(共36张PPT)
第五章 化工生产中的重要非金属元素
2
2门世2有
3厚
液氮用于
用作灯泡
医疗手术
填充气
基
粮食
氨肥
用作粮食、
用于制氮肥
瓜果的保
护气第二节 氮及其化合物
课时1 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮
(一)基础巩固
1.(2024·广东清远阶段练习)下列属于自然固氮的是 ( )
A.闪电条件下N2与O2反应
B.NH3与HCl直接化合生成NH4Cl
C.实验室制取氨
D.在高温高压催化剂条件下合成氨
解析:闪电时,N2与O2反应生成NO,属于自然固氮,A项符合题意;NH3与HCl直接化合生成NH4Cl是含氮化合物之间的相互转化,不属于氮的固定,B项不符合题意;氯化铵与氢氧化钙反应生成氨,属于氮的化合物之间的相互转化,不属于氮的固定,C项不符合题意;工业上用氮气合成氨,即N2→NH3,N2是单质,是游离态的氮,转化为化合态的NH3,属于人工固氮,D项不符合题意。
答案:A
2.核酸是细胞内具有遗传功能的物质,NO属于细胞间的通信物质,两者有机结合起来共同承担人体新陈代谢的任务。下列对NO的叙述不正确的是 ( )
A.NO是一种无色的有毒气体
B.实验室收集NO可用排空气法
C.NO的生物学作用及其作用机理在医学领域中有很高的研究价值
D.NO难溶于水且不与水反应,可用排水法收集
解析:NO是一种无色的有毒气体,遇空气会与其中的O2反应产生红棕色的NO2,因此不能用排空气法收集,A项正确,B项错误;研究发现,NO在心脑血管调节、免疫调节等方面有着十分重要的作用,故NO的生物学作用及其作用机理在医学领域中有很高的研究价值,C项正确;NO难溶于水且不与水反应,因此可用排水法收集,D项正确。
答案:B
3.火箭的推进器引燃后发生剧烈反应,产生大量高温气体,从火箭尾部喷出。引燃后的高温气体成分有CO2、H2O、N2、NO等,这些气体均无色,但在发射现场看到火箭喷射出大量的红烟,产生红烟的原因是 ( )
A.高温下N2遇空气生成NO2
B.NO与空气反应生成NO2
C.CO2与NO反应生成NO2
D.NO与H2O反应生成NO2
答案:B
4.在二氧化氮被水吸收的反应中,发生还原反应和氧化反应的物质的量之比是 ( )
A.3∶1 B.1∶3 C.1∶2 D.2∶1
解析:二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮,化学方程式为3NO2+H2O2HNO3+NO,氧化剂和还原剂都是二氧化氮,发生还原反应和氧化反应的物质的量之比为1∶2。
答案:C
5.(2023·广东广州,改编)用ICP/SIFT方法可将汽车尾气中的NOx(x≥1)和CO转化为无污染的气体(如图所示)。下列说法正确的是 ( )
A.过程中Zn2+作催化剂
B.过程Ⅰ只发生还原反应,过程Ⅱ只发生氧化反应
C.反应过程中每生成1 mol N2 转移 2x mol 电子
D.该过程的总反应为2NOx+2xCO2xCO2+N2
解析:过程Ⅰ是NOx与Zn+反应转化为N2、O-、Z,反应为2xZn++2NOxN2+2xZn2++2xO-,过程Ⅱ是O-、Zn2+、CO转化为CO2、Zn+,反应为O-+Zn2++COCO2+Zn+,整个过程总反应为2NOx+2xCON2+2xCO2,Zn+是整个过程的催化剂,故A项错误;过程Ⅰ是NOx与Zn+反应转化为N2、O-、Zn2+,反应中,NOx中N元素化合价降低,Zn+化合价升高,过程Ⅱ是O-、Zn2+、CO转化为CO2、Zn+,反应中,Zn2+化合价降低,CO中C元素化合价升高,故B项错误;根据总反应,N元素化合价由+2x降低为0价,故反应过程中每生成1 mol N2转移2x×2 mol电子,即4x mol电子,故C项错误。
答案:D
6.(2022·广东广州)如图所示,在注射器里吸入20 mL NO,然后吸入5 mL水。若再吸入30 mL空气按O2体积占计算,夹紧弹簧夹,观察现象(不考虑摩擦力)。已知常温常压下,气体摩尔体积为24.5 L·mol-1,则下列叙述错误的是 ( )
A.最终剩余气体体积约为36 mL
B.可观察到注射器的活塞缓缓向右移动
C.可观察到注射器内气体由无色变成红棕色,最后变成无色
D.若反应前后液体体积不变,所得硝酸的浓度约为0.07 mol·L-1
解析:A项,常温常压下,气体体积之比等于其物质的量之比,根据2NO+O22NO2,消耗的O2为30 mL×=6 mL,参与反应的NO为12 mL,生成了12 mL NO2,此反应中气体体积减小6 mL,根据3NO2+H2O2HNO3+NO,12 mL的NO2参与反应生成了4 mL的NO,此反应中气体体积减小了8 mL,最终剩余气体体积约为20 mL+30 mL-6 mL-8 mL=36 mL,正确;B项,在注射器中发生的反应为2NO+O22NO2和3NO2+H2O2HNO3+NO,两个反应均为气体分子数减小的反应,则活塞缓缓向左移动,错误;C项,NO与O2发生反应生成NO2,NO2与H2O发生反应生成硝酸和NO,可观察到注射器内气体由无色变成红棕色,最后变成无色,正确;D项,根据A项中分析可得,参与反应的NO2的体积为12 mL,根据3NO2+H2O2HNO3+NO,可以列出:
