資源簡介

基礎課時4　氮及氮的氧化物
學習目標　1.結合真實情境中的應用實例或通過實驗探究,了解N2、NO和NO2的主要性質。2.能從物質類別和氮元素化合價的角度認識氮氧化物的性質與轉化。3.認識N2、NO和NO2在生產中的應用和對生態環境的影響。
一、氮氣與氮的固定
(一)知識梳理
1.氮原子結構和氮元素的存在
(1)氮原子的“位、構、性”
(2)氮元素在自然界中的存在
2.氮氣的性質
(1)物理性質
顏色 密度 氣味 溶解性
無 比空氣略小 無 難溶于水
(2)化學性質
①穩定性
氮分子內兩個氮原子間以共價三鍵(N≡N)結合,斷開該化學鍵需要較多的能量,所以氮氣的化學性質很穩定,通常情況下很難與其他物質發生化學反應。
②氮氣的常見反應:在高溫、放電等條件下,氮氣也可以與鎂、氧氣、氫氣等物質發生化合反應(寫出化學方程式)。
還原性:N2+O22NO。
氧化性:3Mg+N2Mg3N2、
N2+3H22NH3。
3.氮的固定
(1)氮的固定:將大氣中游離態的氮轉化為氮的化合物的過程叫做氮的固定。
(2)類型
自然固氮 大自然通過閃電釋放的能量將空氣中的氮氣轉化為含氮的化合物
通過豆科植物的根瘤菌將氮氣轉化成氨
人工固氮 人類則通過控制條件,將氮氣氧化或還原為氮的化合物,如工業合成氨
4.氮的循環
(二)歸納總結
1.氮氣的性質:氮元素常見化合價有-3、0、+2、+4、+5價等;氮氣中氮元素呈0價,處于中間價態,故氮氣既有氧化性(與H2、鎂等反應),又有還原性(與O2等反應)。
2.氮的固定:將游離態的N2轉化為化合態含氮物質的過程,實現了氮元素化合價的升高或降低,體現了氮氣的還原性或氧化性。
1.下列關于氮氣性質的說法中正確的是 (　　)
A.點燃條件下,N2在氧氣中燃燒生成NO
B.點燃時,N2與金屬Mg反應生成Mg3N2,N2作還原劑
C.合成氨反應中,N2發生氧化反應
D.氮氣的化學性質穩定,其原因是兩個氮原子之間以共價三鍵結合
答案　D
解析　A項,氮氣與氧氣在放電或高溫條件下生成一氧化氮;B項,點燃時,N2與金屬Mg反應生成Mg3N2,N2得電子化合價降低作氧化劑;C項,合成氨反應中,N2得電子化合價降低發生還原反應;D項,氮氣的化學性質穩定,其原因是兩個氮原子之間以共價三鍵結合,鍵能大,不易斷裂,物質化學性質穩定。
2.氮是各種生物體生命活動不可缺少的重要元素,氮的循環為生物體提供氮元素。下列過程不屬于氮的固定的是 (　　)
A.根瘤菌把氮氣轉化為氨
B.氮氣和氫氣在適宜條件下合成氨
C.鎂在氮氣中燃燒
D.工業上用氨和二氧化碳合成尿素
答案　D
解析　A項,氮由游離態轉化為化合態,屬于氮的固定,根瘤菌把氮氣轉化為氨,屬于氮的固定;B項,氮氣和氫氣在適宜條件下合成氨,氮由游離態轉化為化合態,屬于氮的固定;C項,鎂在氮氣中燃燒,生成氮化鎂,氮由游離態轉化為化合態,屬于氮的固定;D項,工業上用氨和二氧化碳合成尿素,屬于不同化合態的氮之間的轉化,不屬于氮的固定。
二、一氧化氮和二氧化氮
(一)知識梳理
1.一氧化氮、二氧化氮的物理性質
氧化物 顏色 狀態 氣味 水溶性 毒性
NO 無色 氣態 無味 不溶
NO2 紅棕色 氣態 刺激性氣味 易溶
2.一氧化氮、二氧化氮的化學性質
(1)在常溫下,NO很容易與O2反應,化學方程式為2NO+O2===2NO2。
(2)NO2溶于水時發生反應,化學方程式為3NO2+H2O===2HNO3+NO。
(二)互動探究
二氧化氮溶于水的實驗探究
操作一:在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO,然后吸入5 mL水,用乳膠管和彈簧夾封住管口,振蕩注射器,觀察現象。
操作二:打開彈簧夾,快速吸入10 mL空氣,夾上彈簧夾,觀察現象。
操作三:振蕩注射器,再觀察現象。
【問題討論】
問題1　NO能否溶于水 能否與水反應
提示　NO不溶于水;不能與水反應。
問題2　操作三中振蕩注射器觀察到什么現象 注射器會有什么氣體剩余
提示　開始無色氣體變紅棕色,后來顏色逐漸變淺或消失,氣體體積變小;NO2與水反應生成硝酸和NO;剩余氣體中除含有氮氣外,還含有NO。
問題3　上述實驗中發生了哪些化學反應 寫出反應方程式。
提示　實驗中發生的反應為2NO+O2===2NO2、3NO2+H2O===2HNO3+NO。
問題4　如果要將注射器中的NO充分轉化,可以采取哪些措施 上述實驗對工業上生產硝酸有哪些啟示
提示　如果要將注射器中的NO充分轉化,持續通入過量的空氣,再用水吸收NO2;制取硝酸的反應過程中,要不斷地補充空氣,充分利用原料,使NO2盡可能多地轉化為硝酸,并能減少NO的排放以保護環境。
【探究歸納】
1.不同價態氮的氧化物
N的化合價 +1 +2 +3 +4 +5
對應氧化物 N2O(笑氣) NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5
其中屬于酸性氧化物的是N2O3和N2O5,對應的酸分別是HNO2(亞硝酸)和HNO3。
2.NO和NO2的性質及轉化
①2NO+O2===2NO2　②3NO2+H2O===2HNO3+NO　③2NO+2CON2+2CO2　
④2NO2+4CON2+4CO2
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列說法正確的是 (　　)
A.氮氣化學性質不活潑,原因是N的非金屬性較弱
B.氮氣與氧氣在汽車內燃機中高溫反應,氧氣過量直接生成NO2
C.植物直接吸收利用空氣中的NO和NO2作為肥料,實現氮的固定
D.“雷雨發莊稼”所包含的化學變化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸鹽
答案　D
解析　氮氣化學性質不活潑,原因是N≡N鍵能大,A錯誤;氮氣與氧氣在汽車內燃機中高溫反應生成NO,NO進一步被氧氣氧化生成NO2,B錯誤;氮的固定是將游離態的氮轉化為化合態的氮的過程,C錯誤;“雷雨發莊稼”所包含的化學變化:放電時氮氣被O2氧化產生NO,NO被O2氧化為NO2,NO2與H2O反應產生HNO3,硝酸進一步轉變為硝酸鹽,D正確。
