2017-2018学年高中化学苏教版必修1教学案：专题4 第二单元 第一课时 氮氧化物的产生及转化 Word版含解析

第二单元| 生产生活中的含氮化合物
第一课时 氮氧化物的产生及转化
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[课标要求]
1．了解氮气的存在和性质及氮的固定。

2．掌握NO 、NO 2的性质。

3．了解氮的氧化物对环境的影响及防治。

1.氮气的化学性质非常稳定，常温下很难与其他物质反应。

2．NO 为无色无味气体，NO 2为红棕色刺激性气味气体，它们均为有毒气体，能引
起呼吸系统疾病。

3．NO 、NO 2的产生及转化反应为：N 2＋O 2=====放电
2NO
2NO ＋O 2===2NO 2 3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO
4．NO 、NO 2分别与O 2、H 2O 反应的化学方程式为
4NO ＋3O 2＋2H 2O===4HNO 3 4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3
5．NO x 会形成酸雨，引起光化学烟雾，破坏臭氧层。

氮气和氮氧化物
1．氮元素的存在
(1)大部分氮元素以游离态存在于空气中。

(2)少部分化合态的氮元素存在于动、植物体内，土壤及无机盐中。

2．氮气的物理性质
无色无味的气体，难溶于水，密度比空气略小。

3．氮气的化学性质 氮气的化学性质非常稳定，很难与其他物质反应，只有在高温或放电等特定条件下才
能反应，故氮气常用作保护气。

(1)与氧气反应：N 2＋O 2=====放电2NO 。

(2)与氢气反应：N 2＋3H 2 高温、高压催化剂
2NH 3(工业合成氨)。

(3)与活泼金属Mg 反应：N 2＋3Mg=====点燃Mg 3N 2。

4．氮的固定
(1)概念：将游离态的氮转化为化合态的氮。

(2)方式：生物固氮、自然固氮和工业固氮。

5．NO 、NO 2性质的比较
[特别提醒]
(1)实验室里收集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O 2(或空气)，气体由无色变为红棕色。

将充满NO 2、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？NO 2与O 2的体积满足怎样的比例，才能使
NO 2完全转化成HNO 3?
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O 2，试管内可充满
水。

当V (NO 2)∶V (O 2)＝4∶1时，NO 2完全转化成HNO 3。

2．图2试管中观察到的实验现象是什么？NO 与O 2的体积满足怎样的比例，才能使
NO 完全转化成HNO 3?
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，持续通入适量O 2，
试管内可充满水。

当V (NO)∶V (O 2)＝4∶3时，NO 完全转化成HNO 3。

3．工业制取硝酸工厂的尾气中含有NO 、NO 2，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 、NO 2完全转化为
HNO 3。

1．氮的氧化物溶于水的反应原理
3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO ①
2NO ＋O 2===2NO 2②
由方程式①×2＋②得：
4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3③
由方程式①×2＋②×3得：
4NO ＋3O 2＋2H 2O===4HNO 3④
2．氮的氧化物溶于水的三种类型
(1)NO 2气体：NO 2气体溶于水时仅涉及反应①：剩余气体为NO 。

(2)NO 2和O 2的混合气体：NO 2和O 2的混合气体溶于水时涉及反应③：
(3)NO 和O 2的混合气体：
NO 、
O 2的混合气体溶于水时涉及反应④：
1.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( )
①可能是N 2与NO 2的混合气体 ②可能是NO 2气体 ③可能是NO 与NO 2的混合气
体 ④只可能是NO 2一种气体
A ．①②
B ．②③
C ．③④
D ．①④
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①错误；如果有少量的氧气，大量
的二氧化氮时②可以成立；③中通入适量的氧气，NO 也可以全部被吸收。

2．将V mL NO 和NO 2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O 2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)NO 2溶于水生成NO ，故A 为NO ，NO 与O 2通入水中发生反应4NO ＋3O 2
＋2H 2O===4HNO 3，二者等体积时，O 2过量，故B 为O 2；
(2)4NO ＋3O 2＋2H 2O===4HNO 3
4 3
a mL 3a 4
mL 依题意：a －3a 4
＝5，a ＝20。

答案：(1)NO O 2 (2)20 mL
氮氧化物对大气的污染
1．氮氧化物的来源、危害及防治
2．硝酸型酸雨
3．常见的环境问题归纳
[特别提醒]
汽车尾气的主要成分是氮氧化物(主要是汽缸中的电火花和高温使鼓入的空气中的N 2、
O 2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N 2和CO 2：2NO
＋2CO 催化剂,N 2＋2CO 2。

