氮气及氮的氧化物的性质导学案(第1课时)-最新学习文档

氮气及氮的氧化物的性质导学案（第1课时）
考点梳理
一、氮气的结构与性质
1．氮元素在自然界中的存在形态及氮的固定
2．氮气
（1）物理性质：无色无味气体，密度比空气略小，难溶于水。

（2）化学性质：
①与氧气反应：N2＋O2=====
放电2NO(导致汽车尾气中产生氮的氧化物和雷电固氮)
②与氢气反应：N2＋3H 2高温、高压
催化剂
2NH3(工业合成氨的反应原理)
二、氮的氧化物的种类与性质
1．氮有多种价态的氧化物，如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3、N2O5等。

其中属于硝酸酸酐的是N2O5。

2、NO和NO2的比较
NO NO2
颜色无色红棕色
毒性有毒有毒
溶解性不溶于水易溶于水
与O2反应2NO＋O2===2NO2
与H2O反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
对人体、环境的影响（1）与血红蛋白结
合，使人中毒（2）
转化成NO2形成酸
雨、光化学烟雾
形成酸雨、光化学烟雾
注意：(1)氮的氧化物都有毒，其中NO2与N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46。

(2)验证某无色气体为NO的方法是向无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。

三、氮的氧化物与O2、H2O反应的计算方法
1．关系式法
(1)NO和O2混合气体通入水中
由2NO＋O2===2NO2和3NO2＋H2O===2HNO3＋NO得总反应为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
(2)NO2和O2混合气体通入水中
由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO和2NO＋O2===2NO2得总反应为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
(3)NO、NO2和O2三种混合气体通入水中
先按3NO2＋H2O===2HNO3＋NO计算出生成的NO体积，然后加上原来混合气体中NO体积，再按①计算。

2．电子守恒法
当NO x转化为硝酸时要失去电子，如果是NO x与O2混合，则反应中O2得到的电子数与NO x失去的电子数相等。

3．原子守恒法
4NO2＋O2和4NO＋3O2从组成上均相当于2N2O5的组成，都与N2O5＋H2O===2HNO3等效。

当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。

考向分析：
考向一：NO、NO2的性质及对环境的影响
典例1、随着我国汽车年销量的大幅增加，空气环境受到了很大
的污染。

汽车尾气装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示，下列说法正确的是( )
A．反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物
B．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2
C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应
D．催化转化总化学方程式为2NO＋O2＋4CO催化剂,4CO2＋N2
解析：选D 反应过程中NO、O2为氧化剂，N2为还原产物；汽车尾气中的N2不是污染物；NO和O2的反应不需要催化剂；根据题中的图示，可将反应的过程分成如下两步写：2NO＋O2===2NO2,2NO2＋4CO===N2＋4CO2，将两步反应式合并可得总化学方程式为2NO＋O2＋4CO催化剂,4CO2＋N2。

方法指导：氮氧化物对环境的污染及防治
（1）常见的污染类型
①光化学烟雾：NO x在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系
列光化学反应，产生的一种有毒的烟雾。

②酸雨：NO x排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨
雪降到地面。

③破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外
线辐射量增加。

（2）常见的NO x尾气处理方法
①碱液吸收法
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是：
n(NO2)≥n(NO)。

一般适合工业尾气中NO x的处理。

②催化转化
在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N 2)或NO x 与CO 在一定温度下催化转化为无毒气体(N 2和CO 2)。

一般适用于汽车尾气的处理。

考向二、有关氮的氧化物的简单计算
典例2、氮氧化合物(用NO x 表示)是大气污染的重要因素，根据NO x 的性质特点，开发出多种化学治理氮氧化合物污染的方法。

(1)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。

已知：4NH 3＋6NO =====催化剂△5N 2＋6H 2O,8NH 3＋6NO 2=====催化剂△7N 2＋12H 2O 。

同温同压下，3.5 L NH 3恰好将3.0 L NO 和NO 2的混合气体完全转化为N 2，则原混合气体中NO 和NO 2的体积之比是__________。

(2)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。

①NO 2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为1∶1，写出该反应的化学方程式：
_______________________________________。

②NO 与NO 2按物质的量之比1∶1被足量NaOH 溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式是
_________________________________________________________。

解析：(1)设NO 的体积为V (NO)，NO 2的体积为V (NO 2)，依据方程式知，处理NO 需NH 3：23V (NO)，处理NO 2需NH 3：4
3
V (NO 2)，则
⎩⎪⎨⎪
⎧
V NO ＋V NO 2＝3.0 L 23
V NO ＋4
3
V NO 2＝3.5 L
解得V (NO)＝0.75 L
V(NO2)＝2.25 L
V(NO)∶V(NO2)＝1∶3。

(2)①生成两种钠盐，必然是NO2的歧化反应，依据量的关系可知两种盐分别为NaNO3和NaNO2。

②NO中氮的化合价为＋2价，NO2中氮的化合价为＋4价，二者1∶1混合时与NaOH反应生成一种钠盐，依据电子守恒可知，钠盐中氮的化合价为＋3，即为NaNO2。

答案：(1)1∶3
(2)①2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
②NaNO2
方法指导：
（1）解答氮氧化物溶于水的计算问题首先应明确原理
无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混
合气体，反应的实质是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,2NO＋O2===2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。

