简形式为NO 催化剂 催化剂 例2 双选 在标准状况下 容积为10mL的试管 充满NO2和O2的混合气体 倒立于水槽中 若最后剩余2mL气体 则原混合气体中 O2的体积可能为A 0 8mLB 9 2mLC 3 6mLD 1 6mL 思路点拨 解答本题要注意以下三点 自主解答 选A C 发生的反应为4NO2 O2 2H2O 4HNO3 若NO2剩余 继续发生反应3NO2 H2O 2HNO3 NO 1 若剩余气体是O2 则NO2完全反应 参加反应的NO2和O2的体积为 V反应 10mL 2mL 8mL 所以反应的NO2的体积为 V NO2 反应 V反应 8mL 6 4mL 反应的O2的体积为 V O2 反应 V反应 8mL 1 6mL V O2 V O2 反应 V O2 剩余 1 6mL 2mL 3 6mL 2 若剩余气体是NO 则O2完全反应 剩余气体NO是由剩余的NO2和水反应得到的 根据反应3NO2 H2O 2HNO3 NO 当剩余2mLNO时 实际上剩余6mLNO2 NO2和O2反应的总的体积为 V反应 10mL 6mL 4mL 所以与O2反应的NO2的体积为 V NO2 反应 V反应 4mL 3 2mL 反应的O2的体积为 V O2 反应 V反应 4mL 0 8mL V NO2 V NO2 反应 V NO2 剩余 3 2mL 6mL 9 2mL 互动探究 在上题中若假设反应后溶质不扩散 全部留在试管中 当剩余气体为O2时所得溶液的物质的量浓度为多少 提示 若剩余气体是O2 此时 V NO2 6 4mL 减少的气体体积为8mL n HNO3 c HNO3 0 036mol L 变式训练 在一定条件下 将等体积NO和O2混合气体置于试管中 并将试管倒立于水槽中 充分反应后 剩余气体的体积约为混合气体体积的 A 1 4B 3 4C 1 8D 3 8 解析 选C NO和O2混合气体溶于水发生的反应为 4NO 3O2 2H2O 4HNO3 假设反应前NO和O2的体积都是4L 则4LNO完全反应 4LO2中只有3L参加反应 有1L剩余 所以剩余气体的体积约为混合气体体积的1 8 1 下列用途中 应用了氮气性质的不活泼性的是 A 金属焊接时用作保护气B 工业合成氨气的原料气C 工业制硝酸的原料之一D 医疗上用液氮作冷冻剂 解析 选A 氮气的化学性质不活泼 常温下很难与其他物质发生反应 焊接金属时 充入氮气 可以隔绝空气 防止金属被空气中的氧气氧化 利用了氮气的不活泼性 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 二氧化碳B 光化学污染 二氧化氮C 酸雨 二氧化碳D 臭氧层破坏 氟氯烃 解析 选C 酸雨主要是大气中的SO2和NOx等酸性气体增多形成的 3 实验室收集NO NO2两种气体 A 均可用排水法B NO用向上排空气法 NO2用排水法C 均可用向上排空气法D NO用排水法 NO2用向上排空气法 解析 选D NO极易和空气中的氧气反应 所以不能用排空气法收集 它难溶于水 可以用排水法收集 NO2易溶于水而且能够和水反应 所以不能用排水法收集 它的密度比空气的大 所以可以用向上排空气法收集 4 下面哪个反应不是 雷雨肥田 的基本反应 A N2 O22NOB N2 3H22NH3C 2NO O2 2NO2D 3NO2 H2O 2HNO3 NO 解析 选B 雷雨肥田 的基本反应过程为 5 2010 常州高一检测 通常情况下 氮气很不活泼 其原因是N2分子内部具有N N结构 结合力很大 不容易被破坏 1 在一定条件下氮气也可以与其他物质反应 有两种气体 一种能够氧化N2 一种能够还原N2 请分别写出这两个反应的化学方程式 氧化N2 还原N2 2 Mg可以在N2中燃烧生成氮化镁 写出该反应的化学方程式 在该反应中N2表现 性 3 已知氮化镁可以与水反应生成氢氧化镁和氨气 写出该反应的化学反应方程式 解析 本题主要考查了根据条件写化学方程式的能力 