2.下列對NO和NO2的描述不正確的是 (　　)
A.NO2與水的反應中,NO2既是氧化劑又是還原劑
B.NO是無色氣體,可用向上排空氣法收集
C.NO2與H2O反應生成HNO3,但NO2不是酸性氧化物
D.從元素化合價角度看,NO既有氧化性又有還原性
答案　B
解析　NO2與水發生反應:3NO2+H2O===2HNO3+NO,氮元素由+4價變為+2價和+5價,則NO2既是氧化劑又是還原劑,A正確;NO易與O2反應生成NO2,不能用排空氣法收集,可采用排水法收集,B錯誤;NO2與H2O反應生成HNO3,N的價態發生了變化,故NO2不是酸性氧化物,C正確;NO中氮元素顯+2價,處于中間價態,則NO既有氧化性又有還原性,D正確。
【題后歸納】　氮的氧化物溶于水的三種情況
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
(1)NO2氣體:NO2氣體溶于水時僅涉及反應①,剩余氣體為NO。
(2)NO2和O2的混合氣體:4NO2+O2+2H2O===4HNO3
V(NO2)∶V(O2)
(3)NO和O2的混合氣體:4NO+3O2+2H2O===4HNO3
V(NO)∶V(O2)
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)氮氣與氮的固定和循環
1.下列屬于氮的固定的是 (　　)
A.雷雨閃電時空氣中的N2和O2化合生成NO
B.NH4Cl和Ca(OH)2反應生成NH3
C.豆科作物把含氮化合物轉變為蛋白質
D.將氨轉化為硝酸,再轉化為其他含氮化合物
答案　A
解析　雷雨閃電時空氣中的N2和O2化合生成NO,游離態氮元素變為了化合態氮元素,故A符合題意;B、C、D項均不是游離態氮元素變為化合態氮元素,不屬于氮的固定,故不符合題意。
2. 自然界的氮循環如圖所示,下列說法錯誤的是 (　　)
A.氮的固定主要有自然固氮和人工固氮兩種方式
B.氧元素參與了氮循環
C.①中N2與O2反應直接生成NO2,NO2與水反應生成HNO3
D.②中的合成氨反應中N2為氧化劑
答案　C
解析　自然固氮和人工固氮是固氮的主要方式,A正確;從圖中可知氧元素參與了氮循環,B正確;①中N2與O2反應直接生成NO,而不是NO2,C錯誤;②中的合成氨反應中N2轉變成NH3,N元素化合價由0變成-3,化合價降低,N2為氧化劑,D正確。
3.下列關于N2的敘述中正確的是 (　　)
A.N2是一種無色且易溶于水的氣體
B.在雷雨天,空氣中的N2和O2可直接反應生成NO2
C.在N2與Mg反應生成Mg3N2的過程中,N2作還原劑
D.一定條件下,N2與H2合成NH3屬于氮的固定
答案　D
解析　N2是難溶于水的氣體;在雷雨天,空氣中的N2和O2在雷電作用下可直接反應生成NO;在N2與Mg反應生成Mg3N2的過程中,N2得電子做氧化劑;N2與H2生成NH3屬于氮的固定。
4.自然界中時刻存在著氮的轉化。實現氮按照一定方向轉化一直是科學領域研究的重要課題,如圖為N2分子在催化劑的作用下發生的一系列轉化示意圖:
下列敘述正確的是 (　　)
A.NH3→NO屬于氮的固定
B.在催化劑a作用下,N2發生了氧化反應
C.N2很穩定,不支持任何物質的燃燒
D.催化劑a、b表面均有非極性共價鍵的斷裂
答案　D
解析　把游離態的氮轉化為氮的化合物,稱為氮的固定,NH3→NO不屬于氮的固定,故A錯誤;在催化劑a作用下,N2→NH3,氮元素化合價從0降低至-3,發生了還原反應,故B錯誤。
(二)一氧化氮和二氧化氮
5.病毒學研究證實,一氧化氮對SARS病毒有直接的抑制作用。下列關于一氧化氮的敘述正確的是 (　　)
A.一氧化氮是一種紅棕色的氣體
B.常溫常壓下,一氧化氮不能與空氣中的氧氣直接化合
C.一氧化氮可由氮氣和氧氣在放電條件下直接化合得到
D.一氧化氮易溶于水,不能用排水法收集
答案　C
解析　NO是無色氣體,不溶于水,易與O2化合生成NO2,在放電的條件下N2與O2化合生成NO。
6.下列有關NO2的說法中正確的是 (　　)
A.NO2能與水反應生成硝酸,在反應中NO2只是還原劑
B.除去O2中混有的NO2,可將混合氣體通過水,將NO2溶解
C.NO2與溴蒸氣的鑒別可用NaOH溶液,溶于NaOH溶液得無色溶液的是NO2,得橙色溶液的為溴蒸氣
D.在NO2與水的反應中氧化劑與還原劑的質量之比為1∶2
答案　D
解析　NO2能與水反應生成硝酸,在反應中NO2既是氧化劑又是還原劑,A錯誤;除去O2中混有的NO2,將混合氣體通過水,NO2溶解的同時又生成新的雜質NO,且NO又能與O2反應,B項錯誤;NO2、溴蒸氣分別與NaOH溶液反應均得無色溶液,所以NaOH溶液無法鑒別NO2與溴蒸氣,故C項錯誤。
7.下列關于氮的氧化物的說法中正確的是 (　　)
A.氮的氧化物都是酸性氧化物,都是大氣污染物
B.氮的氧化物都既有氧化性,又有還原性
C.NO2有毒,可由N2與O2反應直接制備
D.可以用排空氣法收集NO2
答案　D
解析　氮的氧化物均會對大氣產生污染,NO、NO2不是酸性氧化物,A項錯誤;N2O5中氮元素為最高價,只有氧化性,B項錯誤;N2與O2在放電或高溫條件下反應生成NO,不能直接生成NO2,C項錯誤;收集NO2能用排空氣法,因為NO2不與空氣成分反應,且密度比空氣大,D項正確。
8.將10 mL NO和NO2的混合氣體通入裝滿水的倒立在水槽中的量筒,充分反應后,最后剩余4 mL氣體,則原混合氣體中NO的體積為 (　　)
A.1 mL B.3 mL
C.5 mL D.7 mL
答案　A
解析　NO、NO2混合氣體通入裝滿水的倒立在水槽中的量筒中,NO和水不反應,NO2氣體發生反應:3NO2+H2O===2HNO3+NO,根據方程式可知:每反應消耗3體積NO2,反應產生1體積NO,反應后氣體體積減少2體積。現在氣體體積減少了10 mL-4 mL=6 mL,則混合氣體中NO2的體積V(NO2)=×6 mL=9 mL,則混合氣體中含有NO的體積V(NO)=10 mL-9 mL=1 mL。