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，CO 2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——CO 2
B ．臭氧层破坏——CO
C ．酸雨——SO 2
D ．光化学污染——NO x
解析：选B A 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．在NO 2与水的反应中( )
A ．氮元素的化合价不发生变化
B ．NO 2只是氧化剂
C ．NO 2只是还原剂
D ．NO 2既是氧化剂，又是还原剂
解析：选D NO 2与水反应的化学方程式为3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO ，其中NO 2、
HNO 3、NO 中氮元素的化合价分别为：＋4、＋5、＋2，故NO 2既作氧化剂，又作还原剂。

2．将装有50 mL NO2、NO混合气体的量筒倒立于水槽中，反应后气体体积缩小为30 mL，则原混合气体中NO2和NO的体积比是()
A．5∶3B．3∶5
C．3∶2 D．2∶3
解析：选C设混合气体中NO2的体积为x，差量法：
3NO2＋H2O===2HNO3＋NOΔV
31 2
x50 mL－30 mL＝20 mL
3 x＝
2
20 mL，解得x＝30 mL。

则原混合气体中NO为50 mL－30 mL＝20 mL，
所以V(NO2)∶V(NO)＝30 mL∶20 mL＝3∶2。

3．光化学烟雾形成的化学过程是：当汽车尾气产生的NO2在日光照射下分解成NO和O时，即开始光化学烟雾的循环，不断地产生O3，这个循环包括下列三个化学方程式，请补充化学方程式②：
(1)①NO2===NO＋O，②______________________________________________，
③O＋O2===O3。

(2)以上三个化学方程式的总反应式：_____________________________________。

解析：(1)题目明确指出：光化学烟雾的循环过程包括①②③三个化学反应。

由此可推断：反应①NO2===NO＋O中的生成物NO是反应②中的反应物。

若要反应③O＋O2===O3不断地发生，就需要反应①不断产生O，故反应②的生成物必定是NO2，否则无法实现“循环过程”，反应②为2NO＋O2===2NO2。

(2)叠加①、②、③三个化学方程式，即得结果：3O2===2O3。

答案：(1)2NO＋O2===2NO2(2)3O2===2O3
4．将10 mL充满NO2和O2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中，反应停止后试管内剩余2 mL无色气体，求原混合气体中NO2和O2各多少毫升？
解析：剩余的2 mL气体可能是NO或O2，分两种情况讨论：(1)剩余的气体是NO，可以看成先发生反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。

剩余的NO2又与水作用，最终有2 mL NO产生。

由反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO得，剩余的NO2体积为2 mL×3＝6 mL。

则原有O2的体积为(10 mL－6 mL)×
1
4＋1
＝0.8 mL，NO2的体积为10 mL－0.8 mL＝9.2
mL。

(2)剩余的气体是O2，则有10 mL－2 mL＝8 mL，NO2和O2的混合气体按反应4NO2
＋O2＋2H2O===4HNO3进行。

所以NO2的体积为8 mL×
4
1＋4
＝6.4 mL，O2的体积为10 mL
－6.4 mL＝3.6 mL。

答案：若剩余的气体是NO，则NO2和O2的体积分别为9.2 mL和0.8 mL；若剩余的气体是O2，则NO2和O2的体积分别为6.4 mL和3.6 mL。

1．能用排水法收集，但不能用排空气法收集的气体是()
A．NO B．CO2
C．H2D．Cl2
解析：选A一氧化氮不溶于水，且密度和空气相近，用排水法收集。

2．最新的病毒学研究证实，一氧化氮对SARS病毒有直接抑制作用。

下列关于一氧化氮的叙述正确的是()
A．一氧化氮是一种红棕色的气体
B．常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合
C．一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到
D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集
解析：选C NO是无色的气体，微溶于水，能用排水法收集，可由N2与O2直接化合而得到，NO易与空气中的氧气直接反应而生成NO2，故只有C项符合题意。

3．下列关于二氧化氮的描述正确的是()
A．无色气体
B．常温下能与氧气化合
C．与水反应生成硝酸
D．可由氮气和氧气在放电条件下反应生成
解析：选C二氧化氮是红棕色气体，常温下与氧气不反应，氮气和氧气在放电条件下生成一氧化氮，而不是二氧化氮。

4．NO对环境的危害在于()
①破坏臭氧层②高温下能使一些金属被氧化
③造成酸雨④与人体血红蛋白相结合
A．仅①③B．仅③④
C．①②③D．①③④
解析：选A NO在高温下不能氧化金属，②错误，④不属于对环境的危害，①③正确。

5．常温常压下，下列气体不能共存的是()
A．SO2与O2B．NO2与NO
C．O2与N2D．NO与O2
解析：选D SO2与O2反应需要的条件是催化剂和加热，NO2与NO不反应；O2与N2反应需要的条件是放电或高温。

6．实验室收集NO、NO2两种气体()
A．均可用排水法
B．均可用向上排气法
C．NO用向上排气法，NO2用排水法
D．NO用排水法，NO2用向上排气法
解析：选D NO易与空气中的O2反应，NO2与水反应，故前者不能用排气法收集，后者不能用排水法收集。