氧化N2的反应中 氮元素的化合价升高 还原N2的反应中 氮元素的化合价降低 答案 1 N2 O22NO N2 3H22NH3 2 3Mg N2Mg3N2氧化 3 Mg3N2 6H2O 3Mg OH 2 2NH3 A组 30分钟50分 一 选择题 本题共4小题 每小题6分 共24分 1 实验室可以用浓硝酸和铜反应制取NO2气体 下列装置中间的试管收集的气体中空气的含量最少的是 解析 选C NO2的密度比空气的大 所以可以用向上排空气法收集 用向上排空气法收集气体时 要注意 长进短出 这样密度比空气大的气体在底部容易大量聚集 空气容易从上面的短导气管排出 收集到的气体中含空气少 纯度高 2 在一定温度和压强下 将装有NO和NO2混合气体的试管倒立在水中 经充分反应后 试管内气体的体积变为原来的4 5 则原混合气体中NO与NO2气体的体积比是 A 3 5B 5 3C 3 7D 7 3 解析 选D 假设原混合气体的体积为5L 则充分反应后 剩余气体的体积为4L 体积减少了1L 根据3NO2 H2O 2HNO3 NO V 2 所以V NO2 V 3 2 V NO2 V 1L 1 5L V NO 5L 1 5L 3 5L V NO V NO2 3 5L 1 5L 7 3 3 2010 咸阳高一检测 某无色混合气体 依次通过浓硫酸和过氧化钠时 气体体积不断减少 最后气体变成红棕色 该混合气体的组成是 A N2 NO NH3B NH3 CO2 N2C NH3 CO2 NOD NH3 N2 NO2 解析 选C NO2是红棕色气体 排除D选项 混合气体通过浓硫酸时 气体体积减少 说明气体中含有NH3 最后气体变成红棕色 说明有NO2生成 即原气体中有NO 而NO必须在O2作用下才能生成NO2 说明通过过氧化钠后产生O2 即原气体中有CO2或水蒸气 4 工业废气中的氮氧化物是主要污染源 为了治理污染 工业上常通入NH3 发生NOx NH3 N2 H2O反应来治理污染 现有NO NO2混合气体3L 用同温同压下3 5LNH3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 不考虑NO2的聚合 A 1 1B 2 1C 1 3D 1 4 解析 选C 设废气中NO和NO2的体积分别为x y 则有x y 3L 根据题给信息 写出NO NO2分别与NH3反应的化学方程式 6NO 4NH3 5N2 6H2Ox6NO2 8NH3 7N2 12H2Oy 3 5L求解方程组得 x 0 75L y 2 25L x y 1 3 二 非选择题 本题共2小题 共26分 5 14分 雷利是英国物理学家和化学家 他曾用以下两种方法测定氮气的密度 方法一 将除去水蒸气和二氧化碳的空气通过烧红的装有铜屑的玻璃管 充分反应 将空气中的氧气全部除去 测得氮气的密度为1 2572g L 方法二 将氨气通过灼热的装有氧化铜的玻璃管 生成铜 氮气和水蒸气 除去水蒸气及剩余的氨气后 测得氮气的密度为1 2508g L 若两次测定的状况相同 请回答 1 方法一中除去氧气反应的化学方程式 方法二中发生反应的化学方程式 2 方法一中为除去空气中的水蒸气和二氧化碳 可供选择的装置如下图所示 不可重复使用 如果气流流向自左向右 在你选择的装置中 各导管口的连接顺序是 用图中相应的字母A B C 表示 所选择装置中盛放的物质按先后顺序分别为 3 两种方法所测得的氮气密度数值不同 你认为测定较为准确的方法是 填 方法一 或 方法二 理由是 解析 利用氨气得到的氮气为纯净的氮气 空气中除了含有氮气 氧气 二氧化碳和水蒸气外 还含有稀有气体 利用空气得到的氮气中还含有稀有气体等 所以其密度与纯净氮气的密度不同 答案 1 2Cu O22CuO2NH3 3CuO3Cu 3H2O N2 2 GHBA或BAGH氢氧化钠溶液浓硫酸 3 方法二方法一是从空气混合物中除去氧气 二氧化碳和水蒸气后 把剩余气体当作氮气来测定密度的 