第2课时　氮的氧化物　大气污染物

[学习目标定位]　认识一氧化氮、二氧化氮的性质，熟知氮的氧化物溶于水反应的化学方程式，知道氮的氧化物(NO2)、硫的氧化物(SO2)是主要的大气污染物及防治措施。

一、一氧化氮和二氧化氮

1.在雷雨天气，空气中的N2、O2在放电的条件下，会发生反应生成NO，而NO又立即与空气中的O2反应生成NO2，NO2在随雨水降落到地面的过程中又与水反应生成了HNO3，有关的反应方程式为N2＋O22NO，2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

生成的硝酸再与土壤中难溶性的硅酸盐反应，生成可溶性硝酸盐，而可溶性硝酸盐就成了植物生长所需的氮肥，因而就印证了“雷雨发庄稼”这句俗话。

2.两支大试管分别集满NO和NO2气体，观察它们的颜色状态，嗅闻它们的气味，比较它们密度的大小。填写下表：

3.判断下列说法是否正确？

(1)氮元素可形成五种价态的氧化物，其中＋4价的有NO2和N2O4两种(　　)

(2)NO和NO2的颜色、气味、水溶性不同，但它们都是有毒的气体(　　)

(3)实验室只能用排水法收集NO，用向上排空气法收集NO2(　　)

(4)NO具有较强的还原性，在空气中极易被氧化(　　)

(5)将盛满NO的试管打开塞子置于空气中，无色气体变为红棕色(　　)

答案　(1)√　 (2)√　 (3)√　 (4)√　 (5)√

4.二氧化氮溶于水的实验如下图所示：把充满NO2的试管倒立水中，再通入O2。

(1)图1实验试管内气体的颜色慢慢变为无色，水面上升，最后静止在距试管底部的1/3处。

(2)图2实验把充满NO2的试管倒立水中，试管内水面上升，有无色气体NO生成，再通入氧气，最后试管全部充满液体。

(3)图3实验试管内液面上升，最后试管全部充满液体。

(1)二氧化氮溶于水反应的化学方程式是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，氧化剂与还原剂的物质的量比是1∶2。

(2)水吸收NO2制硝酸的原理

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO；

2NO＋O2===2NO2；

4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。

(3)二氧化氮溶于氢氧化钠溶液的化学方程式是2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O。

1.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

答案　C

解析　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。

2.在一定条件下，将充满NO2和O2的试管倒立于水槽中，充分反应后，剩余气体体积为原混合气体体积的，则原混合气体中NO2和O2的体积之比可能是(　　)

①8∶1　②7∶3　③7∶1　④4∶1

A.①② B.①③

C.②③ D.②④

答案　C

解析　反应为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，设原气体体积为8L，则剩余气体为1L。

①若剩余的1L气体为O2。则V(NO2)＝(×7) L，V(O2)＝(×7＋1) L。二者体积比为7∶3。

②若剩余的1L气体为NO，而上述反应后剩余3LNO2，则V(NO2)＝(3＋×5) L，V(O2)＝(×5) L。二者体积比为7∶1。

二、二氧化硫和二氧化氮对大气的污染

1.判断下列叙述是否正确？

(1)SO2和NO2都是大气污染物，能直接危害人体健康(　　)

(2)SO2主要来自煤、石油和某些含硫金属矿物的燃烧和冶炼(　　)

(3)NO2主要来自汽车尾气(　　)

(4)pH<5.6的降水称为酸雨(　　)

(5)酸雨主要由大气中的SO2和NO2溶于水而形成(　　)

(6)酸雨能直接破坏农作物、使土壤酸化、腐蚀工业设备等(　　)

答案　(1)√　 (2)√　 (3)√　 (4)√　(5)√　(6)√

2.酸雨的形成过程十分复杂，简要概括如下：

(1)写出酸雨中生成H2SO4的化学方程式。

答案　SO2＋H2O H2SO3,2H2SO3＋O2===2H2SO4。

(2)写出酸雨中生成HNO3的化学方程式。

答案　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

归纳总结

常见的环境污染

3.酸雨形成的最主要原因是(　　)