7．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() A．1∶1B．1∶2
C．1∶3 D．3∶1
解析：选C设NO2的体积为x，N2的体积为(1－x)，由题意结合化学方程式3NO2＋
H2O===2HNO3＋NO↑，可得1
3x＋(1－x)＝
1
2，x＝
3
4，1－x＝
1
4，N2和NO2的体积比为1∶3。

8．某无色混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种。

现将此混合气体通过品红溶液，品红溶液褪色；然后向剩余气体中通入空气，很快变为红棕色。

则下列对原混合气体成分的判断中正确的是()
A．肯定含有SO2和NO
B．肯定没有Cl2、O2和NO
C．可能含有Cl2和O2
D．肯定含有Cl2和NO
解析：选A混合气体无色，排除红棕色的NO2和黄绿色的Cl2；混合气体通过品红溶液，品红溶液褪色，说明含有SO2；向剩余气体中通入空气，很快变为红棕色，说明存在NO，则可推知一定不存在O2。

故原混合气体中肯定含有SO2和NO，肯定没有O2、NO2和Cl2。

9．A、B、C三种气体，A为无色不溶于水的气体单质，在一定条件下，A与O2反应生成B，B无色且难溶于水，它也能与O2反应生成C，C易溶于水并与水反应生成B，反应后所得溶液呈酸性，则：
(1)三种气体的化学式为A______，B______，C__________。

(2)除去A气体中的少量O2的方法是_________________________________________。

(3)除去B中的少量C的方法是_________________________________________。

解析：A为无色不溶于水的气体单质，A可能是H2、N2、O2，A与O2反应生成B，B 无色难溶于水，则A为N2，B为NO，C为NO2。

答案：(1)N2NO NO2(2)通过灼热的铜丝网
(3)通过盛水的洗气瓶后干燥
10．氮氧化物进入大气后，不仅会形成硝酸型酸雨，还可能形成光化学烟雾。

因此必须对含有氮氧化物的废气进行处理。

(1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下：
NO 2＋NO ＋2NaOH===2NaNO 2＋H 2O
在该反应中，氧化剂是________，还原剂是________。

(2)汽车尾气中含有一氧化氮和一氧化碳，经过排气管中的催化转化器转化为对大气无污染的物质。

写出该反应的化学方程式：______________________________________。

(3)在一定条件下氨气(NH 3)亦可用来将氮氧化物转化为无污染的物质。

写出氨气和二氧化氮在一定条件下反应的化学方程式：_________________________________________。

解析：(1)在该反应中，NO 2中的氮元素化合价降低作氧化剂，NO 中的氮元素化合价升高作还原剂。

(2)根据质量守恒定律结合题目信息可知，一氧化氮与一氧化碳反应后生成的对大气无污染的物质应为氮气和二氧化碳。

(3)根据质量守恒定律结合题目信息可知，氨气和二氧化氮反应后生成的无污染的物质为氮气和水。

答案：(1)NO 2 NO
(2)2NO ＋2CO=====催化剂
N 2＋2CO 2 (3)6NO 2＋8NH 3=====一定条件
7N 2＋12H 2O
1．光化学烟雾是一次污染物(如氮氧化物、碳氢化合物等)发生光化学反应后生成的二次污染物，主要含有臭氧、过氧硝酸酯等。

下列有关光化学烟雾的说法不正确的是( )
A ．浅蓝色有刺激性气味
B ．汽车尾气是造成光化学烟雾的主要原因之一
C ．光化学烟雾对人体没有危害
D ．光化学烟雾一般出现在强日照条件下
解析：选C 光化学污染对人体有危害。

2．在汽车尾气处理装置中加入适当的催化剂，能发生反应：4CO ＋2NO 2===4CO 2＋N 2。

下列对该反应的说法中正确的是( )
A ．该反应是化合反应
B ．该反应中氧化剂是NO 2、还原剂是CO
C ．该反应生成28 g N 2时，转移4 mol 电子
D ．该反应不能减少汽车尾气对环境的污染
解析：选B 该反应不是化合反应；在反应中，二氧化氮中氮元素的化合价降低，作氧化剂，一氧化碳作还原剂；生成28 g 氮气时，转移8 mol 电子；该反应生成的是CO 2与N 2，能减少汽车尾气对环境的污染。

3．一定条件下，将等体积的NO 2和O 2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.14
B.34
C.18
D.38
解析：选D 根据4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3可知，O 2过量。

