4.41-氮及其氧化物(基础).doc

4.41氮及其氧化物
【学习目标】
1、掌握氮气的物理、化学性质，了解氮气的工业制法；
2、掌握一氧化氮、二氧化氮的物理、化学性质，了解二者的实验室制法；
3、掌握有关一氧化氮、二氧化氮的简单计算。
【要点梳理】
要点一、氮气
1．物理性质：
　　无色、无味的气体，密度比空气略小，在水中溶解度很小（体积比为1：0.02），在压强为101kPa下，氮气在—195.8℃时变成无色液体，氮气分子在—209.9℃时变成雪花状固体。
2．化学性质：
　　（1）通常状况下很难与其它物质发生化学反应
　　（2）在一定条件下，能与一些物质发生化学反应
　　①与H2反应：

　　②与某些金属反应：
　　3Mg+N2Mg3N2

　　③与O2反应：在通常情况下，与O2不发生反应，但在放电或高温的条件下能与O2直接化合生成NO。
N2+O22NO（闪电、汽车引擎中发生的反应）
　　 NO为无色无味有毒的难溶于水的气体，NO很容易在常温下与空气中的O2化合，生成NO2。
2NO+O2==2NO2， NO2为红棕色、有刺激性气味，有毒的气体，易溶于水并发生反应：
　　3NO2+H2O=2HNO3+NO
　　NO、NO2为大气污染物
3．工业制法：
　　（1）分离液态空气：

　　（2）耗氧法：

4．用途：
　　工业原料，合成氨，制化肥，HNO3，保护气，制冷剂

要点二、二氧化氮和一氧化氮的比较

NO
NO2
物
理性质
色态味
无色、无味、气体
红棕色、刺激性气味、气体
密度
密度略大于空气
密度比空气大
熔沸点
很低
低，易液化
溶解性
不溶
易溶
化学性质
毒性
有毒
有毒
与水
　不反应
3NO2+H2O=2HNO3+NO
NO2既是氧化剂，又是还原剂
与碱溶液
　不反应
2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O
NO＋NO2 ＋2NaOH=2NaNO2 +H2O
与O2
2NO+O2=2NO2

实验室制取
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2 +2NO↑+4H2O　
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2 ↑+2H2O
收集方法
　排水法
向上排空气法

要点诠释：
氮的氧化物除NO、NO2外，还有、、、，其中N2O5、N2O3分别是硝酸、亚硝酸（HNO2）的酸酐。
要点三、氮的氧化物溶于水的几种情况分析
（1）NO2或NO2与N2混合气体溶于水时，3NO2+H2O==2HNO3+NO，利用气体体积变化差进行计算。
（2）NO2与O2的混合气体溶于水，由3NO2+H2O==2HNO3+NO及2NO+O2==2NO2，得：
4NO2+O2+2H2O==4HNO3 ，可知，

（3）NO和O2同时通入水中时，其反应是2NO+O2==2NO2 ①，3NO2+H2O==2HNO3+NO ②，将①×3+②×2得总反应式为：4NO+3O2+2H2O==4HNO3。

