知识讲解-氮及其氧化物

氮及其氧化物【学习目标】1、掌握氮气的物理、化学性质，了解氮气的工业制法；2、掌握一氧化氮、二氧化氮的物理、化学性质，了解二者的实验室制法；3、掌握有关一氧化氮、二氧化氮的简单计算。

【要点梳理】要点一、氮气1．物理性质：无色、无味的气体，密度比空气略小，在水中溶解度很小（体积比=1：0.02），在压强为101KPa下，氮气在—195.8℃时变成无色液体，氮气分子在—209.9℃时变成雪花状固体。

2．化学性质：（1）通常状况下很难与其它物质发生化学反应（2）在一定条件下，能与一些物质发生化学反应①与H2反应：②与某些金属反应：3Mg+N2Mg3N2③与O2反应：在通常情况下，与O2不发生反应，但在放电或高温的条件下能与O2直接化合生成NO。

N2+O2放电或高温2NO（闪电、汽车引擎中发生的反应）NO为无色无味有毒的难溶于水的气体，NO很容易在常温下与空气中的O2化合，生成NO2。

2NO+O2==2NO2，NO2为红棕色、有刺激性气味，有毒的气体，易溶于水并发生反应：3NO2+H2O=2HNO3+NONO、NO2为大气污染物3．工业制法：（1）分离液态空气：（2）耗氧法：4．用途：工业原料，合成氨，制化肥，HNO3，保护气，制冷剂要点二、二氧化氮和一氧化氮的比较【高清课堂：氮及其氧化物ID:395519#氮的氧化物】NO NO2物色态味无色、无味、气体红棕色、刺激性气味、气体理 性 质密度 密度略大于空气 密度比空气大 熔沸点 很低 低，易液化 溶解性 不溶 易溶 化 学 性质毒性 有毒 有毒与水 不反应 3NO 2+H 2O=2HNO 3+NONO 2既是氧化剂，又是还原剂 与碱不反应2NO 2+2NaOH=NaNO 3+NaNO 2+H 2O NO ＋NO 2 ＋2NaOH=2NaNO 2 +H 2O氧化性 2NO+2CO=2CO 2+N 2 2NO 2+2KI=I 2+2KNO 2 还原性2NO+O 2=2NO 2 可使KMnO 4褪色可使KMnO 4褪色 与O 2混合，通入水中 4NO+3O 2+2H 2O=4HNO 3 4NO 2+O 2+2H 2O=4HNO 3实验室制取 3Cu+8HNO 3(稀)===3C u (N O 3)2 +2NO ↑+4H 2O Cu+4HNO 3(浓)===C u (N O 3)2+2NO 2 ↑+2H 2O 收集方法排水法向上排空气法要点诠释：氮的氧化物除NO 、NO 2外，还有12N O +、323N O +、424N O +、525N O +，其中N 2O 5、N 2O 3分别是硝酸、亚硝酸（HNO 2）的酸酐。

要点三、氮的氧化物溶于水的几种情况分析（1）NO 2或NO 2与N 2混合气体溶于水时，3NO 2+H 2O==2HNO 3+NO ，利用气体体积变化差进行计算。

（2）NO 2与O 2的混合气体溶于水，由3NO 2+H 2O==2HNO 3+NO 及2NO+O 2==2NO 2，得： 4NO 2+O 2+2H 2O==4HNO 3 ，可知，（3）NO 和O 2同时通入水中时，其反应是2NO+O 2==2NO 2 ①，3NO 2+H 2O==2HNO 3+NO ②，将①×3+②×2得总反应式为：4NO+3O 2+2H 2O==4HNO 3。

2243,(NO)(O )43,NO 43,OV V =⎧⎪>⎨⎪<⎩恰好完全反应剩余剩余∶∶∶∶ （4）NO 、NO 2、O 2三种混合气体通入水中，可先按情况（1）求出NO 2与H 2O 反应生成的NO 的体积，再加上原混合气体中的NO 的体积即为NO 的总体积，再按情况（3）进行计算。