设NO 2和O 2的体积各
1 L ，则1 L NO 2消耗O 214 L ，剩余O 234 L ，所以34×12＝38。

4.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 O 2，下面有关实验最终状态的描述正确的是( )
A ．试管内气体呈红棕色
B ．试管内气体为无色的NO
C ．试管内气体为无色的O 2
D ．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O 2时依次发生反应2NO ＋O 2===2NO 2,3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO ，二者相加得总反应为4NO ＋3O 2＋2H 2O===4HNO 3，由于
V (NO )V (O 2)＝12 mL 8 mL ＝32>43
，即NO 过量，试管内剩余气体为无色的NO ，液体未充满试管。

5．盛有O 2和NO 2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O 2和NO 2的体积比是( )
A ．3∶1
B ．3∶2
C ．2∶1
D ．1∶2 解析：选B 设NO 2体积为x ，O 2体积为(1－x )，若剩余气体为O 2，由4NO 2＋O 2＋
2H 2O===4HNO 3知，1－x －14x ＝12，x ＝25，1－x ＝35
，两者体积之比为3∶2；若剩余气体为NO ，由3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 知NO 2为原来总体积的1.5倍，这种情况不存在。

6．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B A 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。

7．在标准状况下，将O 2和NO 2按1∶4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.114 mol·L －1
B.45
mol·L －1 C.128 mol·L －1 D.142
mol·L －1 解析：选C 根据化学方程式4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3，设烧瓶的容积为V L ，则
NO 2的体积为45
V L 。

又因NO 2与O 2的体积比为4∶1，所以最终液体充满烧瓶，溶液的体积为V L 。

NO 2的物质的量为45V L/22.4 L·mol －1，HNO 3的物质的量也为45
V L/22.4 L·mol －1，烧瓶内HNO 3的物质的量浓度为c (HNO 3)＝45V L÷22.4 L·mol －1
V L ＝128
mol·L －1。

8．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(NH 3)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5∶6，该氧化物的化学式为( )
A ．NO
B ．N 2O 3
C ．NO 2
D ．N 2O 5
解析：选A 由题意知：NH 3＋ ―→N 2＋H 2O ， 内表示氮的氧化物，配平后应为4NH 3＋ ===5N 2＋6H 2O ， 中为6个N 原子和6个O 原子，即6NO ，该氮的氧化物的化学式为NO 。

9.如图所示，室温下向盛有3.0 mL NO 的试管中缓缓通入1.5 mL
O 2(所有气体体积均在标准状况下测定)。

试回答下列问题：
(1)写出观察到的现象(可不写满，也可补充)：
①________________________________________________________________________； ②________________________________________________________________________； ③________________________________________________________________________。

(2)最终试管中剩余的气体是________________，体积为________________。

解析：(1)通入的O 2与NO 发生反应生成NO 2：①2NO ＋O 2===2NO 2，所以看到有红棕色气体生成，生成的NO 2溶于水：②3NO 2＋H 2O===2HNO
3＋NO ，①②两反应的总方程式
为③4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，气体被消耗，所以又会看到试管内液面上升。

V(NO)∶V(O2)≠4∶3，故最后有气体剩余，不论剩余NO还是O2，都为无色气体，这是看到的第三个现象。

(2)设1.5 mL O2全部参加反应，由(1)中③知：
V反应(NO)＝V反应(O2)×4
3＝1.5 mL×
4
3＝2.0 mL，而NO的总体积是3.0 mL，故剩余NO
气体1.0 mL。

答案：(1)①通入O2，试管内气体变为红棕色
②试管内液面升高
③最后试管内剩余无色气体(2)NO 1.0 mL
10．已知NO不溶于水，NO2与水发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

把盛有48 mL NO和NO2混合气体的容器倒置于水中(保持同温同压)，待液面稳定后，容器内气体的体积变为24 mL，则：
(1)原混合气中，NO是______ mL，NO2是______ mL。

(2)若在剩余的24 mL气体中，通入6 mL O2，待液面稳定后，反应后容器内剩余气体体积为________ mL。

(3)若在剩余的24 mL气体中，通入24 mL O2，待液面稳定后，反应后容器内剩余气体体积为________ mL。

(4)若在原48 mL NO、NO2中，通入________ mL O2再倒置于水中，气体会全部被吸收。

解析：(1)设NO2的体积为x，
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO体积差
31 2
x(48－24)mL
x＝36 mL
V(NO)＝(48－36)mL＝12 mL。

(2)由4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
4 3
(耗)8 mL 6 mL
容器内剩余气体为NO，体积为24 mL－8 mL＝16 mL。

(3)由4NO～3O2知，24 mL NO只需消耗18 mL的O2，所以反应后容器内剩余O2为24 mL－18 mL＝6 mL。

(4)由4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
4 3
12 mL9 mL
4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
4 1
36 mL9 mL
可知，通入18 mL O2，可使管内气体全部被H2O吸收。

答案：(1)1236(2)16(3)6(4)18。