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第二课时
【主干知识梳理】
一、氮气
1、物理性质:无色、无味气体、不溶于水
2、化学性质
(1)与活泼金属的反应 3Mg+N2Mg3N2
(2)与氢气的反应 N2+3H22NH3。
(3)与氧气的反应 N2+O22NO
二、一氧化氮
1、物理性质:无色、无味、有毒_气体、难溶于水
2、化学性质
2NO+O2=2NO2:NO收集方法:排水法
三、二氧化氮
1、物理性质:无色、有刺激性气味、有毒气体、密度比空气大,易液化、易溶于水。
2、化学性质
充满NO2的试管,倒立于盛有水的水槽中,水进入试管中,并慢慢上升到试管的高度处;试管内气体由红棕色色慢慢变为无色,剩余原气体的;当通入O2时,气体迅速由无色变红棕色色又溶于水,液面上升,气体又变为无色,这样反复几次,最终液体充满试管。
3、二氧化氮的污染
(1)危害性
①直接危害人体健康,引起呼吸道疾病,严重时会使人死亡。
②大气中二氧化氮溶于水后形成酸性溶液,随雨水降下,成为酸雨。
③二氧化氮是造成光化学烟雾的主要原因。
(2)回收和利用
用氨水吸收
【重点难点讲练】
【要点透析】(左栏) 1、氮的氧化物氮元素有+1、+2、+3、+4、+5等五种价态,有多种氧化物,其中N2O3,N2O5分别是HNO2和HNO3的酸酐,NO是一种还原性较强的气体,易被O2氧化成NO2,NO2是一种红棕色易溶于水且与水反应的气体,氧化性强。氮的氧化物及其性质是高考考察的重点,要求熟练掌握,活学活用。例1:在标准状况下,将O2与NO按3:4的体积比充满一个干燥烧瓶,将烧瓶倒置于水中,瓶内液面逐渐上升后,最后烧瓶内溶液的物质的量浓度为( ) A.0.045mol·L-1 B.0.036mol·L-1 C.0.026mol·L-1 D.0.030mol·L-1解析:此题涉及两个知识点:①NO与O2迅速反应生成NO2。②NO2与O2混合气与水发生反应:4NO2+O2+2H2O4HNO3。设O2为3mol,NO为4mol。根据2NO+O22NO2,烧瓶内实际存在的是4molNO2和1molO2,与水作用后,恰好生成4molHNO3,溶液的体积为5×22.4L。故硝酸溶液的浓度为4/(5×22.4)=0.036(mol·L-1)。答案:B 小结:解答本题容易出现下列错误:设O2为3L,NO为4L,恰好反应生成molHNO3,烧瓶容积等于气体体积,为3+4=7L,故HNO3的物质的量浓度为/7=0.026mol·L-1,选C。错误的根本原因在于忽视了3LO2和4LNO充入烧瓶即发生反应:2NO+O22NO2,气体实际体积为5L(4LNO2和1LO2),故烧瓶容积应为5L而不是7L。2、有关等NO、NO2、O2与水作用的计算(1)NO2或NO2与N2(非O2)的混合气体溶于水时可依据:3NO2+2H2O=2HNO3+NO,利用气体体积差值进行计算。(2)NO2和O2的混合气体溶于水时,由4NO2+O2+2H2O=4HNO3可知,体积比V(NO2):V(O2)=4:1时,恰好完全反应;体积比V(NO2):V(O2)>4:1时,NO2过量,剩余气体为NO;体积比V(NO2):V(O2)<4:1时,O2过量,剩余气体为O2。(3)NO和O2同时通入水中时,其反应是:2NO+O2=2NO2,4NO2+O2+2H2O=4HNO3,总式为:4NO+3O2+2H2O=4HNO3。当体积比V(NO):V(O2)=4:3时,恰好完全反应;当体积比V(NO):V(O2)>4:3时,剩余NO;当体积比V(NO):V(O2)<4:3时,剩余O2。(4)NO、NO2、O2三种混合气体通入水中,可先按原混合气体中NO2的体积求出NO的总体积,再按方法(3)进行计算。值得注意的是:4NO2+O2和4NO+3O2从组成上均相当于2N2O5组成。即(2)(3)两情况中的总反应式都与N2O5+H2O=2HNO3等效。这不仅是记忆(2)(3)二式的方法,也为上述问题的解法提供了新的思路。即利用混合气体中的N、O原子个数比进行分析判断:N:O<2:5时, O2剩余;N:O=2:5时, 完全反应;N:O>2:5时, 剩余NO。 