9.如圖為雷雨時節,雨水中硝酸的形成過程。回答下列有關問題:
(1)圖中物質X為　　　　　　(填化學式),轉化①、②、③中屬于氮的固定的是　　　　　　。
(2)NO2與水蒸氣反應生成稀硝酸的化學方程式為　　　　　　　　　　　　;該反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為　　　　　　。
(3)俗話說“雷雨發莊稼”,一些植物的根可以將空氣中的N2轉化為NH3,與雨水中的HNO3反應,形成氮肥。這種氮肥加熱至230 ℃分解,產生兩種常溫下無污染的氣體,該反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　。
(4)將容積為50 mL,充滿O2和NO2氣體的試管倒扣在裝滿水的水槽中,試管內液面上升,最終有5 mL氣體剩余,假設反應前后試管內氣體壓強和溫度均不變,則反應前試管內O2和NO2的體積比可能為　　　　(寫出所有可能的答案)。
答案　(1)O2　①
(2)3NO2+H2O===2HNO3+NO　1∶2
(3)2NH4NO3O2↑+2N2↑+4H2O
(4)7∶18或7∶43
解析　(1)氮氣和氧氣放電條件下合成一氧化氮,故X為O2;氮的固定為游離態的氮變為化合態的氮的過程,故屬于氮的固定的為①。(2)二氧化氮和水生成硝酸和一氧化氮,反應方程式為3NO2+H2O===2HNO3+NO;該反應中3 mol二氧化氮中有2 mol生成硝酸,作還原劑,有1 mol生成一氧化氮,作氧化劑,故氧化劑與還原劑的物質的量之比為1∶2。(3)氨氣和硝酸生成氮肥硝酸銨,加熱分解生成兩種無污染的氣體氮氣和氧氣,故化學方程式為2NH4NO3O2↑+2N2↑+4H2O。(4)若NO剩余,則首先發生反應4NO2+O2+2H2O===4HNO3,然后剩余的二氧化氮繼續反應3NO2+H2O===2HNO3+NO,最終NO是5 mL,則剩余的NO2是15 mL。所以另外35 mL氣體是NO2和O2按照體積比4∶1進行反應,其中28 mL是二氧化氮,7 mL是氧氣,所以二氧化氮共計43 mL,氧氣7 mL,則O2和NO2的體積比為7∶43;若O2剩余,剩余O2 5 mL,則另外45 mL氣體是NO2和O2按照體積比4∶1進行反應,其中36 mL是二氧化氮,9 mL是氧氣,所以二氧化氮共計36 mL,氧氣14 mL,則O2和NO2的體積比為7∶18。
B級　素養培優練
10.如圖所示,相同條件下,兩個容積相同的試管分別裝滿NO2和NO氣體,分別倒置于水槽中,然后通過導管緩慢通入氧氣,邊通邊慢慢搖動試管,直到兩個試管內充滿液體。假設試管內的溶質不向水槽中擴散,則兩個試管內溶液的物質的量濃度之比為 (　　)
A.1∶1 B.5∶7
C.7∶5 D.4∶3
答案　A
解析　4NO2+O2+2H2O===4HNO3、4NO+3O2+2H2O===4HNO3,V(NO2)=V(NO),n(NO2)=n(NO),則生成的HNO3的物質的量相等,溶液的體積也相同,故兩個試管內溶液中溶質的物質的量濃度相等。
11.NH3可消除NO的污染,反應方程式為6NO+4NH35N2+6H2O。現有1 mol NO與NH3的混合物充分反應,若還原產物比氧化產物多1.4 g,則下列判斷中正確的是 (　　)
A.原混合物中NO與NH3的物質的量之比一定為3∶7
B.有0.6 mol NH3被氧化
C.生成還原產物2.8 g
D.原混合氣體中含氨氣為0.2 mol或0.7 mol
答案　D
解析　由方程式6NO+4NH35N2+6H2O可知,6 mol NO被還原得到3 mol還原產物N2,4 mol NH3被氧化得到2 mol氧化產物N2,相差1 mol N2,若還原產物比氧化產物多1.4 g,即0.05 mol N2,則相當于0.3 mol NO和0.2 mol NH3反應。由題意可知NO和NH3的總物質的量為1 mol,則其中一種過量,所以有兩種情況:0.3 mol NO和0.7 mol NH3或0.2 mol NH3和0.8 mol NO,故原混合物中NO與NH3的物質的量之比為3∶7或4∶1,A錯誤;由以上分析可知,有0.2 mol NH3被氧化,B錯誤;還原產物的物質的量為0.15 mol,即4.2 g,C錯誤;原混合氣體中含氨氣為0.2 mol或0.7 mol,D正確。
12.如圖所示,在注射器里吸入20 mL NO,然后吸入5 mL水。若再吸入6 mL O2,夾住彈簧夾,讓內外大氣壓相同,觀察現象。下列敘述不正確的是 (　　)
A.可觀察到注射器內氣體由無色變成紅棕色,最后變成無色
B.可觀察到注射器的活塞緩緩向左移動
C.最終剩余氣體體積約為12 mL
D.所得硝酸的濃度約為0.07 mol·L-1
答案　D
解析　NO遇空氣中氧氣生成NO2,NO2為紅棕色氣體,NO2溶于水生成NO,氣體由紅棕色變為無色,A項正確;由4NO+3O2+2H2O===4HNO3可知,O2消耗完,NO有剩余,剩余氣體體積為(20-8) mL=12 mL,C項正確;可觀察到注射器活塞緩緩向左移動,B項正確;沒有注明狀態,無法計算硝酸濃度,D項錯誤。
13.在同溫同壓下,將等體積混合而成的四組氣體:
①NO2+O2、②NO2+NO、③HCl+N2、④SO2+O2,分別通入體積相同的試管,并立即倒立于水槽中,如圖所示。待試管內液面穩定后,剩余氣體的體積依次為V1、V2、V3、V4,則剩余氣體的體積最小的是 (　　)
A.V1 B.V2
C.V3 D.V4
答案　A
解析　假設每種氣體的體積都是a,試管的容積為2a,氣體減少的體積等于試管內液體的體積。①根據反應4NO2+O2+2H2O===4HNO3可知,NO2完全反應,剩余氣體是O2,剩余O2的體積為a-;②根據反應3NO2+H2O===2HNO3+NO可知,生成NO的體積為,所以剩余氣體是NO,其體積為;③氮氣和水不反應,氯化氫極易溶于水,所以剩余氣體的體積為a;④SO2溶于水時,可與水反應生成H2SO3,H2SO3不穩定,易分解,該反應是可逆反應,O2和水不反應,故剩余氣體的體積大于a。綜上所述,剩余氣體的體積最小的是①。