A.森林遭乱砍滥伐，破坏了生态平衡

B.工业上大量燃烧含硫燃料

C.大气中二氧化碳的含量增多

D.汽车排出大量尾气

答案　B

解析　空气中硫的氧化物和氮的氧化物随雨水降下就形成酸雨。酸雨的形成主要是由于空气中SO2和NOx的增多。在我国主要是SO2的增多。空气中SO2的主要来源是①化石燃料(煤和石油产品)的燃烧；②含硫矿石的冶炼；③硫酸、磷肥、纸浆厂的工业废气。目前，由于汽车用的燃料汽油、柴油等都经过了脱硫处理，所以形成酸雨的最主要原因是工业上大量燃烧含硫燃料。

4.空气是人类生存所必需的重要资源。为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持。下列措施不利于“蓝天工程”建设的是(　　)

A.推广使用燃煤脱硫技术，防治SO2污染

B.实施绿化工程，防止扬尘污染

C.研制开发燃料电池汽车，消除机动车尾气污染

D.加大石油、煤炭的开采速度，增加化石燃料的供应量

答案　D

解析　A、B、C都是可采取的措施，在D中，若加大不可再生资源石油、煤的开采，会造成资源缺乏，同时会使空气中的SO2、NOx含量的增加。

思维启迪　大气污染防治措施

(1)调整能源结构，发展清洁能源。

(2)研究煤的脱硫技术，改进燃烧技术，减少SO2和氮的氧化物的排放。

(3)加强工厂废气的回收处理。

(4)改进汽车尾气的处理技术，控制汽车尾气排放标准。

1.一氧化氮和二氧化氮都是有毒气体，重要的化学反应有：(1)2NO＋O2===2NO2。

(2)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

(3)4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。

(4)4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。

2.pH<5.6的降雨称为酸雨，酸雨分为硫酸型和硝酸型。前者由二氧化硫引起，后者由氮氧化物引起。

1.关于氮气的性质说法中错误的是(　　)

A.氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在

B.通常情况下，氮气性质很不活泼

C.可在氧气中燃烧生成一氧化氮

D.大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环

答案　C

解析　通常情况下氮气的性质很不活泼，在放电或高温条件下，能跟氧气反应。

2.下列有关环境污染的说法不正确的是(　　)

A.燃煤时加入适量石灰石，可减少废气中SO2的量

B.pH在5.6～7之间的降水通常称为酸雨

C.光化学烟雾的形成主要与NOx和碳氢化合物有关

D.含磷洗涤剂会导致水体污染

答案　B

3.对3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应的下列说法正确的是(　　)

A.氧化剂与还原剂的质量比为1∶2

B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2

C.NO2是氧化剂，H2O是还原剂

D.在反应中若有6molNO2参与反应时，有3mol电子发生转移

答案　A

4.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，经过足够的时间后，试管内气体体积缩小为原体积的，则原混合气体中N2和NO2气体的体积比是(　　)

A.2∶3 B.3∶2

C.3∶5 D.5∶3

答案　A

解析　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　ΔV

　3　　　　　　　　　　1　　2

　V(NO2)　　　　　　　　　　V

所以V(NO2)＝V，V(N2)＝V，V(N2)∶V(NO2)＝2∶3。

5.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：

NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O　①，

2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O　②。

在反应①中，氧化剂是________，还原剂是________。

在反应②中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。

(2)在一定条件下氨气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：______________________________________。

答案　(1)NO2　NO　1∶1　(2)8NH3＋6NO27N2＋12H2O

[基础过关]

题组一　氮气与氮的氧化物

1.下列关于氮气的说法中错误的是(　　)

A.通常情况下N2性质很稳定，所以N2可以在电焊时作保护气

B.N2＋O22NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要因素之一

C.N2在空气中约占的质量比为

D.在反应3Mg＋N2Mg3N2中，N2作氧化剂

答案　C

解析　N2很稳定，常用作保护气；但在高温下N2与O2产生的NO易被氧化为NO2，故汽车尾气会造成环境污染；N2在空气中的体积含量约为；N2与金属、H2反应时作氧化剂。

2.诺贝尔化学奖曾授予德国化学家GerhardErtl，以表彰他对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.汽车尾气中的NOx在铂表面发生反应的产物是N2

