第五章　化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第2節(jié)　氮及其化合物第1課時　氮氣與氮的固定 一氧化氮和二氧化氮 1．下列關(guān)于氮氣的說法中錯誤的是(　　)A．通常情況下N2性質(zhì)很穩(wěn)定，所以N2可以在電焊時作保護氣B．N2＋O22NO，該反應(yīng)是汽車尾氣造成污染的主要因素之一C．N2在空氣中約占的質(zhì)量比為D．在反應(yīng)3Mg＋N2Mg3N2中，N2作氧化劑【答案】C【解析】N2很穩(wěn)定，常用作保護氣；但在高溫下N2與O2產(chǎn)生的NO易被氧化為NO2，故汽車尾氣會造成環(huán)境污染；N2在空氣中的體積含量約為；N2與金屬、H2反應(yīng)時作氧化劑。2．下列說法中，正確的是(　　)A．NO2能與水反應(yīng)生成硝酸，故NO2為酸性氧化物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．NO2是大氣污染物之一【答案】D【解析】A項前后無因果關(guān)系，故A項錯誤；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(zhì)NO且NO又能與O2反應(yīng)，故B項錯誤；NO2、溴蒸氣分別與NaOH溶液作用均得無色溶液，所以NaOH溶液無法將NO2與溴蒸氣區(qū)別開，C項錯誤。3．一氧化氮對“非典”病毒的抑制作用明顯。下列關(guān)于NO的說法正確的是(　　)A．NO是酸性氧化物B．NO只能通過人工合成C．NO是大氣污染物，會形成酸雨D．NO可以用向下排空氣法收集【答案】C【解析】A中，NO是不成鹽氧化物，它不能與水反應(yīng)生成酸；B中，NO可由N2和O2在雷雨天氣獲得；C中，由于2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，故NO是大氣污染物，能形成酸雨；D中，因NO易與O2反應(yīng)，且密度和空氣接近，不可用排空氣法收集。4．諾貝爾化學獎曾授予德國化學家Gerhard Ertl，以表彰他對固體表面化學研究過程中的重大發(fā)現(xiàn)。使CO、NOx等在鉑表面發(fā)生化學反應(yīng)轉(zhuǎn)變成無毒氣體，以減少汽車尾氣中有毒氣體的排放，正是此項研究的重要應(yīng)用之一。下列有關(guān)說法不正確的是(　　)A．CO在鉑表面被氧化生成CO2，鉑起催化作用B．汽車尾氣中的NOx在鉑表面發(fā)生反應(yīng)的產(chǎn)物是N2C．CO在鉑表面可能和O2、NOx反應(yīng)D．NOx、CO、CO2均能與人體中的血紅蛋白結(jié)合【答案】D【解析】CO、NOx在鉑表面發(fā)生的反應(yīng)為CO＋NOxCO2＋N2(未配平)，也可能是CO與O2反應(yīng)，此過程中鉑作催化劑；CO2不能與人體中的血紅蛋白結(jié)合。5．科學的假設(shè)與猜想是科學探究的先導和價值所在。在下列假設(shè)或猜想引導下的探究肯定沒有意義的是(　　)A．探究SO2和Na2O2反應(yīng)可能有Na2SO4生成B．探究NO和N2O可能化合生成NO2C．探究NO2可能被NaOH溶液完全吸收生成NaNO2和NaNO3D．探究向滴有酚酞溶液的NaOH溶液中通入Cl2，酚酞紅色褪去的原因是溶液的酸堿性改變還是HClO的漂白作用【答案】B【解析】NO和N2O反應(yīng)不可能生成NO2，因為氮元素的化合價均升高，沒有元素化合價的降低。6．發(fā)射衛(wèi)星的運載火箭，其推進劑引燃后發(fā)生劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量高溫氣體從火箭尾部噴出。引燃后產(chǎn)生的高溫氣體主要是CO2、H2O、N2、NO，這些氣體均為無色，但在衛(wèi)星發(fā)射場看到火箭噴出大量紅煙，產(chǎn)生紅煙的原因是 (　　)A．高溫下N2遇空氣生成NO2B．NO遇空氣生成NO2C．CO2與NO反應(yīng)生成CO和NO2D．NO與H2O反應(yīng)生成H2和NO2【答案】B【解析】NO是一種極易被空氣中O2氧化的氣體，產(chǎn)物是紅棕色氣體NO2。7．