14.汽車尾氣中常含有CO、NOx等氣體,為減輕污染,一般汽車都加裝了“催化轉化器”,可將汽車尾氣中的有毒氣體轉化為無污染的氣體。某化學興趣小組在實驗室模擬汽車尾氣處理,設計了如圖所示裝置(部分夾持裝置已略去)。
(1)裝置Ⅲ的主要作用為　　　　　　　　　　　　。
(2)停止加熱,打開活塞K,放入適量氧氣時,裝置Ⅱ中可觀察到的現象是　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　。
(3)該套裝置的不完善之處是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(4)汽車尾氣中含有CO和NOx,消除它們對大氣污染的方法是安裝催化轉化器,使它們發生反應生成兩種無毒的氣體,其中一種是單質,該反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(5)工業上常用純堿液來吸收NOx,有關反應的化學方程式為2NO2+Na2CO3===NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO3===2NaNO2+CO2。現有標準狀況下a L NO2和b L NO的混合氣體恰好被200 mL Na2CO3溶液完全吸收,則a、b應滿足的關系為　　　　　　。Na2CO3溶液的物質的量濃度為　　　　　　 mol·L-1。
答案　(1)檢驗CO是否轉化為CO2　(2)出現紅棕色氣體　(3)無尾氣處理裝置　(4)2xCO+2NOxN2+2xCO2　(5)a∶b≥1∶1或a≥b　
解析　(1)一氧化碳和一氧化氮在催化劑和加熱的條件下轉化為氮氣和二氧化碳,二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁,所以裝置Ⅲ的主要作用是檢驗CO是否轉化為CO2。(2)由于有部分一氧化氮沒有轉化為氮氣,向裝置中通入氧氣時,裝置Ⅱ中一氧化氮與氧氣反應生成紅棕色的二氧化氮,因此裝置Ⅱ中的現象為出現紅棕色氣體。(3)由于尾氣中仍殘留未反應的一氧化氮和一氧化碳,所以該裝置的不完善之處是無尾氣處理裝置。(4)依據題意和元素守恒可知,該反應的化學方程式為2xCO+2NOxN2+2xCO2。(5)依據反應2NO2+Na2CO3===NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO3===2NaNO2+CO2可知,二氧化氮和一氧化氮的物質的量之比應大于或等于1∶1,氣體才會反應完全。與二氧化氮和一氧化氮反應的碳酸鈉的物質的量為 mol,與二氧化氮單獨反應的碳酸鈉的物質的量為 mol,所以碳酸鈉的物質的量濃度為 mol·L-1。第二節　氮及其化合物
基礎課時4　氮及氮的氧化物
學習目標　1.結合真實情境中的應用實例或通過實驗探究,了解N2、NO和NO2的主要性質。2.能從物質類別和氮元素化合價的角度認識氮氧化物的性質與轉化。3.認識N2、NO和NO2在生產中的應用和對生態環境的影響。
一、氮氣與氮的固定
(一)知識梳理
1.氮原子結構和氮元素的存在
(1)氮原子的“位、構、性”
(2)氮元素在自然界中的存在
2.氮氣的性質
(1)物理性質
顏色 密度 氣味 溶解性
比空氣略　
(2)化學性質
①穩定性
氮分子內兩個氮原子間以　　　　　　結合,斷開該化學鍵需要較多的能量,所以氮氣的化學性質很　　　　,通常情況下很難與其他物質發生化學反應。
②氮氣的常見反應:在　　　　、　　　　等條件下,氮氣也可以與鎂、氧氣、氫氣等物質發生化合反應(寫出化學方程式)。
還原性:　　　　　　　　　　　　。
氧化性:　　　　　　　　　　　　、 　　　　　　　　　　　　。
3.氮的固定
(1)氮的固定:將大氣中　　　　　　的氮轉化為　　　　　　的過程叫做氮的固定。
(2)類型
自然固氮 大自然通過閃電釋放的能量將空氣中的氮氣轉化為含氮的化合物
通過豆科植物的根瘤菌將氮氣轉化成　　　
人工固氮 人類則通過控制條件,將氮氣氧化或還原為氮的化合物,如工業合成氨
4.氮的循環
(二)歸納總結
1.氮氣的性質:氮元素常見化合價有-3、0、+2、+4、+5價等;氮氣中氮元素呈0價,處于中間價態,故氮氣既有氧化性(與H2、鎂等反應),又有還原性(與O2等反應)。
2.氮的固定:將游離態的N2轉化為化合態含氮物質的過程,實現了氮元素化合價的升高或降低,體現了氮氣的還原性或氧化性。
1.下列關于氮氣性質的說法中正確的是 (　　)
A.點燃條件下,N2在氧氣中燃燒生成NO
B.點燃時,N2與金屬Mg反應生成Mg3N2,N2作還原劑
C.合成氨反應中,N2發生氧化反應
D.氮氣的化學性質穩定,其原因是兩個氮原子之間以共價三鍵結合
2.氮是各種生物體生命活動不可缺少的重要元素,氮的循環為生物體提供氮元素。下列過程不屬于氮的固定的是 (　　)
A.根瘤菌把氮氣轉化為氨
B.氮氣和氫氣在適宜條件下合成氨
C.鎂在氮氣中燃燒
D.工業上用氨和二氧化碳合成尿素
二、一氧化氮和二氧化氮
(一)知識梳理
1.一氧化氮、二氧化氮的物理性質
氧化物 顏色 狀態 氣味 水溶性 毒性
NO 　　色 氣態 無味 　　溶
NO2 　　色 氣態 　　　氣味 　　溶
2.一氧化氮、二氧化氮的化學性質
(1)在常溫下,NO很容易與O2反應,化學方程式為　　　　　　　　　　　　。
(2)NO2溶于水時發生反應,化學方程式為　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(二)互動探究
二氧化氮溶于水的實驗探究
操作一:在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO,然后吸入5 mL水,用乳膠管和彈簧夾封住管口,振蕩注射器,觀察現象。