这样得到的氮气不纯 还含有其他气体 如稀有气体等 有误差 所以根据方法二来进行实验测定氮气的密度 6 12分 氮及其化合物与我们的生活息息相关 1 氮肥是三大肥料之一 在氮肥的生产过程中 氨的合成是极其重要的一个反应 工业上合成氨的化学方程式是 2 汽车尾气中的NO是造成大气污染的物质之一 用化学方程式表示NO形成酸雨的过程 在汽车尾气排放管中安装一个催化转化器 可将尾气中另一种有害气体CO跟NO反应转化为CO2与N2 该反应的化学反应方程式为 3 含氮废水进入水体而对环境造成的污染越来越严重 某课外兴趣小组用金属铝将NO3 转化为N2 从而消除污染 该反应的离子方程式 6NO3 10Al 18H2O 3N2 10Al OH 3 6OH 上述反应中 还原剂是 被还原的元素是 每生成2molN2 将有 mol电子发生转移 解析 本题考查了有关氮元素的一些基本的反应以及根据条件写方程式 判断各物质在氧化还原反应中的作用及电子的转移 属于基础知识的简单迁移和应用 答案 1 N2 3H22NH3 2 2NO O2 2NO2 3NO2 H2O 2HNO3 NO2CO 2NO2CO2 N2 3 AlN20 B组1 已知硝酸镉受热分解的化学方程式为 2Cd NO3 24NO2 O2 2CdO 某学生将少量硝酸镉固体放入试管中加热使之分解后 将带有火星的木条插入试管中 木条复燃 下列说法不正确的是 A 木条复燃只是由于反应中生成了氧气B NO2能支持燃烧C 木条复燃是反应中生成的O2和NO2与木条共同作用的结果D 将生成的混合气体收集在试管中并倒置在水中 结果水充满试管 解析 选A 由化学方程式可知生成的气体中NO2和O2的体积比为4 1 即混合气体中O2的百分含量与空气相同 而空气不能使带火星的木条复燃 可见使带有火星的木条复燃也有NO2的原因 又由总反应方程式4NO2 O2 2H2O 4HNO3 可知选项D正确 2 所有氮的氧化物都能和灼热的铁粉按下列方程式发生反应 4NxOy 3yFe yFe3O4 2xN2 将2molNxOy通过500g灼热的铁粉完全反应后 生成1molN2和1molFe3O4则使用的氮的氧化物是 A N2OB NOC NO2D N2O3 解析 选C 在化学反应中 化学计量数之比等于物质的量变化之比 有4 y 2x 2 1 1 得x 1 y 2 所以该氧化物的化学式为NO2 随着人类社会的发展 氮氧化物 NOx 已成为大气中的主要气态污染物之一 1 超音速飞机排放的尾气是平流层中NOx的主要来源 它们破坏臭氧层的机理为 O3O2 O NO O3 NO2 O2 NO2 O NO O2上述反应的总反应式为 其中 是催化剂 光照 2 汽车尾气中含有NOx CO和碳氢化合物等 汽车尾气净化装置里装有含Pd等过渡元素的催化剂 气体在催化剂表面吸附与解吸作用的机理如图所示 尾气净化装置中发生的总反应化学方程式为 测定汽车尾气中NOx的方法之一是用3 的H2O2溶液吸收尾气中的NOx生成HNO3 再用NaOH标准溶液滴定HNO3 若要测定标准状况下尾气中NOx的体积分数 所需的数据有 选填序号 A 所测尾气的总体积B 两种氮氧化物的体积比C NaOH标准溶液的物质的量浓度D 所消耗NaOH标准溶液的体积E 从滴定开始到指示剂变色所需的时间 解析 1 将三个反应相加得总反应式为 2O3 3O2 在反应过程中 NO在反应 中以反应物参与反应 又在反应 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 2 由图可知 气体在催化剂表面吸附反应为 2NO O2 2NO2 解吸作用的反应为 4CO 2NO2N2 4CO2 总反应为 2NO 4CO O2N2 4CO2 要测定标准状况下尾气中NOx的体积分数 则必须知道所测尾气的总体积和尾气中NOx的体积 通过消耗的NaOH标准溶液的物质的量可以求出NOx反应生成的硝酸的物质的量 