（4）NO、NO2、O2三种混合气体通入水中，可先按情况（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，再按情况（3）进行计算。
要点四、二氧化硫和二氧化氮对大气的污染
1．大气的主要污染物是二氧化硫和二氧化氮，溶于水后会形成酸性溶液，随雨水降下来会形成酸雨，pH＜5.6。
2．酸雨的主要危害是能直接破坏农作物、森林、草原，使土壤、湖泊酸化，还会加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及电信电缆的腐蚀。
3．二氧化硫和二氧化氮都是有用的化工原料，二氧化硫在一定条件下可被催化氧化成三氧化硫，方程式是2SO2+O22SO3。三氧化硫与水反应的方程式是SO3+H2O==H2SO4。
4．防止酸雨的主要措施：
（1）调整能源结构，发展清洁能源，优化能源质量，提高能源利用率，减少燃煤产生的二氧化硫和二氧化氮等。
（2）加强环境管理，强化环保执法，严格控制SO2的排放量。
（3）研究、开发适合我国国情的二氧化硫治理技术和设备。
要点五、中学化学中常涉及的环境保护知识
常见的污染现象及其危害：
1．酸雨——形成原因主要是由SO2和氮氧化物；能使土壤酸化，腐蚀建筑物等。
2．光化学烟雾——主要是由氮氧化物、碳氢化合物造成的；危害人体健康，影响植物生长。
3．臭氧空洞——主要是氮氧化物、氟氯代烃等的排放引起的；使地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧。
4．温室效应——主要是由于大气中CO2含量的不断增加造成的；会使全球气候变暖。
5．白色污染——形成原因是塑料制品的大量使用，随意丢弃；会破坏土壤结构和生态环境。
6．赤潮和水华——形成原因是含磷洗衣粉的大量使用及生活污水的任意排放；会使藻类过度繁殖，鱼类死亡，水质恶化，若发生在淡水中称为“水华”，发生在海水中称为“赤潮”。
7．水俣病——含汞的工业废水引起的水体污染，可使鱼类中毒，人食用中毒后的鱼会造成人体汞中毒。
【典型例题】
类型一、NO和NO2
例1．（2015 北京市建华实验中学检测）下列关于NO与NO2的叙述正确的是（ 　 ）。
A．都能与人体中的血红蛋白结合而使人中毒
B．都是无色有刺激性气味的有毒气体
C．都能用排水法和排空气法收集
D．NO2与水反应时既是氧化剂，又是还原剂
【答案】D
【解析】NO能与人体中血红蛋白结合使人中毒，NO2的毒害作用主要是损害呼吸道。NO是一种无色难溶于水的气体，可以用排水法收集。常温常压下，NO容易与氧气直接化合生成NO2。3NO2+H2O==2HNO3+NO，NO2既是氧化剂，也是还原剂。
【总结升华】本题考查的是NO和NO2的性质。
举一反三：
【变式1】对于氮的氧化物NO和NO2的下列叙述中，正确的是
A.都是无色气体 B.都不溶于水 C.都是酸性氧化物 [来源:学科网 D.都是大气污染物
【答案】D
【变式2】可用于区别溴蒸气和NO2气体的试剂是（ ）。
A．淀粉碘化钾溶液 B．FeCl2溶液 C．AgNO3溶液 D．NaOH溶液
【答案】C
【解析】用AgNO3溶液检验，能产生浅黄色沉淀的气体为溴蒸气。还可将二者分别溶于水来鉴别。
类型二、 与氮的氧化物有关的计算
例2．在一定温度和压强下，将装有N2和NO2混合气体的试管倒立在水中，经足够时间后，试管内气体的体积缩小为原体积的3/5，则原混合气体中N2与NO2的体积比是 (　 )
　　A、2 ∶ 3　　　　B、3 ∶ 2　　　　C、3 ∶ 5　　　　D、5 ∶ 3
【答案】A
　　【解析】(差量法)NO2与水反应使气体的体积减小，设原混合气体的体积为5mL，则：
　　　　　 3NO2＋H2O ＝ 2HNO3＋NO 　　　　　ΔV
　　 　　　3mL 　　　　　　　 1mL　　　　　 2mL
　　　　 　V(NO2)　　　　　　　　　　　　5mL×(1－3/5)
　　　　 　V(NO2)＝3mL
　　　　　 V(N2)∶V (NO2)＝(5mL－3mL)∶3mL＝2∶3
【总结升华】关键是搞清发生的反应，理清数量关系，还要掌握差量法计算技巧。
举一反三：
【变式1】将一充满NO2和O2混合气体的试管倒立于水中，若试管的容积为10 mL，充分反应后剩余气体为1 mL，求原混合气体中NO2和O2的体积各为多少毫升？
【答案】原混合气体中NO2和O2的体积分别是7.2 mL和2.8 mL或8.6 mL和1.4 mL。
【解析】（1）若O2过量，剩余的1 mL气体为O2。
根据4NO2+O2+2H2O==4HNO3，得：
得V (NO2)=×9 mL=7.2 mL，V＇(O2)=×9 mL=1.8 mL。
故V (O2)=1.8 mL+1 mL=2.8 mL。
（2）若NO2过量，剩余的1 mL气体为NO。
先根据3NO2+H2O==2HNO3+NO得出过量的NO2体积为3 mL。
再根据4NO2+O2+2H2O==4HNO3计算参加反应的NO2、O2的体积：V＇(NO2)= ×7 mL=5.6 mL，V (O2)= ×7 mL=1.4 mL。
故V (NO2)=5.6 mL+3 mL=8.6 mL，V (O2)=1.4 mL。
【总结升华】常常出现的错误是只考虑了4NO2+O2+2H2O==4HNO3，认为剩余的是1 mL NO2或O2，其实在有水存在的条件下不可能有NO2，而应该是NO剩余。
【变式2】一定条件下，将等体积NO和O2充入一试管，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积约为原总体积的(　　)

【答案】C
【解析】4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3；若NO和O2都取4体积，则反应后剩余O2 1体积，所以充分反应后