操作二:打開彈簧夾,快速吸入10 mL空氣,夾上彈簧夾,觀察現象。
操作三:振蕩注射器,再觀察現象。
【問題討論】
問題1　NO能否溶于水 能否與水反應
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題2　操作三中振蕩注射器觀察到什么現象 注射器會有什么氣體剩余
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題3　上述實驗中發生了哪些化學反應 寫出反應方程式。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題4　如果要將注射器中的NO充分轉化,可以采取哪些措施 上述實驗對工業上生產硝酸有哪些啟示
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究歸納】
1.不同價態氮的氧化物
N的化合價 +1 +2 +3 +4 +5
對應氧化物 N2O(笑氣) NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5
其中屬于酸性氧化物的是N2O3和N2O5,對應的酸分別是HNO2(亞硝酸)和HNO3。
2.NO和NO2的性質及轉化
①2NO+O2===2NO2　②3NO2+H2O===2HNO3+NO　③2NO+2CON2+2CO2
④2NO2+4CON2+4CO2
1.下列說法正確的是 (　　)
A.氮氣化學性質不活潑,原因是N的非金屬性較弱
B.氮氣與氧氣在汽車內燃機中高溫反應,氧氣過量直接生成NO2
C.植物直接吸收利用空氣中的NO和NO2作為肥料,實現氮的固定
D.“雷雨發莊稼”所包含的化學變化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸鹽
2.下列對NO和NO2的描述不正確的是 (　　)
A.NO2與水的反應中,NO2既是氧化劑又是還原劑
B.NO是無色氣體,可用向上排空氣法收集
C.NO2與H2O反應生成HNO3,但NO2不是酸性氧化物
D.從元素化合價角度看,NO既有氧化性又有還原性
【題后歸納】　氮的氧化物溶于水的三種情況
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
(1)NO2氣體:NO2氣體溶于水時僅涉及反應①,剩余氣體為NO。
(2)NO2和O2的混合氣體:4NO2+O2+2H2O===4HNO3
V(NO2)∶V(O2)
(3)NO和O2的混合氣體:4NO+3O2+2H2O===4HNO3
V(NO)∶V(O2)
:課后完成　第五章　基礎課時4(共55張PPT)
第二節　氮及其化合物
基礎課時 氮及氮的氧化物
4
第五章
化工生產中的重要非金屬元素
1.結合真實情境中的應用實例或通過實驗探究,了解N2、NO和NO2的主要性質。
2.能從物質類別和氮元素化合價的角度認識氮氧化物的性質與轉化。
3.認識N2、NO和NO2在生產中的應用和對生態環境的影響。
學習目標
一、氮氣與氮的固定
二、一氧化氮和二氧化氮
目
錄
CONTENTS
課后鞏固訓練
一、氮氣與氮的固定
對點訓練
(一)知識梳理
1.氮原子結構和氮元素的存在
(1)氮原子的“位、構、性”
二
VA
2
5
(2)氮元素在自然界中的存在
氮分子
蛋白質
硝酸鹽和銨鹽
2.氮氣的性質
(1)物理性質
顏色 密度 氣味 溶解性
比空氣略____
無
小
無
難溶于水
(2)化學性質
①穩定性
氮分子內兩個氮原子間以_________________結合,斷開該化學鍵需要較多的能量,所以氮氣的化學性質很______,通常情況下很難與其他物質發生化學反應。
②氮氣的常見反應:在______、______等條件下,氮氣也可以與鎂、氧氣、氫氣等物質發生化合反應(寫出化學方程式)。
還原性:____________________。
氧化性:____________________________________________。
N2+O2 2NO
3Mg+N2 Mg3N2、N2+3H2 2NH3
共價三鍵(N≡N)
穩定
高溫
放電
3.氮的固定
(1)氮的固定:將大氣中游離態的氮轉化為氮的化合物的過程叫做氮的固定。
(2)類型
自然固氮 大自然通過閃電釋放的能量將空氣中的氮氣轉化為含氮的化合物
通過豆科植物的根瘤菌將氮氣轉化成氨
人工固氮 人類則通過控制條件,將氮氣氧化或還原為氮的化合物,如工業合成氨
4.氮的循環
(二)歸納總結
1.氮氣的性質:氮元素常見化合價有-3、0、+2、+4、+5價等;氮氣中氮元素呈0價,處于中間價態,故氮氣既有氧化性(與H2、鎂等反應),又有還原性(與O2等反應)。
2.氮的固定:將游離態的N2轉化為化合態含氮物質的過程,實現了氮元素化合價的升高或降低,體現了氮氣的還原性或氧化性。
1.下列關于氮氣性質的說法中正確的是 (　　)
A.點燃條件下,N2在氧氣中燃燒生成NO
B.點燃時,N2與金屬Mg反應生成Mg3N2,N2作還原劑
C.合成氨反應中,N2發生氧化反應
D.氮氣的化學性質穩定,其原因是兩個氮原子之間以共價三鍵結合
解析　A項,氮氣與氧氣在放電或高溫條件下生成一氧化氮;B項,點燃時,N2與金屬Mg反應生成Mg3N2,N2得電子化合價降低作氧化劑;C項,合成氨反應中,N2得電子化合價降低發生還原反應;D項,氮氣的化學性質穩定,其原因是兩個氮原子之間以共價三鍵結合,鍵能大,不易斷裂,物質化學性質穩定。
D
2.氮是各種生物體生命活動不可缺少的重要元素,氮的循環為生物體提供氮元素。下列過程不屬于氮的固定的是 (　　)
A.根瘤菌把氮氣轉化為氨
B.氮氣和氫氣在適宜條件下合成氨
C.鎂在氮氣中燃燒
D.工業上用氨和二氧化碳合成尿素
D