进而求出NOx的物质的量和体积 所以必须知道NaOH标准溶液的物质的量浓度和所消耗NaOH标准溶液的体积 催化剂 答案 1 2O3 3O2NO 2 2NO 4CO O2N2 4CO2 A C D 1 2007年诺贝尔化学奖授予德国化学家GerhardErtl 以表彰他在固体表面化学研究过程中的重大发现 使CO NOx等在铂表面发生化学反应转变成无毒气体 以减少汽车尾气中有毒气体的排放 正是此项研究的重要应用之一 下列有关说法不正确的是 A CO在铂表面被氧化生成CO2 铂起催化作用B 汽车尾气中NOx在铂表面发生反应的产物是N2C CO在铂表面可能和O2 NOx反应D NOx CO CO2均能与人体中的血红蛋白结合 解析 选D 我们学过的气体中只有NO和CO能与人体中的血红蛋白结合 使血液失去携氧功能而引起人体组织缺氧 从而造成人体中毒 2 氮气与其他单质化合一般需要高温 有时还需高压等条件 但金属锂在常温 常压下就能与氮气化合生成氮化锂 这是因为 此反应可能是吸热反应 此反应可能是放热反应 此反应可能是氮分子不必先分解成为原子 此反应前可能氮分子先分解成为原子 A B C D 解析 选C 氮分子中存在N N键 键能很大 非常牢固 通常情况下N N键很难断裂成为氮原子与其他物质反应 如果氮分子能与这种物质容易反应 只可能是氮分子不必先分解为氮原子这种情况 另外化学反应中放热反应一般比较容易发生 综上所述正确选项应为C 3 在N2O NO NO2 N2O3 N2O5五种化合物中 同质量氮元素结合氧元素的质量比为 A 1 2 3 4 5B 2 1 1 2 2C 1 1 4 3 5D 1 2 4 3 5 解析 选D 题中需求同质量氮元素结合氧元素的质量比 可把氮统一为 N2 Ox 将五种化合物的化学式等效变换为 N2O N2O2 N2O4 N2O3 N2O5 不言而喻应选择D 4 为了避免NO NO2 N2O4对大气的污染 常采用氢氧化钠溶液进行吸收处理 反应方程式 3NO2 2NaOH 2NaNO3 NO H2O NO2 NO 2NaOH 2NaNO2 H2O 现有由amolNO bmolNO2 cmolN2O4组成的混合气体恰好被VL氢氧化钠溶液吸收 无气体剩余 则此氢氧化钠溶液的物质的量浓度最小为 解析 选C 根据元素守恒 混合气体全部变成NaNO2和NaNO3 有n Na n N 即n NaOH n N n NO n NO2 2n N2O4 a b 2c mol 所以c NaOH 5 常温下气态化合物M是现代生物和人们日常生活中的一种重要物质 它可由Cl2和NO2气体在一定条件下化合而成 为了测定M的组成 进行以下实验 取Cl2和NO2混合气体5L 测得反应后气体体积随Cl2在原混合气体中所占体积分数x的变化而变化 当Cl2所占体积分数为0 2或0 6时 反应后的总体积均为4L 1 确定化合物M的化学式并写出发生反应的化学方程式 2 在相同条件下 NO2和Cl2参加反应的体积比是多少 为保证NO2转化充分 可采用何种措施 3 当x的取值范围不同时 求反应后气体总体积V随x变化的函数关系 4 为保护环境 该反应体系的尾气可用 吸收 解析 根据题意 1LCl2与4LNO2或3LCl2与2LNO2化合反应后 气体总体积均为4L 说明1LCl2与2LNO2恰好完全反应 Cl2 2NO2 2NClO2 当0 x 时 Cl2完全反应 由上述方程式进行差值计算得反应后总体积V 5 5x L 当 x 1时 氯气过量 参加反应的NO2体积为 5 5x L 反应后气体总体积V L 1 x L 因为尾气中含有有毒的NO2 Cl2 可用强碱溶液吸收 答案 1 NClO22NO2 Cl2 2NClO2 2 2 1加入过量Cl2 3 当0 x 时 V 5 5x L 当 x 1时 V 1 x L 4 强碱溶液 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全