高中化学人教版 (新课标)必修1第三节 硫和氮的氧化物教案

课时2　氮的氧化物和大气污染

目标与素养：1.了解N2、NO、NO2的主要性质及应用。(变化观念与科学探究)2.了解SO2、NOx对大气的污染与防治。(社会责任)3.了解NO、NO2与O2混合溶于水的简单计算。(模型认知)

一、氮气与氮的氧化物

1．物理性质

2.化学性质

(1)N2通常情况下很稳定，在高温或放电条件下与O2反应的方程式为N2＋O22NO。

(2)NO与NO2

①常温下，NO在空气中的现象是无色变红棕色，方程式为2NO＋O2===2NO2。

②把一支充满NO2气体的试管倒置在水槽中，现象为试管中的水液面逐渐上升，红棕色气体逐渐变浅至无色，最终液面上升至试管容积的，反应方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

　农业上有句谚语是“雷雨发庄稼”，该过程发生了哪些化学反应？

提示：N2＋O22NO,2NO＋O2===2NO2，

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

二、SO2、NO2对大气的污染

1．SO2和NO2的主要来源、危害和防治

2．酸雨

(1)概念：pH<5.6的降雨。

(2)成因：主要是大气中的SO2、NO2溶于水形成的。

(3)类型(写出反应化学方程式)：

①硫酸型：SO2→H2SO3→H2SO4。

化学方程式：SO2＋H2OH2SO3,2H2SO3＋O2===2H2SO4。

②硝酸型：NO2→HNO3。

化学方程式：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

(4)危害

①直接破坏农作物、森林、草原，使土壤、湖泊酸化。

②加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及电信电缆的腐蚀。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)N2很稳定，不能与任何物质发生反应。 (　　)

(2)收集NO或NO2均可用向上排空气法。 (　　)

(3)NO2与H2O反应可生成HNO3，故NO2为HNO3的酸性氧化物。  (　　)

(4)pH<7的雨水称为酸雨。  (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×

2．我国城市环境中的大气污染主要是(　　)

A．二氧化碳、氯化氢、酸雨

B．二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、烟尘

C．二氧化氮、一氧化碳、氯气

D．二氧化硫、二氧化碳、氮气、粉尘

[答案]　B

3．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        5.6(填“>”“<”或“＝”)。

(2)D物质的化学式为        。

(3)反应②的化学方程式为                        。

(4)接收的酸雨pH减小的理由                                                      

                                 (写化学方程式)。

[答案]　(1)<　(2)H2SO3　(3)2SO2＋O22SO3

(4)2H2SO3＋O2===2H2SO4

NO2能溶于H2O并发生反应，为了使NO2尽可能被H2O吸收，某化学兴趣小组设计了如下实验步骤，以探究NO2被H2O吸收的程度。

①将盛满NO2气体的试管倒置于盛水的水槽中，如图甲所示。

甲

②制备一定量的O2。

③将制得的O2缓慢通入步骤①的试管中，如图乙所示。

乙

1．步骤①中发生NO2与H2O的反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，使红棕色气体逐渐消失，试管内水位不断上升，最后水充满整个试管的，上部为无色气体，占试管容积的。

2．步骤③中发生2NO＋O2===2NO2,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，试管内无色气体变为红棕色，后又变为无色，气体体积逐渐减小，液面不断上升至充满。继续通O2，液面又下降。

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N2与NO2的混合气体

②可能是NO2气体

③可能是NO与NO2的混合气体

④只可能是NO2一种气体

A．①②　　　　　　　 B．②③

C．③④   D．①④

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肯定错误；如果为少量氧气和大量二氧化氮的混合气体时②可以成立；③中通入足量的氧气，NO也可以全部被吸收。]

科学探究——SO2、NOx的吸收处理

(1)NaOH溶液吸收

SO2＋2NaOH===Na2SO3＋H2O；

NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O；

2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O。

(2)氨气吸收

2NH3＋H2O＋SO2===(NH4)2SO3；

8NH3＋6NO27N2＋12H2O；

4NH3＋6NO5N2＋6H2O。

(3)汽车尾气转换器

2CO＋2NO2CO2＋N2。

(4)石灰吸收

CaO＋SO2===CaSO3、2CaSO3＋O2===2CaSO4。

2．下列说法不正确的是(　　)