解析　A項,氮由游離態轉化為化合態,屬于氮的固定,根瘤菌把氮氣轉化為氨,屬于氮的固定;B項,氮氣和氫氣在適宜條件下合成氨,氮由游離態轉化為化合態,屬于氮的固定;C項,鎂在氮氣中燃燒,生成氮化鎂,氮由游離態轉化為化合態,屬于氮的固定;D項,工業上用氨和二氧化碳合成尿素,屬于不同化合態的氮之間的轉化,不屬于氮的固定。
二、一氧化氮和二氧化氮
對點訓練
(一)知識梳理
1.一氧化氮、二氧化氮的物理性質
氧化物 顏色 狀態 氣味 水溶性 毒性
NO ____色 氣態 無味 ____溶 均有毒
NO2 ______色 氣態 ________氣味 ____溶
無
不
紅棕
刺激性
易
2.一氧化氮、二氧化氮的化學性質
(1)在常溫下,NO很容易與O2反應,化學方程式為__________________。
(2)NO2溶于水時發生反應,化學方程式為___________________________。
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
(二)互動探究
二氧化氮溶于水的實驗探究
操作一:在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO,然后吸入5 mL水,用乳膠管和彈簧夾封住管口,振蕩注射器,觀察現象。
操作二:打開彈簧夾,快速吸入10 mL空氣,夾上彈簧夾,觀察現象。
操作三:振蕩注射器,再觀察現象。
【問題討論】
問題1　NO能否溶于水 能否與水反應
提示　NO不溶于水;不能與水反應。
問題2　操作三中振蕩注射器觀察到什么現象 注射器會有什么氣體剩余
提示　開始無色氣體變紅棕色,后來顏色逐漸變淺或消失,氣體體積變小;NO2與水反應生成硝酸和NO;剩余氣體中除含有氮氣外,還含有NO。
問題3　上述實驗中發生了哪些化學反應 寫出反應方程式。
提示　實驗中發生的反應為2NO+O2===2NO2、3NO2+H2O===2HNO3+NO。
問題4　如果要將注射器中的NO充分轉化,可以采取哪些措施 上述實驗對工業上生產硝酸有哪些啟示
提示　如果要將注射器中的NO充分轉化,持續通入過量的空氣,再用水吸收NO2;制取硝酸的反應過程中,要不斷地補充空氣,充分利用原料,使NO2盡可能多地轉化為硝酸,并能減少NO的排放以保護環境。
【探究歸納】
1.不同價態氮的氧化物
N的化合價 +1 +2 +3 +4 +5
對應氧化物 N2O(笑氣) NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5
其中屬于酸性氧化物的是N2O3和N2O5,對應的酸分別是HNO2(亞硝酸)和HNO3。
2.NO和NO2的性質及轉化
1.下列說法正確的是 (　　)
A.氮氣化學性質不活潑,原因是N的非金屬性較弱
B.氮氣與氧氣在汽車內燃機中高溫反應,氧氣過量直接生成NO2
C.植物直接吸收利用空氣中的NO和NO2作為肥料,實現氮的固定
D.“雷雨發莊稼”所包含的化學變化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸鹽
D
解析　氮氣化學性質不活潑,原因是N≡N鍵能大,A錯誤;氮氣與氧氣在汽車內燃機中高溫反應生成NO,NO進一步被氧氣氧化生成NO2,B錯誤;氮的固定是將游離態的氮轉化為化合態的氮的過程,C錯誤;“雷雨發莊稼”所包含的化學變化:放電時氮氣被O2氧化產生NO,NO被O2氧化為NO2,NO2與H2O反應產生HNO3,硝酸進一步轉變為硝酸鹽,D正確。
2.下列對NO和NO2的描述不正確的是 (　　)
A.NO2與水的反應中,NO2既是氧化劑又是還原劑
B.NO是無色氣體,可用向上排空氣法收集
C.NO2與H2O反應生成HNO3,但NO2不是酸性氧化物
D.從元素化合價角度看,NO既有氧化性又有還原性
解析　NO2與水發生反應:3NO2+H2O===2HNO3+NO,氮元素由+4價變為+2價和+5價,則NO2既是氧化劑又是還原劑,A正確;NO易與O2反應生成NO2,不能用排空氣法收集,可采用排水法收集,B錯誤;NO2與H2O反應生成HNO3,N的價態發生了變化,故NO2不是酸性氧化物,C正確;NO中氮元素顯+2價,處于中間價態,則NO既有氧化性又有還原性,D正確。
B
【題后歸納】　氮的氧化物溶于水的三種情況
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
(1)NO2氣體:NO2氣體溶于水時僅涉及反應①,剩余氣體為NO。
V(NO2)∶V(O2)
(3)NO和O2的混合氣體:4NO+3O2+2H2O===4HNO3
V(NO)∶V(O2)
(2)NO2和O2的混合氣體:4NO2+O2+2H2O===4HNO3
課后鞏固訓練
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)氮氣與氮的固定和循環
1.下列屬于氮的固定的是(　　)
A.雷雨閃電時空氣中的N2和O2化合生成NO
B.NH4Cl和Ca(OH)2反應生成NH3
C.豆科作物把含氮化合物轉變為蛋白質
D.將氨轉化為硝酸,再轉化為其他含氮化合物
A
解析　雷雨閃電時空氣中的N2和O2化合生成NO,游離態氮元素變為了化合態氮元素,故A符合題意;B、C、D項均不是游離態氮元素變為化合態氮元素,不屬于氮的固定,故不符合題意。
2. 自然界的氮循環如圖所示,下列說法錯誤的是 (　　)
A.氮的固定主要有自然固氮和人工固氮兩種方式
B.氧元素參與了氮循環
C.①中N2與O2反應直接生成NO2,NO2與水反應生成HNO3
D.②中的合成氨反應中N2為氧化劑
C
解析　自然固氮和人工固氮是固氮的主要方式,A正確;從圖中可知氧元素參與了氮循環,B正確;①中N2與O2反應直接生成NO,而不是NO2,C錯誤;②中的合成氨反應中N2轉變成NH3,N元素化合價由0變成-3,化合價降低,N2為氧化劑,D正確。
3.下列關于N2的敘述中正確的是 (　　)
A.N2是一種無色且易溶于水的氣體
B.在雷雨天,空氣中的N2和O2可直接反應生成NO2
C.在N2與Mg反應生成Mg3N2的過程中,N2作還原劑
D.一定條件下,N2與H2合成NH3屬于氮的固定