【针对练习】(右栏)1-1下列用途中,应用了氮气性质的不活泼性的是:A、金属焊接时的保护气,和氩气混合充填灯炮B、用于合成氨气C、工业上以氮气为原料之一制硝酸D、保护粮食和水果1-2 容积为10mL的试管中充满NO2和O2混合气体,倒立于盛有水的水槽中,若最后剩余1mL气体(同温同压),则原有NO2可能是()A.8.0mL B.7.2mL C.8.6mL D.5.6mL1-3(1999年全国高考题)Murad等三位教授最早提出NO分子在人体内有独特功能,近年来此领域研究有很大发展,因此这三位教授荣获了1998年诺贝尔医学及生理学奖。下列关于NO的叙述不正确的是 ( ) A. NO可以是某些含低价N物质氧化产物 B. NO不是亚硝酸酐 C. NO可以是某些含高价N物质的还原产物 D. NO是棕色气体1-4(05上海)据报道,科学家已成功合成了少量N4,有关N4的说法正确的是( )A、N4是N2的同素异形体 B、N4是N2的同分异构体C、相同质量的N4和N2所含原子个数比为1:2 D、N4的摩尔质量是56g1-5在标准状况下,将NO2、NO、O2混合后充满容器,倒置于水中完全溶解,无气体剩余,若产物也不扩散,则所得溶液的物质的量浓度的数值范围是()A、无法确定 B、 C、 D、1-6(04广东)用仪器A、B和胶管组成装置收集NO气体(①仪器A已经气密性检查;②除水外不能选用其他试剂)。 正确的操作步骤是: 2-1:将盛有氮气和二氧化氮(无N2O4)混合气体的试管倒立于水中,经过足够长时间后,试管内气体的体积缩小为原来的一半,则原混合气体中氮气与二氧化氮的体积比是()A、1:1 B、1:2 C、1:3 D、3:1解析:将试管倒立于水中,仅NO2与H2O反应,生成的NO及N2为剩余气体。设原气体的体积为V,设NO2的体积为x。根据差量法解:3NO2+2H2O=2HNO3+NO 体积减小 3 2 x V/2x=V(N2)=V—3V/4=V/4V(N2):V(NO2)=V/4:3V/4=1:3答案:C2-2. (06年福州复习测试卷)把少量NO2气体通入过量小苏打溶液中,再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管,最后收集到的气体是( ) A.氧气 B.二氧化氮 C.二氧化氮和氧气 D.二氧化氮和一氧化氮答案:C2-3.(06年海淀区期末试题)下列各组物质中,气体X和气体Y同时通入盛有溶液Z的洗气瓶中(如图所示),一定没有沉淀生成的是 ( ) XYZANO2SO2BaCl 2BNH3O2Al2(SO4)3CNH3CO 2CaCl2DCO2SO2CaCl2答案:D
【课时同步练习】
【基础达标】
1、下列反应中气体物质既作氧化剂又作还原剂的是()
A、氯气通入石灰水中
B、二氧化氮通入水中
C、二氧化碳通入漂白粉溶液中
D、F2通入水中
2、能鉴别Br2蒸气和NO2两种红棕色气体的试剂是
A、 淀粉碘化钾溶液 B、蒸馏水
C、硝酸钾溶液 D、石蕊试液
3、 下列气体不会造成大气污染的是
A、SO2 B、NO C、NO2 D、N2
4、下列气体因与人体血液中血红蛋白作用而中毒的是()
A、NO B、NO2 C、CO D、CO2
5、一定条件下,将一装满NO2的试管倒立于水槽中,液面上升的高度为
A、1/3试管 B、2/3试管
C、满试管 D、3/4试管
6、用N2填充电灯泡,是依据氮的下列性质中的
A、N2无色 B、N2的化学性质不活泼
C、N2难溶于水 D、N2难于液化
7、起固氮作用的化学反应是()
A、氮与氢在一定条件下反应生成氨
B、一氧化氮与氧气反应生成了二氧化氮
C、NH3催化氧化生成NO
D、由NH3制成碳酸氢铵
8、已知某氮的氧化物中氧元素的质量分数为69.6%,则其化学式是()
A、NO B、NO2 C、N2O3 D、N2O4
9、汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NO及汽油、柴油等物质,这种尾气越来越成为城市空气污染的主要来源,必须予以治理。治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”(用铂、钯合金作催化剂)。它的特点是使CO与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、柴油等物质充分燃烧及SO2的转化。