①若NO和O2通入水中，总关系式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。

②若NO2和O2通入水中，总关系式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。

（2）注意原子守恒和得失电子守恒的运用
有关氮的氧化物的计算，从反应实质看都是氧化还原反应。

可以从得失电子数相等或原子守恒的角度分析，简化计算过程。

如NO x与O2、H2O转化为硝酸的计算，则反应中O2得到的电子数与NO x失去的电子数相等。

课堂反馈
1．如图所示，集气瓶内充满某气体，置于明亮处，将滴管内的水挤入集气瓶后，烧杯中的水会进入集气瓶，则集气瓶内的气体可能
是( )
①NH3 ②N2、H2 ③NO2、O2 ④SO2⑤CH4、Cl2
A．①②③④⑤ B．①②④
C．①③④⑤ D．②③④
【答案】C
【解析】将滴管内的水挤入集气瓶后，烧杯中的水会进入集气瓶，说明气体极易溶于水，或气体发生化学反应而使集气瓶内压强降低；①氨气极易溶于水，符合实验现象，故正确；②氮气和氢气在光照条件下不反应，压强不变，所以不符合实验现象，故错误；
③二氧化氮和氧气、水反应生成硝酸，将滴管内的水挤入集气瓶
后，集气瓶内压强减小，烧杯内的水进入集气瓶，符合实验现象，故正确；④二氧化硫易溶于水，符合实验现象，故正确；⑤氯气和甲烷在光照条件下发生取代反应生成氯化氢气体，氯化氢易溶于水，将滴管内的水挤入集气瓶后，集气瓶内压强减小，烧杯中的水进入集气瓶，符合实验现象，故正确；故选C。

2．不属于氮的固定的变化是( )
A．豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为氨
B．氮气和氢气在适宜条件下合成氨
C．氮气和氧气在放电条件下生成NO
D．工业上用氨和二氧化碳合成尿素
【答案】D
3．通常情况下，氮气性质不活泼，其原因是( )
A．氮分子是双原子分子
B．氮元素的非金属性很强
C．氮原子的半径较小
D．氮分子中的化学键很难破坏
【答案】D
【解析】氮气分子中存在N≡N键，氮氮三键性质稳定，破坏时需要吸收很高的能量，所以氮气性质不活泼，
故选D。

4．将22.4 L某气态氮氧化合物与足量的灼热铜粉完全反应后，气体体积变为11.2 L(体积均在相同条件下测定)，则该氮氧化合物的化学式为( )
A．NO2 B．N2O3
C．N2O D．N2O4
【答案】A
解析： 1 mol氮的氧化物与足量灼热铜粉反应，完全反应后，生成CuO和N2，其中生成0.5 mol N2；依据氮原子守恒可知原氮氧化物分子式中氮原子数为1，只有A项符合这一
5、一定条件下，将NO2和O2的混合气体12 mL通入足量水中，充分反应后剩余2 mL气体(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积为( )
①1.2 mL②2.4 mL③3 mL④4 mL
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
【答案】：D
解析： 4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3
若剩余的气体是O 2，则V (NO 2)＝4
5
×(12－2)＝8 mL ，
V (O 2)＝12 mL －8 mL ＝4 mL 。

若剩余的气体是NO(2 mL)⇒6 mL NO 2。

则V (O 2)＝1
5×(12－6)＝1.2 mL 。

6、NO x 是汽车尾气中的主要污染物之一。

(1)NO x 能形成酸雨，写出NO 2转化为HNO 3的化学方程式：_ _______________________________________________________。

(2)在汽车尾气系统中装置催化转化器，可有效降低NO x 的排放，当尾气中空气不足时，NO x 在催化转化器中被还原成N 2排出。

写出NO 被CO 还原的化学方程式： __________________________。

答案：(1)3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO (2)2NO ＋2CO 催化剂,N 2＋2CO 2
解析：(2)根据题目信息可知NO 被CO 还原为N 2，而CO 被氧化成CO 2，化学方程式为2NO ＋2CO 催化剂,N 2＋2CO 2。

7．如图所示，两个连通容器用活塞分开，左右两室(体积相同)各充
入一定量NO 和O 2，且恰好使两容器内气体密度相同．打开活塞，使NO 与O 2充分反应．(不考虑NO 2与N 2O 4的转化)
（1）开始时左右两室分子数_____________(填“相同”或“不相同”)；
（2）反应前后NO 室压强_____________(填“增大”或“减小”)；
（3）最终容器内密度与原来_____________(填“相同”或“不
相同”)；
（4）最终容器内_____________(填“有”或“无”)O2存在。

【答案】（1）不相同（
2）减小
（3）相同（
4）有
【解析】（1）由左右两室体积相同，两容器内气体密度相同可知，两容器中气体的质量相等，但NO和O2的摩尔质量不相等，故其物质的量不相等，开始时左右两室分子数不相同；
（2）由于反应前后NO室的气体物质的量减小，故压强减小；
（3）体系的体积和气体的质量均未变化，密度不变；
（4）由于NO和O2反应，O2过量，故最终容器内有O2存在。