解析　N2是難溶于水的氣體;在雷雨天,空氣中的N2和O2在雷電作用下可直接反應生成NO;在N2與Mg反應生成Mg3N2的過程中,N2得電子做氧化劑;N2與H2生成NH3屬于氮的固定。
D
4.自然界中時刻存在著氮的轉化。實現氮按照一定方向轉化一直是科學領域研究的重要課題,如圖為N2分子在催化劑的作用下發生的一系列轉化示意圖:
下列敘述正確的是 (　　)
A.NH3→NO屬于氮的固定
B.在催化劑a作用下,N2發生了氧化反應
C.N2很穩定,不支持任何物質的燃燒
D.催化劑a、b表面均有非極性共價鍵的斷裂
D
解析　把游離態的氮轉化為氮的化合物,稱為氮的固定,NH3→NO不屬于氮的固定,故A錯誤;在催化劑a作用下,N2→NH3,氮元素化合價從0降低至-3,發生了還原反應,故B錯誤。
(二)一氧化氮和二氧化氮
5.病毒學研究證實,一氧化氮對SARS病毒有直接的抑制作用。下列關于一氧化氮的敘述正確的是(　　)
A.一氧化氮是一種紅棕色的氣體
B.常溫常壓下,一氧化氮不能與空氣中的氧氣直接化合
C.一氧化氮可由氮氣和氧氣在放電條件下直接化合得到
D.一氧化氮易溶于水,不能用排水法收集
C
解析　NO是無色氣體,不溶于水,易與O2化合生成NO2,在放電的條件下N2與O2化合生成NO。
6.下列有關NO2的說法中正確的是 (　　)
A.NO2能與水反應生成硝酸,在反應中NO2只是還原劑
B.除去O2中混有的NO2,可將混合氣體通過水,將NO2溶解
C.NO2與溴蒸氣的鑒別可用NaOH溶液,溶于NaOH溶液得無色溶液的是NO2,得橙色溶液的為溴蒸氣
D.在NO2與水的反應中氧化劑與還原劑的質量之比為1∶2
D
解析　NO2能與水反應生成硝酸,在反應中NO2既是氧化劑又是還原劑,A錯誤;除去O2中混有的NO2,將混合氣體通過水,NO2溶解的同時又生成新的雜質NO,且NO又能與O2反應,B項錯誤;NO2、溴蒸氣分別與NaOH溶液反應均得無色溶液,所以NaOH溶液無法鑒別NO2與溴蒸氣,故C項錯誤。
7.下列關于氮的氧化物的說法中正確的是 (　　)
A.氮的氧化物都是酸性氧化物,都是大氣污染物
B.氮的氧化物都既有氧化性,又有還原性
C.NO2有毒,可由N2與O2反應直接制備
D.可以用排空氣法收集NO2
解析　氮的氧化物均會對大氣產生污染,NO、NO2不是酸性氧化物,A項錯誤;N2O5中氮元素為最高價,只有氧化性,B項錯誤;N2與O2在放電或高溫條件下反應生成NO,不能直接生成NO2,C項錯誤;收集NO2能用排空氣法,因為NO2不與空氣成分反應,且密度比空氣大,D項正確。
D
8.將10 mL NO和NO2的混合氣體通入裝滿水的倒立在水槽中的量筒,充分反應后,最后剩余4 mL氣體,則原混合氣體中NO的體積為 (　　)
A.1 mL B.3 mL C.5 mL D.7 mL
解析　NO、NO2混合氣體通入裝滿水的倒立在水槽中的量筒中,NO和水不反應,NO2氣體發生反應:3NO2+H2O===2HNO3+NO,根據方程式可知:每反應消耗3體積NO2,反應產生1體積NO,反應后氣體體積減少2體積。現在氣體體積減少了10 mL-4 mL=6 mL,則混合氣體中NO2的體積V(NO2)=×6 mL=9 mL,則混合氣體中含有NO的體積V(NO)=10 mL-9 mL=1 mL。
A
9.如圖為雷雨時節,雨水中硝酸的形成過程。回答下列有關問題:
(1)圖中物質X為　　　　　　(填化學式),轉化①、②、③中屬于氮的固定的是　　　　　　。
(2)NO2與水蒸氣反應生成稀硝酸的化學方程式為　　　　　　　　　　　　;該反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為　　　　　　。
O2
①
3NO2+H2O===2HNO3+NO
1∶2
解析　(1)氮氣和氧氣放電條件下合成一氧化氮,故X為O2;氮的固定為游離態的氮變為化合態的氮的過程,故屬于氮的固定的為①。(2)二氧化氮和水生成硝酸和一氧化氮,反應方程式為3NO2+H2O===2HNO3+NO;該反應中3 mol二氧化氮中有2 mol生成硝酸,作還原劑,有1 mol生成一氧化氮,作氧化劑,故氧化劑與還原劑的物質的量之比為1∶2。
(3)俗話說“雷雨發莊稼”,一些植物的根可以將空氣中的N2轉化為NH3,與雨水中的HNO3反應,形成氮肥。這種氮肥加熱至230 ℃分解,產生兩種常溫下無污染的氣體,該反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)將容積為50 mL,充滿O2和NO2氣體的試管倒扣在裝滿水的水槽中,試管內液面上升,最終有5 mL氣體剩余,假設反應前后試管內氣體壓強和溫度均不變,則反應前試管內O2和NO2的體積比可能為　　　　　　　(寫出所有可能的答案)。
2NH4NO3 O2↑+2N2↑+4H2O
7∶18或7∶43
解析　(3)氨氣和硝酸生成氮肥硝酸銨,加熱分解生成兩種無污染的氣體氮氣和氧氣,故化學方程式為2NH4NO3 O2↑+2N2↑+4H2O。(4)若NO剩余,則首先發生反應4NO2+O2+2H2O===4HNO3,然后剩余的二氧化氮繼續反應3NO2+H2O ===2HNO3+NO,最終NO是5 mL,則剩余的NO2是15 mL。所以另外35 mL氣體是NO2和O2按照體積比4∶1進行反應,其中28 mL是二氧化氮,7 mL是氧氣,所以二氧化氮共計43 mL,氧氣7 mL,則O2和NO2的體積比為7∶43;若O2剩余,剩余O2 5 mL,則另外45 mL氣體是NO2和O2按照體積比4∶1進行反應,其中36 mL是二氧化氮, 9 mL是氧氣,所以二氧化氮共計36 mL,氧氣14 mL,則O2和NO2的體積比為7∶18。
B級　素養培優練
10.如圖所示,相同條件下,兩個容積相同的試管分別裝滿NO2和NO氣體,分別倒置于水槽中,然后通過導管緩慢通入氧氣,邊通邊慢慢搖動試管,直到兩個試管內充滿液體。假設試管內的溶質不向水槽中擴散,則兩個試管內溶液的物質的量濃度之比為(　　)