將a mL NO、b mL NO2、x mL O2混合于同一試管里，將試管口倒插于水中，充分反應(yīng)后試管內(nèi)氣體全部消失，則用a、b表示的x的代數(shù)式是 (　　)A．(a＋b)/2        B．(2a＋b)/3C．(3a＋b)/4        D．(4a＋b)/5【答案】C【解析】氮的氧化物與O2和H2O反應(yīng)生成HNO3時，只要滿足氮的氧化物中的N與氮的氧化物中的O和O2中O之和的物質(zhì)的量比為2∶5即可全部轉(zhuǎn)化，沒有氣體剩余。即：＝，解得x＝。8．按圖進行實驗。試管中裝有12 mL NO，然后間歇而又緩慢地通入8 mL O2，下列是有關(guān)最終狀態(tài)的描述：①試管內(nèi)氣體呈紅棕色　②試管內(nèi)氣體呈無色　③試管內(nèi)液面不變　④試管內(nèi)液面上升　⑤試管內(nèi)氣體是O2　⑥試管內(nèi)氣體是NO。其中正確的是 (　　)A．①③   B．②④⑤C．②④⑥   D．②③⑤【答案】C【解析】根據(jù)4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可得，剩余氣體應(yīng)為NO，體積為 mL，試管內(nèi)液面上升。9．在標準狀況下，將O2和NO2按1∶4體積比充滿干燥燒瓶，把燒瓶倒置于水中，瓶內(nèi)液體逐漸上升，假設(shè)燒瓶內(nèi)溶液不擴散，最終燒瓶內(nèi)溶液里溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為(　　)A. mol·L－1   B. mol·L－1C. mol·L－1   D. mol·L－1【答案】C【解析】設(shè)燒瓶的體積為V L，由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3又O2和NO2的體積比為1∶4，知NO2的體積為V L，所以最終液體充滿整個燒瓶，溶液的體積為V L，NO2的物質(zhì)的量為V L÷22.4 L·mol－1＝V mol，所以硝酸的物質(zhì)的量濃度為V mol÷V L＝ mol·L－1。10．同溫同壓下，在3支相同體積的試管中分別充有等體積混合的兩種氣體，它們是①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2?，F(xiàn)將3支試管均倒置于水槽中，充分反應(yīng)后，試管中剩余氣體的體積分別為V1、V2、V3，則下列關(guān)系正確的是(　　)A．V1>V2>V3   B．V1>V3>V2C．V2>V3>V1   D．V3>V1>V2【答案】D【解析】可假設(shè)試管體積均為2V，則每種氣體的體積均為V；當?shù)怪糜谒壑袝r：①中有反應(yīng)：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，則剩余氣體的體積V1＝V；②中有反應(yīng)：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，則剩余O2的體積V2＝V；③中氣體與水不反應(yīng)，故試管中氣體體積V3＝2V。綜上所述，V3>V1>V2。11．汽車尾氣(含烴類、CO、SO2與NO等物質(zhì))是城市空氣的污染源之一。治理的方法之一是在汽車的排氣管上裝一個催化轉(zhuǎn)換器(用Pt、Pd合金作催化劑)，它的特點是使CO和NO反應(yīng)，生成可參與大氣生態(tài)環(huán)境循環(huán)的無毒氣體，并促使汽油充分燃燒及SO2的轉(zhuǎn)化。(1)寫出NO與CO通過催化轉(zhuǎn)換器發(fā)生反應(yīng)的化學方程式：_____________________。(2)催化轉(zhuǎn)換器的缺點是在一定程度上提高了空氣的酸度。其原因是________________。(3)控制城市空氣污染源的方法有________(填選項編號)。a.植樹造林  b.開發(fā)氫能源 c.使用電動車  d.控制汽車進城 e.使用無鉛汽油【答案】(1)2CO＋2NON2＋2CO2(2)反應(yīng)除生成了N2外，還生成了增加空氣酸度的CO2和SO3　(3)bc【解析】　汽車尾部排出的廢氣中主要含CO、NOx及碳氫化合物。