C.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

答案　D

解析　CO、NOx在铂表面发生的反应为CO＋NOxCO2＋N2(未配平)，也可能是CO与O2反应，此过程中铂作催化剂；CO2不能与人体中的血红蛋白结合。

3.科学的假设与猜想是科学探究的先导和价值所在。在下列假设或猜想引导下的探究肯定没有意义的是(　　)

A.探究SO2和Na2O2反应可能有Na2SO4生成

B.探究NO和N2O可能化合生成NO2

C.探究NO2可能被NaOH溶液完全吸收生成NaNO2和NaNO3

D.探究向滴有酚酞溶液的NaOH溶液中通入Cl2，酚酞红色褪去的原因是溶液的酸碱性改变还是HClO的漂白作用

答案　B

解析　NO和N2O反应不可能生成NO2，因为氮元素的化合价均升高，没有元素化合价的降低。

4.发射卫星的运载火箭，其推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷出。引燃后产生的高温气体主要是CO2、H2O、N2、NO，这些气体均为无色，但在卫星发射场看到火箭喷出大量红烟，产生红烟的原因是 (　　)

A.高温下N2遇空气生成NO2

B.NO遇空气生成NO2

C.CO2与NO反应生成CO和NO2

D.NO与H2O反应生成H2和NO2

答案　B

解析　NO是一种极易被空气中O2氧化的气体，产物是红棕色气体NO2。

题组二　氮的氧化物与水的反应

5.按图进行实验。试管中装有12mLNO，然后间歇而又缓慢地通入8mLO2，下列是有关最终状态的描述：

①试管内气体呈红棕色　②试管内气体呈无色　③试管内液面不变　④试管内液面上升　

⑤试管内气体是O2　⑥试管内气体是NO。其中正确的是 (　　)

A.①③ B.②④⑤

C.②④⑥ D.②③⑤

答案　C

解析　根据4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可得，剩余气体应为NO，体积为mL，试管内液面上升。

6.在标准状况下，将O2和NO2按1∶4体积比充满干燥烧瓶，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，最终烧瓶内溶液里溶质的物质的量浓度为(　　)

A. mol·L－1 B. mol·L－1

C. mol·L－1 D. mol·L－1

答案　C

解析　设烧瓶的体积为VL，由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3又O2和NO2的体积比为1∶4，知NO2的体积为VL，所以最终液体充满整个烧瓶，溶液的体积为VL，NO2的物质的量为VL÷22.4L·mol－1＝Vmol，所以硝酸的物质的量浓度为Vmol÷VL＝mol·L－1。

7.同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的两种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2。现将3支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是(　　)

A.V1>V2>V3 B.V1>V3>V2

C.V2>V3>V1 D.V3>V1>V2

答案　D

解析　可假设试管体积均为2V，则每种气体的体积均为V；当倒置于水槽中时：①中有反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，则剩余气体的体积V1＝V；②中有反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，则剩余O2的体积V2＝V；③中气体与水不反应，故试管中气体体积V3＝2V。综上所述，V3>V1>V2。

题组三　环境污染

8.下列气体①N2　②O2　③NO2　④NO　⑤CO2　⑥CO中，属于大气污染物的是 (　　)

A.③④⑥ B.①②③④

C.③④⑤⑥ D.全部

答案　A

解析　氮的氧化物、硫的氧化物及CO是常见的大气污染物。

9.下列名词与环境污染无关的是(　　)

①白色垃圾　②潮汐　③酸雨　④光化学烟雾　⑤臭氧空洞　⑥可吸入颗粒物　⑦赤潮　

⑧生物固氮

A.①⑦ B.②⑤

C.②⑧ D.⑦⑧

答案　C

解析　潮汐是自然现象；酸雨主要是由氮的氧化物和硫的氧化物造成的；光化学烟雾是由氮的氧化物等造成的；臭氧空洞是由氟氯代烃等物质造成的；赤潮是由水体的富营养化造成的，其危害是造成水中溶解氧的减少，导致生物死亡。

10.C、N、S的氧化物中许多是工业上重要的化工原料，但是当它们分散到空气中时，会带来很多环境问题。下列有关这些元素的氧化物说法不正确的是(　　)