要点四、二氧化硫和二氧化氮对大气的污染1．大气的主要污染物是二氧化硫和二氧化氮，溶于水后会形成酸性溶液，随雨水降下来会形成酸雨，pH ＜5.6。

2．酸雨的主要危害是能直接破坏农作物、森林、草原，使土壤、湖泊酸化，还会加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及电信电缆的腐蚀。

3．二氧化硫和二氧化氮都是有用的化工原料，二氧化硫在一定条件下可被催化氧化成三氧化硫，方程式是2SO2+O2催化剂加热2SO3。

三氧化硫与水反应的方程式是SO3+H2O==H2SO4。

4．防止酸雨的主要措施：（1）调整能源结构，发展清洁能源，优化能源质量，提高能源利用率，减少燃煤产生的二氧化硫和二氧化氮等。

（2）加强环境管理，强化环保执法，严格控制SO2的排放量。

（3）研究、开发适合我国国情的二氧化硫治理技术和设备。

要点五、中学化学中常涉及的环境保护知识常见的污染现象及其危害：1．酸雨——形成原因主要是由SO2和氮氧化物；能使土壤酸化，腐蚀建筑物等。

2．光化学烟雾——主要是由氮氧化物、碳氢化合物造成的；危害人体健康，影响植物生长。

3．臭氧空洞——主要是氮氧化物、氟氯代烃等的排放引起的；使地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧。

4．温室效应——主要是由于大气中CO2含量的不断增加造成的；会使全球气候变暖。

5．白色污染——形成原因是塑料制品的大量使用，随意丢弃；会破坏土壤结构和生态环境。

6．赤潮和水华——形成原因是含磷洗衣粉的大量使用及生活污水的任意排放；会使藻类过度繁殖，鱼类死亡，水质恶化，若发生在淡水中称为“水华”，发生在海水中称为“赤潮”。

7．水俣病——含汞的工业废水引起的水体污染，可使鱼类中毒，人食用中毒后的鱼会造成人体汞中毒。

【典型例题】类型一、NO和NO2例1．（2015 北京海淀检测）下列关于NO与NO2的叙述正确的是（）。

A．都能与人体中的血红蛋白结合而使人中毒B．NO是红棕色有刺激性气味的有毒气体C．NO2是硝酸的酸酐D．NO2与水反应时既是氧化剂，又是还原剂【答案】D【解析】NO能与人体中血红蛋白结合使人中毒，NO2的毒害作用主要是损害呼吸道。

NO是一种无色难溶于水的气体，可以用排水法收集。

常温常压下，NO容易与氧气直接化合生成NO2。

3NO2+H2O==2HNO3+NO，NO2既是氧化剂，也是还原剂。

【总结升华】本题考查的是NO和NO2的性质。

举一反三：【变式1】可用于区别溴蒸气和NO2气体的试剂是（）。

A．淀粉碘化钾溶液B．FeCl2溶液C．AgNO3溶液D．NaOH溶液【答案】C【解析】用AgNO3溶液检验，能产生浅黄色沉淀的气体为溴蒸气。

还可将二者分别溶于水来鉴别。

【变式2】（2014 江苏南京期末考）当盛装红棕色气体的试管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，向试管内鼓入少量O2后，可以观察到试管中水柱继续上升，经多次反复后，试管内完全被水充满，原来试管中可能是什么气体（）。

A．可能是N2和NO2的混合气体B．可能是O2和NO2的混合气体C．可能是NO气体D．只可能是NO2一种气体【答案】B【解析】原试管中盛有红棕色气体且能溶于水，则一定有NO2存在，C项错误。