(1)汽车尾气中NO的来源是 。
A.汽油、柴油中含氮,是其燃烧产物
B.是空气中的N2与汽油、柴油的反应产物
C.是空气中的N2与O2在汽车气缸内的高温环境下的反应产物
D.是汽车高温尾气导致了空气中N2与O2的化合反应
(2)写出CO与NO反应的化学方程式: 。
(3)“催化转化器”的缺点是在一定程度上提高了空气的酸度,其原因是
。
(4)控制或者减少城市汽车尾气污染的方法可以有 。(多选)
A.开发氢能源 B.使用电动车 C.限制车辆行驶 D.使用乙醇汽油
10、一定量的NO和一定量的O2混合充分反应后,其气体的密度是相同状况下氢气密度的20倍。求混合前NO和O2的物质的量之比。
[能力提升]
1.将盛有12mLNO2和O2混合气体的量筒倒立于水槽中,充分反应后,还剩余2mL无色气体,则原混合气体中O2的体积是( )
A.1.2mL B.2.4mL C.3.6mL D.4mL
2.10mLNO、CO2的混合气体通过足量的Na2O2后,气体的体积变为5mL(相同状况),则CO2和NO的体积比不可能为( )
A.1∶1 B.2∶1 C.3∶2 D.1∶2
3.贮满干燥的某种气体的试管倒置于水中,轻轻振荡,水可以充满试管。该气体不可能是( )
A.HI B.NO2 C.SO2 D.NH3
4、必须加入还原剂才能实现的是( )
A、NH4+ → NH3 B、NH3 → NO
C、NO2 → NO D、HNO3 → NO
5.如图所示,试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物),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,原来试管中盛装的可能是什么气体 ( )
A.可能是N2与NO2的混和气体 B.可能是O2与NO2的混和气体
C.可能是NO与NO2的混和气体 D.只可能是NO2一种气体
6.一氧化氮是大气污染物之一。目前,有一种治理方法是在400℃左右、有催化剂存在的情况下,用氨把一氧化氮还原为氮气和水。请写出该反应的化学方程式_______。
7.利用图4-3所示装置收集以下8种气体
(图中烧瓶的位置不得变化)
①H2 ②Cl2 ③CH4 ④HCl ⑤NH3
⑥NO ⑦H2S ⑧SO2
(1)若烧瓶是干燥的,则由B口进气收集的气体有________(写序号);
(2)若烧瓶充满水,可收集的气体有________,这时气体由________进入。
(3)若烧瓶是干燥的,则由A口进气,可收集的气体有________。
(4)若在烧瓶内装入浓硫酸使气体干燥,则可用此装置来干燥的气体有________,这时气体由________口进入。
8、实验室常用饱和NaNO2与NH4Cl溶液反应制取纯净氮气。反应式为NaNO2+NH4Cl=NaCl+N2↑+2H2O↑+Q实验装置如图所示。
(1)装置中,A部分的分液漏斗与蒸馏烧瓶之间连接的导管所起的作用是 (填编号)。
a、防止NaNO2饱和溶液蒸发;b保证实验装置不漏气;c、使NaNO2饱和溶液容易滴下。
(2)B部分的作用是 。
a、冷凝 b、冷却氮气 c、缓冲氮气流
(3)加热前必须进行的一个操作步骤是 。加热片刻后,即应移去酒精灯火以防止反应物冲出,其原因是 。
(4)收集N2前,必须进行的步骤是 (用文字说明)。收集N2最适宜的方法是(填编号) 。
a、用排气法收集在集气瓶中;b、用排水法收集在集气瓶中;c、直接收集中球胆中。
第二课时针对练习:1-1 A、D【解析】N2在高温、高压、催化剂存在条件下,能与某些物质发生反应。例N2和H2→NH3→催化氧化得HNO3,所以排除B、C。
A对:代替稀有气体焊接金属的保护气——利用其不活泼性,和Ar气混合填充灯泡,防止钨丝氧化——也利用其不活泼性。D对:粮食、水果处于低氧、高氮环境中,能使其中的害虫缺氧而死,使种子处于休眠状态,从而保护粮食水果。