A.开发太阳能、水能、风能、氢能等新能源将有利于减少这些氧化物的产生

B.这些氧化物使雨水的pH＜7，我们把pH＜7的雨水称之为酸雨

C.N与S的氧化物还能直接危害人的身体健康，引发呼吸道疾病

D.“温室效应”与二氧化碳的排放有着直接的关系

答案　B

解析　正常雨水为CO2的饱和溶液，其pH为5.6，pH小于5.6的雨水称为酸雨。

[能力提升]

11.下图所示是酸雨的形成示意图。根据图示回答下列问题。

(1)下列气体容易形成酸雨的是________。

A.CO2B.SO2C.N2D.NO2

(2)现有雨水样品1份，每隔一段时间测定该雨水样品的pH，所得数据如下：

分析数据，回答下列问题：

①雨水样品的pH变化的原因是__________________________(用化学方程式表示)。

②如果将刚取样的上述雨水和自来水相混合，pH将变________，原因是_______________________________(用化学方程式表示)。

(3)下列措施中，可减少酸雨产生的途径的是________(填字母)。

①少用煤作燃料　②把工厂烟囱造高　③燃料脱硫

④在已酸化的土壤中加石灰　⑤开发新能源

A.①②③B.②③④⑤C.①③⑤D.①③④⑤

答案　(1)BD　(2)①SO2＋H2O H2SO3,2H2SO3＋O2===2H2SO4　②小　Cl2＋2H2O＋SO2===H2SO4＋2HCl(或H2SO3＋HClO===H2SO4＋HCl)　(3)C

解析　(1)SO2、NO2易形成酸雨。

(2)①酸雨放置时pH变小，其原因是雨水中的H2SO3被空气中氧气氧化所致：SO2＋H2O H2SO3,2H2SO3＋O2===2H2SO4。

②雨水和自来水混合，应考虑SO2与Cl2(或H2SO3与HClO)的反应：SO2＋2H2O＋Cl2===H2SO4＋2HCl(或H2SO3＋HClO===H2SO4＋HCl)。因此雨水与自来水混合后溶液pH将变小。

(3)减少酸雨的产生需减少SO2的排放，将煤转化为清洁能源(如煤的气化和液化)，燃料脱硫、固硫，开发不含硫的新能源(如氢能、核能等)，都是有力措施。因此①③⑤正确。

知识拓展　(1)CO2不是形成酸雨的物质，不属于“城市空气质量时报”报道的污染物。

(2)燃煤脱硫反应原理为SO2＋CaO===CaSO3,2CaSO3＋O2===2CaSO4。

12.汽车尾气(含烃类、CO、SO2与NO等物质)是城市空气的污染源之一。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Pt、Pd合金作催化剂)，它的特点是使CO和NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使汽油充分燃烧及SO2的转化。

(1)写出NO与CO通过催化转换器发生反应的化学方程式：_____________________。

(2)催化转换器的缺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有________(填选项编号)。

a.植树造林b.开发氢能源

c.使用电动车d.控制汽车进城

e.使用无铅汽油

答案　(1)2CO＋2NON2＋2CO2

(2)反应除生成了N2外，还生成了增加空气酸度的CO2和SO3　(3)bc

解析　汽车尾部排出的废气中主要含CO、NOx及碳氢化合物。CO是汽油不完全燃烧的产物，NOx是汽油爆裂时，由空气中的氮和氧化合而成。碳氢化合物中含有烃类，有的是汽油原有成分，有的是氧化产物。大城市中汽车多，大气中NO含量较高，这是因为汽车引擎在工作时产生高温使之发生如下反应：N2＋O22NO，矿物油中硫在燃烧过程中产生SO2，治理方法是在汽车排气管上装一个用铂、钯合金做的催化转化器，使NO与CO反应生成N2和CO2，SO2被催化氧化为SO3。控制城市空气污染方法中，植树造林这一选项具有一定的迷惑性，植树造林能控制CO2量的增加，但对消除汽车尾气中的烃类、CO、SO2与NO等物质没有直接的效果，选bc。

13.氮的氧化物和硫的氧化物是导致酸雨的物质。

(1)形成酸雨的原理之一可简单表示如下：

回答下列问题：

①酸雨的pH________(填“＞”“＜”或“＝”)5.6。

②D物质的化学式为____________。

③反应②的化学方程式为___________________________________________。

(2)在一定条件下氨气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：_____________________，反应中氧化剂是____________，还原剂是__________________________________。