CO是汽油不完全燃燒的產(chǎn)物，NOx是汽油爆裂時，由空氣中的氮和氧化合而成。碳氫化合物中含有烴類，有的是汽油原有成分，有的是氧化產(chǎn)物。大城市中汽車多，大氣中NO含量較高，這是因為汽車引擎在工作時產(chǎn)生高溫使之發(fā)生如下反應(yīng)：N2＋O22NO，礦物油中硫在燃燒過程中產(chǎn)生SO2，治理方法是在汽車排氣管上裝一個用鉑、鈀合金做的催化轉(zhuǎn)化器，使NO與CO反應(yīng)生成N2和CO2，SO2被催化氧化為SO3?？刂瞥鞘锌諝馕廴痉椒ㄖ?，植樹造林這一選項具有一定的迷惑性，植樹造林能控制CO2量的增加，但對消除汽車尾氣中的烴類、CO、SO2與NO等物質(zhì)沒有直接的效果，選bc。12．為了探究三種氣態(tài)氧化物(SO2、NO2、CO2)的性質(zhì)，某同學設(shè)計了一組實驗：實驗一：探究三種氣體在水中的溶解性，用三支相同的試管收集滿三種氣體，倒置在盛滿水的燒杯中，一段時間后，觀察到的現(xiàn)象如圖A、B、C所示。(1)在A、B、C三支試管中的原氣體是A_______________________，B____________，C____________。寫出A燒杯中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式： _____________________________________。如果在三只燒杯中分別滴幾滴紫色石蕊試液，可觀察到的現(xiàn)象是________________。(2)實驗二：用三只集氣瓶收集滿二氧化硫或二氧化氮氣體，然后將其倒置在水槽中。分別緩慢通入適量O2或Cl2，如圖D、E、F所示。一段時間后，D、E裝置的集氣瓶中充滿溶液，F裝置的集氣瓶中還有氣體剩余。(假設(shè)瓶內(nèi)液體不擴散)：①寫出裝置E中反應(yīng)的離子方程式：______________________________________。②假設(shè)該實驗條件下，氣體摩爾體積為a L·mol－1。則裝置D的集氣瓶中所得溶液溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為________。(3)通入氧氣前在F裝置的水槽里滴加幾滴紫色石蕊試液，觀察到的現(xiàn)象是_________________，通入氧氣后，可能觀察到的實驗現(xiàn)象是__________________________________________，寫出總反應(yīng)的化學方程式：_____________________________________。【答案】　(1)NO2　SO2　CO2　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　溶液均顯紅色，A中紅色較明顯(2)①Cl2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Cl－＋SO② mol·L－1(3)溶液呈淺紅色　溶液紅色加深　2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4【解析】　(1)SO2易溶于水，CO2微溶于水，溶解的SO2、CO2部分與水反應(yīng)分別生成H2SO3和H2CO3。NO2與水反應(yīng)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，進入試管的溶液體積為試管容積的＝，A試管中原氣體是NO2，B試管中是SO2，C試管中是CO2，試管中的溶液向燒杯中擴散，溶液均呈酸性，都能使紫色石蕊試液變紅色。(2)NO2和O2，SO2和Cl2按一定比例可完全溶解于水中形成溶液4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，SO2＋Cl2＋2H2O===2HCl＋H2SO4，而SO2溶于水只有部分SO2與水反應(yīng)SO2＋H2OH2SO3，很少量的H2SO3消耗很少量的O2，2H2SO3＋O2===2H2SO4。設(shè)充滿NO2的集氣瓶容積為V L，n(NO2)＝＝ mol，倒置于水槽中通入O2形成 mol HNO3，溶液體積也為V L，故集氣瓶中HNO3濃度為c(HNO3)＝＝ mol·L－1。