则硝酸的浓度为≈0.07 mol·L-1,正确。
答案:B
7.某化学学习小组为探究NO2与SO2的反应,特进行以下实验(如图所示)。
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
(1)图Ⅰ两集气瓶中 (填“上”或“下”)瓶颜色深。
(2)图 Ⅱ 中反应的现象是两气体混合后,集气瓶中颜色褪去。图Ⅲ中“有红棕色气体产生”说明SO2与NO2反应的产物中有 ,说明NO2在该反应中表现 性。
(3)由图Ⅱ和图Ⅲ中的现象写出NO2与SO2反应的化学方程
式: 。
答案: (1)下 (2)NO 氧化 (3)NO2+SO2NO+SO3
(二)拓展提高
8.将盛有1 mol NO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中,再通入0.4 mol O2,充分反应后,整个试管充满水。原混合气体中NO与NO2的体积比为 ( )
A.1∶2 B.3∶7
C.2∶5 D.无法确定
解析:设1 mol NO和NO2的混合气体中有a mol NO和(1-a) mol NO2,根据4NO+3O2+2H2O4HNO3和4NO2+O2+2H2O4HNO3可得,a+=0.4,解得a=0.3,因此V(NO)∶V(NO2)=3∶7。
答案:B
9.利用石灰乳与硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应,既能净化尾气,又能获得应用广泛的 Ca(NO2)2,其部分工艺流程如下:
(1)上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底部进入,石灰乳从吸收塔顶部喷淋),其目的是 ; 滤渣可循环使用,其主要成分是 (填化学式)。
(2)该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1。若n(NO)∶n(NO2)>1∶1,则会导致 ;若n(NO)∶n(NO2)<1∶1,则会导致 。
(3)生产中溶液需保持弱碱性,在酸性溶液中会发生分解,产物之一是NO,其反应的离子方程式为 。
解析: (1)气液逆流接触吸收的原理是气体上升,液体下降,从而增大气体与溶液的接触面积,使尾气被充分吸收。石灰乳与NO、NO2发生归中反应,化学方程式为NO+NO2+Ca(OH)2Ca(NO2)2+H2O,若NO2过剩,剩余的NO2与Ca(OH)2发生歧化反应,生成Ca(NO2)2和Ca(NO3)2,Ca(NO2)2和Ca(NO3)2均是可溶的,故滤渣为过量的微溶的Ca(OH)2。(2)NO和NO2物质的量之比为 1∶1 时,产物只有 Ca(NO2)2,若n(NO)∶n(NO2)>1∶1,则会导致NO过量,而NO不与Ca(OH)2反应,将会导致污染大气,若
n(NO)∶n(NO2)<1∶1,则会导致NO2过量,过量的NO2与Ca(OH)2反应生成Ca(NO2)2和Ca(NO3)2,则会导致产品Ca(NO2)2中Ca(NO3)2的含量升高。(3)在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解,产物之一是NO,N元素化合价降低,根据氧化还原反应原理,必有元素化合价升高,即还生成N,根据原子守恒和电荷守恒,即可写出反应的离子方程式。
答案: (1)使尾气中的NO、NO2被充分吸收 Ca(OH)2
(2)排放气体中NO含量升高 产品Ca(NO2)2中含量升高
(3)3N+2H+N+2NO↑+H2O
(三)挑战创新
10.某研究性学习小组的一个课题是“NO2能否支持木条燃烧”,由于实验室中没有现成的NO2气体,该小组的同学设计了两个方案(忽略N2O4的存在,图中铁架台等夹持仪器均已略去)。已知浓硝酸受热分解、铜与浓硝酸反应的化学方程式分别为4HNO3(浓)4NO2↑+O2↑+2H2O、Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2H2O+2NO2↑。
Ⅰ.实验装置如图1所示。
图1
实验开始后木条上的火星逐渐熄灭,有的同学得出“NO2不能支持木条燃烧”的结论。你认为这一结论 (填“正确”或“错误”),理由是
。
Ⅱ.实验装置如图2所示。
图2
(1)硝酸铜固体受热分解的产物有氧化铜、二氧化氮和氧气,该反应的化学方程式是 。
(2)当集气瓶中充满红棕色气体时,木条复燃了,有的同学得出“NO2能支持木条燃烧”的结论。你认为这一结论 (填“正确”或“错误”),理由是 。
解析:Ⅰ.该反应的反应条件是加热,加热过程中有水蒸气生成,产生的大量水蒸气可能抑制了NO2的助燃,导致NO2不能支持木条燃烧的假象,所以结论错误。 Ⅱ.(2)根据该反应中氧气所占的体积分数与空气中氧气所占的体积分数进行比较判断。
答案:Ⅰ.错误 带火星的木条熄灭可能是由加热时产生的大量水蒸气造成的
Ⅱ.(1)2Cu(NO3)22CuO+4NO2↑+O2↑ (2)正确 硝酸铜分解产生的混合气体中氧气的体积分数与空气中氧气的体积分数基本相同,若NO2不支持燃烧,则木条不会复燃
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