A.1∶1 B.5∶7
C.7∶5 D.4∶3
A
解析　4NO2+O2+2H2O===4HNO3、4NO+3O2+2H2O===4HNO3,V(NO2)=V(NO), n(NO2)=n(NO),則生成的HNO3的物質的量相等,溶液的體積也相同,故兩個試管內溶液中溶質的物質的量濃度相等。
11.NH3可消除NO的污染,反應方程式為6NO+4NH3 5N2+6H2O。現有1 mol NO與NH3的混合物充分反應,若還原產物比氧化產物多1.4 g,則下列判斷中正確的是(　　)
A.原混合物中NO與NH3的物質的量之比一定為3∶7
B.有0.6 mol NH3被氧化
C.生成還原產物2.8 g
D.原混合氣體中含氨氣為0.2 mol或0.7 mol
D
解析　由方程式6NO+4NH3 5N2+6H2O可知,6 mol NO被還原得到3 mol還原產物N2,4 mol NH3被氧化得到2 mol氧化產物N2,相差1 mol N2,若還原產物比氧化產物多1.4 g,即0.05 mol N2,則相當于0.3 mol NO和0.2 mol NH3反應。由題意可知NO和NH3的總物質的量為1 mol,則其中一種過量,所以有兩種情況:0.3 mol NO和0.7 mol NH3或0.2 mol NH3和0.8 mol NO,故原混合物中NO與NH3的物質的量之比為3∶7或4∶1,A錯誤;由以上分析可知,有0.2 mol NH3被氧化,B錯誤;還原產物的物質的量為0.15 mol,即4.2 g,C錯誤;原混合氣體中含氨氣為0.2 mol或0.7 mol,D正確。
12.如圖所示,在注射器里吸入20 mL NO,然后吸入5 mL水。若再吸入6 mL O2,夾住彈簧夾,讓內外大氣壓相同,觀察現象。下列敘述不正確的是 (　　)
A.可觀察到注射器內氣體由無色變成紅棕色,最后變成無色
B.可觀察到注射器的活塞緩緩向左移動
C.最終剩余氣體體積約為12 mL
D.所得硝酸的濃度約為0.07 mol·L-1
D
解析　NO遇空氣中氧氣生成NO2,NO2為紅棕色氣體,NO2溶于水生成NO,氣體由紅棕色變為無色,A項正確;由4NO+3O2+2H2O===4HNO3可知,O2消耗完,NO有剩余,剩余氣體體積為(20-8) mL=12 mL,C項正確;可觀察到注射器活塞緩緩向左移動,B項正確;沒有注明狀態,無法計算硝酸濃度,D項錯誤。
13.在同溫同壓下,將等體積混合而成的四組氣體:
①NO2+O2、②NO2+NO、③HCl+N2、④SO2+O2,分別通入體積相同的試管,并立即倒立于水槽中,如圖所示。待試管內液面穩定后,剩余氣體的體積依次為V1、V2、V3、V4,則剩余氣體的體積最小的是 (　　)
A.V1 B.V2
C.V3 D.V4
A
解析　假設每種氣體的體積都是a,試管的容積為2a,氣體減少的體積等于試管內液體的體積。①根據反應4NO2+O2+2H2O===4HNO3可知,NO2完全反應,剩余氣體是O2,剩余O2的體積為a-;②根據反應3NO2+H2O===2HNO3+NO可知,生成NO的體積為,所以剩余氣體是NO,其體積為;③氮氣和水不反應,氯化氫極易溶于水,所以剩余氣體的體積為a;④SO2溶于水時,可與水反應生成H2SO3,H2SO3不穩定,易分解,該反應是可逆反應,O2和水不反應,故剩余氣體的體積大于a。綜上所述,剩余氣體的體積最小的是①。
14.汽車尾氣中常含有CO、NOx等氣體,為減輕污染,一般汽車都加裝了“催化轉化器”,可將汽車尾氣中的有毒氣體轉化為無污染的氣體。某化學興趣小組在實驗室模擬汽車尾氣處理,設計了如圖所示裝置(部分夾持裝置已略去)。
(1)裝置Ⅲ的主要作用為　　　　　　　　　　　　。
(2)停止加熱,打開活塞K,放入適量氧氣時,
裝置Ⅱ中可觀察到的現象是　　　　　　　　　。
(3)該套裝置的不完善之處是　　　　　　　　　。
檢驗CO是否轉化為CO2
出現紅棕色氣體
無尾氣處理裝置
解析　(1)一氧化碳和一氧化氮在催化劑和加熱的條件下轉化為氮氣和二氧化碳,二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁,所以裝置Ⅲ的主要作用是檢驗CO是否轉化為CO2。(2)由于有部分一氧化氮沒有轉化為氮氣,向裝置中通入氧氣時,裝置Ⅱ中一氧化氮與氧氣反應生成紅棕色的二氧化氮,因此裝置Ⅱ中的現象為出現紅棕色氣體。(3)由于尾氣中仍殘留未反應的一氧化氮和一氧化碳,所以該裝置的不完善之處是無尾氣處理裝置。
(4)汽車尾氣中含有CO和NOx,消除它們對大氣污染的方法是安裝催化轉化器,使它們發生反應生成兩種無毒的氣體,其中一種是單質,該反應的化學方程式為
　　　　　　　　　　　 　　　　。
(5)工業上常用純堿液來吸收NOx,有關反應的化學方程式為2NO2+Na2CO3===NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO3===2NaNO2+CO2。現有標準狀況下a L NO2和b L NO的混合氣體恰好被200 mL Na2CO3溶液完全吸收,則a、b應滿足的關系為　　　　　　　　　　　　。Na2CO3溶液的物質的量濃
度為　　　　　　 mol·L-1。
2xCO+2NOx N2+2xCO2
a∶b≥1∶1或a≥b
解析　(4)依據題意和元素守恒可知,該反應的化學方程式為2xCO+2NOx N2+2xCO2。(5)依據反應2NO2+Na2CO3===NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+ Na2CO3===2NaNO2+CO2可知,二氧化氮和一氧化氮的物質的量之比應大于或等于1∶1,氣體才會反應完全。與二氧化氮和一氧化氮反應的碳酸鈉的物質的量為 mol,與二氧化氮單獨反應的碳酸鈉的物質的量為 mol,所以碳酸鈉的物質的量濃度為 mol·L-1。

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