(3)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：

NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O

2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O

现有VL某NaOH溶液能完全吸收nmolNO2和mmolNO组成的大气污染物。

①所用烧碱溶液的物质的量浓度至少为________mol·L－1。

②若所得溶液中c(NO)∶c(NO)＝1∶9，则原混合气体中NO2和NO的物质的量之比n∶m＝________。

答案　(1)①＜　②H2SO3　③2SO2＋O22SO3

(2)6NO2＋8NH37N2＋12H2O　NO2　NH3

(3)①　②3∶2

解析　(1)酸雨的pH＜5.6，正常雨水的pH＝5.6。由图示转化可知：A为SO2，B为SO3，D为H2SO3。(2)NH3和NO2反应生成的无污染物质是N2和H2O。(3)①因产物NaNO3、NaNO2中n(Na＋)＝n(N)，故n(NaOH)＝n(NO)＋n(NO2)＝(m＋n) mol，c(NaOH)＝mol·L－1。②NO2与NO混合气体与NaOH溶液反应可以认为先后发生如下反应：

NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O

mm2m

2NO2＋2NaOH===NaNO2＋　NaNO3＋H2O

n－m (n－m) (n－m)

当V(NO)2≥V(NO)时能吸收完全，所以c(NO)∶c(NO)＝＝，即n∶m＝3∶2。

14.如图所示：在B水槽中装有500mL水，容积为amL的试管A充满了NO2和NO的混合气体(标准状况)，将试管A倒插入B水槽的水中。充分反应后，试管A中余下气体的体积为0.5amL。

(1)将A倒插入B槽中发生的反应为_______________________________________________，

该反应中氧化剂与还原剂的质量比为________，原混合气体中NO2和NO的物质的量之比为________。

(2)通过导气管C向余下0.5amL气体的试管A中持续通入氧气，A中可能观察到的现象是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)当试管A中充满气体时停止通入氧气，然后将试管取出水槽，水槽B中溶液的物质的量浓度为________mol·L－1(设溶液的体积仍为500mL)。

答案　(1)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　1∶2　3∶1

(2)无色气体变为红棕色，试管中液面不断上升至全充满。继续通入氧气后，试管中液面下降，最后充满无色气体

(3)

解析　(1)试管A倒插入B水槽水中后，发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，氧化剂与还原剂均为NO2，质量比为1∶2。根据题意有n(NO2)＋n(NO)＝[n(NO2)＋n(NO)]，n(NO2)∶n(NO)＝3∶1。(2)试管A中剩余0.5amL气体为NO，通入氧气后，发生反应

2NO＋O2===2NO2,4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，可写为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，无色气体变为红棕色气体，试管中液面不断上升至全充满，继续通入氧气后，试管中液面下降，最后充满无色气体(O2)。(3)试管中充满气体时，根据氮原子守恒，n(HNO3)＝n(气体)＝×

10－3mol，c(HNO3)＝＝mol·L－1。

15.将10mL充满NO2和O2的混合气体的试管，倒置在水槽中，反应停止后试管内剩余2mL的无色气体，求原混合气体中NO2和O2各多少毫升？

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

解析　剩余2mL气体可能是NO或O2，分两种情况讨论：

(1)剩余的是NO，可以看成先发生了反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3剩余的NO2又与水作用，最终有2mLNO产生。由反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO得，剩余的NO2体积为2mL×3＝6mL。则原有O2体积为(10mL－6mL)×＝0.8mL，NO2体积为10mL－0.8mL＝9.2mL。

(2)剩余的是O2，则有10mL－2mL＝8mLNO2和O2的混合气体按反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3进行。所以NO2的体积为8mL×＝6.4mL，O2体积为10mL－6.4mL＝3.6mL。

思维启迪　氮的氧化物溶于水的计算

反应原理

①3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

②2NO＋O2===2NO2

反应①×2＋②⇒

4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3

反应①×2＋②×3⇒

4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3

配套K122017-2018学年高中化学 第四章 非金属及其化合物 4.3 硫和氮的氧化物第2