若是N2和NO2的混合气体，由于N2和O2在常温常压下不反应，所以水最终不能充满试管，A项不正确。

如果是少量O2和大量NO2的混合气体或只有NO2一种气体，在水中反复通O2都可以发生反应生成硝酸，故B项正确，D项错误。

类型二、喷泉实验中的浓度计算例2．相同条件下，在容积相同的三个烧瓶内分别充满干燥的NH3、HCl、NO2气体，做喷泉实验，所得三种溶液的物质的量浓度比为()A．3∶3∶2 B．2∶2∶3 C．1∶1∶1 D．无法比较【答案】C【解析】HCl、NH3全部溶于水，溶液充满整个烧瓶。

设烧瓶容积为V L，则所得溶液的物质的量浓度为：对NO2，由反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO3 mol 2 mol得，溶液的体积也充满烧瓶体积的，代入浓度计算式，求得。

【总结升华】一要抓住浓度的概念，二要清楚气体的性质和其中的反应。

举一反三：【变式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，最后烧瓶内溶液的物质的量浓度为()A．0.045 mol·L－1B．0.036 mol·L－1 C．0.026 mol·L－1D．0.030 mol·L－1【答案】C【解析】由于NO和O2恰好反应：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，即最后溶液充满整个烧瓶。

设烧瓶容积为V L，则n(NO)＝n(HNO3)＝，而反应后溶液体积为V L，故c(HNO3)＝mol·L－1＝0.026 mol·L －1。

类型三、与氮的氧化物有关的计算例3．在一定温度和压强下，将装有N2和NO2混合气体的试管倒立在水中，经足够时间后，试管内气体的体积缩小为原体积的3/5，则原混合气体中N2与NO2的体积比是()A、2 ∶3B、3 ∶2C、3 ∶5D、5 ∶ 3【答案】A【解析】(差量法)NO2与水反应使气体的体积减小，设原混合气体的体积为5mL，则：3NO2＋H2O ＝2HNO3＋NO ΔV3mL 1mL2mLV(NO2)5mL×(1－3/5)V(NO2)＝3mLV(N2)∶V (NO2)＝(5mL－3mL)∶3mL＝2∶3【总结升华】关键是搞清发生的反应，理清数量关系，还要掌握差量法计算技巧。

举一反三：【变式1】将一充满NO2和O2混合气体的试管倒立于水中，若试管的容积为10 mL，充分反应后剩余气体为1 mL，求原混合气体中NO2和O2的体积各为多少毫升？【答案】原混合气体中NO2和O2的体积分别是7.2 mL和2.8 mL或8.6 mL和1.4 mL。

【解析】（1）若O2过量，剩余的1 mL气体为O2。

根据4NO2+O2+2H2O==4HNO3，得：得V (NO2)=45×9 mL=7.2 mL，V＇(O2)=15×9 mL=1.8 mL。

故V (O2)=1.8 mL+1 mL=2.8 mL。

（2）若NO2过量，剩余的1 mL气体为NO。

先根据3NO2+H2O==2HNO3+NO得出过量的NO2体积为3 mL。

再根据4NO2+O2+2H2O==4HNO3计算参加反应的NO2、O2的体积：V＇(NO2)= 45×7 mL=5.6 mL，V (O2)=15×7 mL=1.4 mL。

故V (NO2)=5.6 mL+3 mL=8.6 mL，V (O2)=1.4 mL。

【总结升华】常常出现的错误是只考虑了4NO2+O2+2H2O==4HNO3，认为剩余的是1 mL NO2或O2，其实在有水存在的条件下不可能有NO2，而应该是NO剩余。

【变式2】一支试管中充有20mLNO气体，倒置于水槽中，现向其中通入一定量的O2，试管内最终有4mL气体，则通入O2的体积可能是多少？【答案】通入O2的体积可能是12mL或19mL【高清课堂：氮及其氧化物ID:395519#例题讲解1】【变式3】将充有m mL NO和n mL NO2的量筒倒立于水槽中，然后通入m mL O2，若m＜n，则充分反应后，量筒内气体的体积为(单位：mL)()【答案】C【解析】由电子得失守恒：。