A．SO2是大气污染物之一，主要来自化石燃料的燃烧和工厂排放的废气

B．汽车的排气管上装有“催化转化器”，可使有毒的CO和NO反应生成N2和CO2

C．向煤中加入适量石灰石，使煤燃烧产生的SO2最终生成CaSO4，可减少对大气的污染

D．大量燃烧化石燃料排放的废气中含CO2、SO2，从而使雨水的pH＝5.6，形成酸雨

D　[雨水的pH<5.6时才是酸雨，D错误。]

3．酸雨是对降水呈酸性(pH小于5.6)的统称。下列说法错误的是(　　)

A．空气中的SO2溶于水，最终形成酸雨

B．汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气都含有氮氧化物

C．燃煤中加入CaO可以减少酸雨的形成及温室气体的排放

D．为了减少酸雨的形成，必须减少SO2的排放量，对燃料脱硫处理

[答案]　C

1NO在破坏臭氧层的过程中可发生如下反应：

NO＋O3―→NO2＋O2,NO2＋O―→NO＋O2

总反应方程式为O3＋O―→2O2

从整个反应来看NO作催化剂。

2NO使人中毒的原理与CO相似，被人吸入后与血红蛋白结合生成一氧化氮血红蛋白，从而使血红蛋白失去运输O2的能力。

系列微专题4：NO2、NO与O2混合溶于水的有关计算

1．相关反应原理

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ①

2NO＋O2===2NO2  ②

由方程式①×2＋②得：

4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 ③

由方程式①×2＋②×3得：

4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 ④

2．氮的氧化物溶于水的三种类型

(1)NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应①：剩余气体为NO。

(2)NO2和O2的混合气体：NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应③：

(3)NO和O2的混合气体：NO、O2的混合气体溶于水时涉及反应④：

【典例】　将V mL NO和NO2的混合气体通过水吸收后，得到a mL无色气体A，将此无色气体A与等体积O2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        。

【思路点拨】　

(根据4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可知B为O2)。

[解析]　(1)NO2溶于水生成NO，故A为NO，NO与O2通入水中发生反应：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，二者等体积时，O2过量，故B为O2；

(2)4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3

4　　 3

a mL　 mL

依题意：a－＝5，a＝20。

[答案]　(1)NO　O2　(2)20 mL

1．将40 mL NO2和NO的混合气体通入倒立于水槽中盛满水的试管里，充分反应后试管中剩余20 mL气体，则原混合气体中NO2和NO的体积比为(　　)

A．2∶1　　 B．1∶1　　

C．3∶1   D．1∶1

C　[3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　　ΔV

    3 mL                  1 mL  2 mL

    V(NO2)                      (40 mL－20 mL)

＝，解得V(NO2)＝30 mL

所以原混合气体中V(NO)＝40 mL－30 mL＝10 mL，因此V(NO)2∶V(NO)＝30 mL∶10 mL＝3∶1。]

2．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

D　[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＝2 V。综上所述，V3>V1>V2。]

1．下列物质的转化必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是(　　)

①N2→NO2　②NO2→NO　③NO2→HNO3　④N2→NO

A．①　　　　 B．②　　　　

C．④　　 D．③

C　[该题有两个要求：(1)必须加入氧化剂；(2)通过一步反应就能完成。反应①、③、④从化合价角度来看都是升高，但反应①N2→NO2不能通过一步反应完成；而反应③NO2→HNO3虽然氮的化合价升高，但不加氧化剂也能完成，如3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，在该反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂；只有反应④N2→NO必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成。]

2．下列关于NO和NO2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．含等质量的氧元素的NO和CO的物质的量相等

D．NO2可用排水法收集

C　[解答本题要抓住NO易被氧化、NO2易与水反应的特点。NO是无色的气体，A错误。常温常压下，NO易与空气中的氧气直接化合生成NO2，B错误。NO2能与水反应，故不能用排水法收集，D错误。]

3．一定条件下，将等体积的NO和O2的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为原总体积的(　　)

A.   B.

C.   D．

C　[设原NO的体积为a L，

则4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，

a L　    a L　

＝。]

4．下列有关环境污染的说法不正确的是(　　)

A．燃煤时加入适量生石灰，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．光化学烟雾的形成与NOx和碳氢化合物有关

D．含磷洗涤剂的大量使用和任意排放会导致水体污染

[答案]　B

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