(3)H2SO3是中強酸，且濃度很小時酸性很弱，滴加紫色石蕊試液顯淺紅色，通入氧氣后，H2SO3被氧化為H2SO4，酸性增強，石蕊試液所顯紅色變深?？偡磻?yīng)為2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4。13．如圖所示：在B水槽中裝有500 mL水，容積為a mL的試管A充滿了NO2和NO的混合氣體(標準狀況)，將試管A倒插入B水槽的水中。充分反應(yīng)后，試管A中余下氣體的體積為0.5a mL。(1)將A倒插入B槽中發(fā)生的反應(yīng)為_______________________________________________，該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的質(zhì)量比為________，原混合氣體中NO2和NO的物質(zhì)的量之比為________。(2)通過導氣管C向余下0.5a mL氣體的試管A中持續(xù)通入氧氣，A中可能觀察到的現(xiàn)象是_______________________________________________________________________。(3)當試管A中充滿氣體時停止通入氧氣，然后將試管取出水槽，水槽B中溶液的物質(zhì)的量濃度為________ mol·L－1(設(shè)溶液的體積仍為500 mL)。【答案】　(1)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　1∶2　3∶1(2)無色氣體變?yōu)榧t棕色，試管中液面不斷上升至全充滿。繼續(xù)通入氧氣后，試管中液面下降，最后充滿無色氣體(3)【解析】　(1)試管A倒插入B水槽水中后，發(fā)生反應(yīng)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，氧化劑與還原劑均為NO2，質(zhì)量比為1∶2。根據(jù)題意有n(NO2)＋n(NO)＝[n(NO2)＋n(NO)]，n(NO2)∶n(NO)＝3∶1。(2)試管A中剩余0.5a mL氣體為NO，通入氧氣后，發(fā)生反應(yīng)2NO＋O2===2NO2,4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，可寫為4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，無色氣體變?yōu)榧t棕色氣體，試管中液面不斷上升至全充滿，繼續(xù)通入氧氣后，試管中液面下降，最后充滿無色氣體(O2)。(3)試管中充滿氣體時，根據(jù)氮原子守恒，n(HNO3)＝n(氣體)＝×10－3 mol，c(HNO3)＝＝ mol·L－1。14．將10 mL充滿NO2和O2的混合氣體的試管，倒置在水槽中，反應(yīng)停止后試管內(nèi)剩余2 mL的無色氣體，求原混合氣體中NO2和O2各多少毫升？【答案】　若剩余的氣體是NO，則NO2和O2的體積分別為9.2 mL和0.8 mL；若剩余的氣體是O2，則NO2和O2的體積分別為6.4 mL和3.6 mL。【解析】　剩余2 mL氣體可能是NO或O2，分兩種情況討論：(1)剩余的是NO，可以看成先發(fā)生了反應(yīng)：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3剩余的NO2又與水作用，最終有2 mL NO 產(chǎn)生。由反應(yīng)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO得，剩余的NO2體積為2 mL×3＝6 mL。則原有O2體積為(10 mL－6 mL)×＝0.8 mL，NO2體積為10 mL－0.8 mL＝9.2 mL。(2)剩余的是O2，則有10 mL－2 mL＝8 mL NO2和O2的混合氣體按反應(yīng)4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3進行。所以NO2的體積為8 mL×＝6.4 mL，O2體積為10 mL－6.4 mL＝3.6 mL。

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