剩余气体的体积约为原总体积的 。
类型三、SO2、NO2对大气的污染
例3．汽车尾气（含有烃类、CO、SO2与NO等物质）是城市空气的污染源，治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”（用铂钯合金作催化剂）。它的特点是使CO与NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及SO2转化。
（1）写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式________________ 。
（2）“催化转换器”的特点是在一定程度上提高了空气的酸度，其原因是________________ 。
（3）控制城市空气污染源的方法可以有（ ）。
A．开发氢能源 B．使用电动车 C．植树造林 D．戴上呼吸面具
【答案】（1）2CO+2NO2CO2+N2 （2）SO2转化为SO3，产生了硫酸的酸雾 （3）A、B
【解析】由题给信息“CO和NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使SO2的转化（用铂钯合金作催化剂）”，可联想到CO和NO反应，生成的气体一定是CO2。结合SO2的催化氧化，使用“催化转换器”，提高了空气酸度的原因是SO2转化为SO3，产生H2SO4的酸雾。阅读理解题干“控制城市空气污染源的方法”。
【总结升华】这是一道以“汽车尾气处理”这一生活常识为背景材料编写的信息题，在解答时要读懂题意，明确问题，善于联想所学知识。平时还需多关心与化学知识相关联的生产、生活中的热点问题，做到学以致用。
举一反三：
【变式1】（2016 西藏拉萨中学期中考）下列关于化学与生产、生活的认识不正确的是（ ）。
A．使用清洁能源是防止酸雨发生的重要措施之一
B．CO2是造成酸雨发生的罪魁祸首
C．NO2是造成光化学烟雾的气体
D．合理开发利用可燃冰（固态甲烷水合物）有助于缓解能源紧张
【答案】B【解析】A项，产生酸雨的主要原因是SO2气体，使用清洁能源可以有效防止酸雨发生，故A正确；B项，产生酸雨的主要原因是SO2气体，不是二氧化碳，故B错误；C项，氮的氧化物为有毒气体，为造成光化学烟雾的主要原因，故C正确；D项，合理开发可燃冰可以减少煤、石油等紧缺能源的使用，故D正确。
【变式2】下列气体中，与酸雨密切相关的是（ ）。

【答案】B
【巩固练习】
一．选择题（每小题有1～2个选项符合题意）
1． 氮气的性质是（ ）。
A. 只有氧化性 B. 只有还原性
C. 既有氧化性又有还原性D. 既没有氧化性又没有还原性
2．（2015 北京161中学检测）我国城市环境中的大气污染主要是（ ）。
A．CO2、Cl2、N2、酸雨
B．SO2、CO、NO2、烟尘
C．NH3、CO、NO2、雾
D．SO2、HCl、N2、粉尘
3．下列说法中正确的是（ ）。
A．氮元素是活泼的非金属元素，因此N2的化学性质也很活泼
B．NO2溶于水生成硝酸，因此NO2是硝酸的酸酐
C. 雷雨时，可增加土壤中硝酸盐类氮肥的含量，此变化属于氮的固定
D．氮气可做焊接金属时的保护气
4．下列过程属于人工固氮的是（ ）。
A. 分离液态空气制氮气 B. 闪电时N2 转化为NO
C. 合成氨 D. 豆科作物根瘤菌将N2 转化为NH3
5．（2016 湖南省怀化市期末考）下列有关NO的叙述正确的是（ ）。
A．NO是一种红棕色气体
B．常温常压下，NO不能与空气中的氧气直接化合
C．空气中的N2和O2在放电条件下可以发生反应生成NO
D．NO易溶于水，不能用排水法收集
6．以下气体因与人体血液中血红蛋白作用而引起中毒的是（ ）。
A．NO B．CO C．NO2 D．NH3
7．采用不同的分类方法，可将非金属氧化物分为不同的类别。例如，从某种意义讲P2O5、SO2、SO3、CO2、Cl2O7等归为一类，则下列氧化物中与它们同属一类的是（ ）。
A. CO B. NO C. N2O5 D. NO2
8．（2016 广西省钦州期末考）关于反应3NO2+H2O=2HNO3+NO的说法正确的是（ ）。
A．该反应的氧化剂是水
B．该反应的还原剂是水
C．氧化剂和还原剂的物质的量比为1∶2
D．若有3 mol NO2反应，则转移电子4 mol
9．在NO2被水吸收的反应中，发生还原反应和氧化反应的物质的质量比为（ ）。
A．3∶1 B．1∶3 C．1∶2 D．2∶1
10．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，则该氮的氧化物为（ ）。
A. N2O B. NO C. NO2 D. N2O5
二、填空题
1．如右图，用仪器A、B和胶管组成装置收集NO气体（①仪器A已经经过气密性检查；②除水外不能选用其他试剂）。正确的操作步骤是________________。

2.利用如右图所示的装置收集以下8种气体：①H2；②Cl2；③O2；④HCl；⑤NH3；⑥NO；⑦SO2；⑧NO2。
（1）若烧瓶是干燥的，则由B口进气，可收集的气体有________，若由A口进气，可收集的气体有_____
（2）若在烧瓶内充满水，可收集的气体有________，气体应由________口进入。
（3）若烧瓶中装入适量浓硫酸，可以用它来干燥的气体有________，气体应由________口进入。
三、计算题
1．将装有30 mL NO和NO2(设无N2O4)混合气体的试管倒立在水中，经过足够长的时间，到水面不再上升为止，此时试管内剩余气体的体积为16 mL。求原混合气体中NO和NO2各多少毫升？
2．在一支容积为25 mL的试管内充满NO2和O2的混合气体，将试管倒置于水中，充分反应后：
（1）若无气体剩余，原混合气体中NO2和O2的体积各为多少？