1-2 B、C。【解析】设原有NO2为xmL,则:
⑴若剩余气体为NO:
(x-1):[2x+2(10-x)-1]=2:5 x=8.6(ml)
⑵若剩余气体为O2:
x:[2x+2(10-x)-2]=2:5 x=7.2(ml)
1-3 D【解析】本题看似很深奥,实际不然,考查的落点是中学化学常见物质NO的有关性质。根据NO中氮元素的化合价(+2)处于氮元素中间价态,应用氧化还原反应原理可推知:NO既可能是低价含N物质的氧化产物,又可能是高价含N物质的还原产物;根据酸酐概念,亚硝酸酸酐应是N2O3;NO应是无色气体。
1-4A1-5C1-6在A中加满水,盖紧瓶塞,用胶管连接b和c接口,由a导入NO气体,水通过b和c排入B中。
基础达标:1、AB2、BC解析:通过水NO2气体变无色,通过AgNO3后Br2气会使溶液产生沉淀。
3、D4、AC解析:NO与CO一样,都能与Fe2+结合,使血红蛋白失去输氧能力。
5、B6、B7、A8、BD
9、(1)C ;(2) 2CO+2NO2CO2+N2 ; (3) SO2转化为SO3,产生了硫酸酸雾 ; (4) ABD
10、(1)O2过量时,2NO+O2=2NO2反应后剩余气体为O2和NO2。
设原混合气体中NOxmol,O2ymol
则消耗O2 x/2mol,余O2 :(y—x/2)mol;生成NO2 xmol。O2 和NO2的=2g/mol×20=40g/mol
根据十字交叉法:
NO2(46g/mol) 8
40g/mol
O2(32g/mol) 6
,则
得:x:y=4/5
(2)NO过量时,反应后剩余气体为NO和NO2。设混合气体NO a mol,O2b mol,O2 完全反应
2NO—O2—2NO2
2 1 2
2b b 2b
则:反应后:NO=(a-2b)moL;NO2=2bmol。
十字交叉法:
NO(30g/mol) 6
40g/mol
NO2(46g/mol) 10
,a:b=16/5
答案:O2过量时;
NO过量时。
能力提升: 1.AD解析:解题依据的化学反应原理为:
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
3NO2+H2O=2HNO3+NO
设O2的体积为XmL,剩余的气体有两种可能:
①若剩O2,则=-(12-)=2,得=4,D正确。
②若剩NO,则=[(12-)-4]=2,得=1.2,A正确。选A、D。
2.D 解析:本题是CO2、NO的混合气体通过Na2O2时,体积变化的计算。
2CO2+2Na2O22Na2CO3+O2①
2NO+O22NO2②
①+②得:2Na2CO3+2NO2③
4体积2体积
由此可得出下列推论:
(1)当(CO2)=(NO),反应恰好按③式进行,反应后
=[(CO2)+(NO)]
(2)当(CO2)>(NO),反应按③式进行后,剩余CO2按①式进行,即体积仍减少一半,反应后
=[(CO2)+(NO)]
(3)当(CO2)<(NO),反应按③式进行后,剩余NO体积不变化,反应后>[(CO2)+(NO)]。
根据上述讨论,现已知NO、CO2气体通过Na2O2后体积为原来的一半,故应满足(1)(2)两种推论结果,A、B、C均符合(CO2)≥(NO),只有D不符。
3.B解析:HI、SO2、NH3可全部溶于水中,故水可以充满试管;因NO2与H2O的反应为3NO2+H2O2HNO3+NO,生成了不溶于水的NO,所以水不能充满试管。故应选B。
4、CD5、BC
6、6NO+4NH35N2+6H2O
解析:根据氧化还原反应的原理分析,用NH3将NO还原成无毒气体,该气体只能是N2。NO中N(+2)的氮元素;被NH3中N(-3)还原为N(0),剩下的氢、氧元素只能结合成水。
7、(1)②④⑦⑧ (2)①③⑥A
(3)①③⑤ (4)①②③④⑥⑧B
解析:由B口进入适宜于比空气重的气体,由A口进入适宜于比空气轻的气体。
8、(1)c (2)a(3)检查装置的气密性,该反应是放热反应
(4)将系统内空气排净,c
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