（2）若气体剩余5 mL，原混合气体中NO2和O2的体积各为多少？

【答案与解析】
一．选择题
1．C
2．B
3．CD
4．C
【解析】该题目考查氮的固定知识，将空气中游离态的氮转化为化合物的方法，统称为氮的固定，分为自然固氮和人工固氮，B、D 属于自然固氮，C属于人工固氮。
5．C
【解析】A项，NO为无色气体，二氧化氮为红棕色气体，二者不可混淆，故A错误；B项，常温常压下，一氧化氮能与空气中的氧气直接化合生成红棕色的二氧化氮，故B错误；C项，氮气很稳定，在空气中的N2和O2在放电条件下可以发生反应生成NO，故C正确；D项，因NO不溶于水，可以用排水法收集，故D错误。
6．AB
【解析】NO、CO均可与血液中的血红蛋白结合而使血红蛋白失去载氧能力。
7．C
【解析】本题考查了基本概念。题目中所给氧化物都是酸酐，而所给选项中CO、NO、NO2 都是不成盐氧化物，只有N2O5 是硝酸的酸酐。
解答本题关键是从题干中准确分析、判断、归纳出几种物质的共同规律，分析选项时，明确非金属氧化物可能是酸性氧化物，也可能不是。结合平时积累的知识解决问题。
8．C
【解析】该反应中二氧化氮中N元素的化合价由+4价变为+5价和+2价。A项，二氧化氮既是氧化剂又是还原剂，故A错误；B项，水中各元素都不变，所以既不是氧化剂又不是还原剂，故B错误；C项，生成硝酸的二氧化氮是还原剂，其计量数是2，生成NO的二氧化氮是氧化剂，其计量数是1，所以氧化剂和还原剂的物质的量之比是1∶2，故C正确；D项，在反应中若有3 mon NO2反应，即生成1 mol NO时，则有2 mol NO2被还原，所以有2 mol电子发生转移，故D错误。
9．C
【解析】NO2与水的反应可分解为：

10．B
二、填空题
1．在A中加满水，盖紧瓶塞，用胶管连接b和c的接口，由a导入NO气体，水通过b和c排入B中。
2.（1）②③④⑦⑧ ①⑤ （2）①③⑥ A （3）①②③④⑥⑦ B
【解析】（1）从B口进气是收集密度比空气大的气体，若从A口进气则收集密度比空气小的气体，用排空气法收集的气体必须与O2不反应，且密度与空气密度相差较大。
（2）若用排水法收集，则气体必须不溶于水，应从A口进。
（3）若用浓H2SO4干燥气体，必须从B口进。
对同一个装置，从不同的角度去审视可能有不同的作用。加强思维的灵活性和开放性训练是思维训练的重要方面，是打破思维定式的有效方式。
三、计算题
1．原30 mL混合气体中含有NO2和NO的体积分别为21 mL和9 mL。
【解析】NO不与H2O反应，NO2与H2O反应：
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
因此剩余的16 mL气体为NO，其中包括NO2与H2O反应生成的NO及原有的NO。
方法一　气体体积之和法
设原混合气体中含NO2的体积为x，NO的体积为y。
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
3 1
x V(NO)

方法二　气体体积差量法
反应后气体体积减小值：30 mL－16 mL＝14 mL。
设原混合气体中含有NO2的体积为x。
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　ΔV减
3 2
x 14 mL
　 解得x＝21 mL
30 mL－21 mL＝9 mL
2．（1）NO2为20 mL，O2为5 mL。
（2）NO2为16 mL，O2为9 mL或NO2为23 mL，O2为2 mL。
【解析】（1）若无气体剩余，则发生反应：4NO2+O2+2H2O==4HNO3，设混合气体中O2为x mL，NO2为(25―x) mL，有(25―x)∶x=4∶1，x=5，则V (NO2)=25 mL―5 mL=20 mL。
（2）①若剩余气体为O2，设混合气体中O2为y mL，则NO2为(25―y) mL。有(25―y)∶(y―5)=4∶1，y=9，则V (NO2)=25 mL―9 mL=16 mL。
②若剩余气体为NO，设混合气体中NO2为z mL，则O2为(25―z) mL，发生反应：3NO2+H2O==2HNO3+NO，可知参加反应的NO2为(z―3×5) mL，有，z=23，则V (O2)=25 mL―23 mL=2 mL。