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基础课时4　氮及氮的氧化物
学习目标　1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究,了解N2、NO和NO2的主要性质。2.能从物质类别和氮元素化合价的角度认识氮氧化物的性质与转化。3.认识N2、NO和NO2在生产中的应用和对生态环境的影响。
一、氮气与氮的固定
(一)知识梳理
1.氮原子结构和氮元素的存在
(1)氮原子的“位、构、性”
(2)氮元素在自然界中的存在
2.氮气的性质
(1)物理性质
颜色 密度 气味 溶解性
无 比空气略小 无 难溶于水
(2)化学性质
①稳定性
氮分子内两个氮原子间以共价三键(N≡N)结合,断开该化学键需要较多的能量,所以氮气的化学性质很稳定,通常情况下很难与其他物质发生化学反应。
②氮气的常见反应:在高温、放电等条件下,氮气也可以与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应(写出化学方程式)。
还原性:N2+O22NO。
氧化性:3Mg+N2Mg3N2、
N2+3H22NH3。
3.氮的固定
(1)氮的固定:将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定。
(2)类型
自然固氮 大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合物
通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨
人工固氮 人类则通过控制条件,将氮气氧化或还原为氮的化合物,如工业合成氨
4.氮的循环
(二)归纳总结
1.氮气的性质:氮元素常见化合价有-3、0、+2、+4、+5价等;氮气中氮元素呈0价,处于中间价态,故氮气既有氧化性(与H2、镁等反应),又有还原性(与O2等反应)。
2.氮的固定:将游离态的N2转化为化合态含氮物质的过程,实现了氮元素化合价的升高或降低,体现了氮气的还原性或氧化性。
1.下列关于氮气性质的说法中正确的是 (　　)
A.点燃条件下,N2在氧气中燃烧生成NO
B.点燃时,N2与金属Mg反应生成Mg3N2,N2作还原剂
C.合成氨反应中,N2发生氧化反应
D.氮气的化学性质稳定,其原因是两个氮原子之间以共价三键结合
答案　D
解析　A项,氮气与氧气在放电或高温条件下生成一氧化氮;B项,点燃时,N2与金属Mg反应生成Mg3N2,N2得电子化合价降低作氧化剂;C项,合成氨反应中,N2得电子化合价降低发生还原反应;D项,氮气的化学性质稳定,其原因是两个氮原子之间以共价三键结合,键能大,不易断裂,物质化学性质稳定。
2.氮是各种生物体生命活动不可缺少的重要元素,氮的循环为生物体提供氮元素。下列过程不属于氮的固定的是 (　　)
A.根瘤菌把氮气转化为氨
B.氮气和氢气在适宜条件下合成氨
C.镁在氮气中燃烧
D.工业上用氨和二氧化碳合成尿素
答案　D
解析　A项,氮由游离态转化为化合态,属于氮的固定,根瘤菌把氮气转化为氨,属于氮的固定;B项,氮气和氢气在适宜条件下合成氨,氮由游离态转化为化合态,属于氮的固定;C项,镁在氮气中燃烧,生成氮化镁,氮由游离态转化为化合态,属于氮的固定;D项,工业上用氨和二氧化碳合成尿素,属于不同化合态的氮之间的转化,不属于氮的固定。
二、一氧化氮和二氧化氮
(一)知识梳理
1.一氧化氮、二氧化氮的物理性质
氧化物 颜色 状态 气味 水溶性 毒性
NO 无色 气态 无味 不溶
NO2 红棕色 气态 刺激性气味 易溶
2.一氧化氮、二氧化氮的化学性质
(1)在常温下,NO很容易与O2反应,化学方程式为2NO+O2===2NO2。
(2)NO2溶于水时发生反应,化学方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO。
(二)互动探究
二氧化氮溶于水的实验探究
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,用乳胶管和弹簧夹封住管口,振荡注射器,观察现象。
操作二:打开弹簧夹,快速吸入10 mL空气,夹上弹簧夹,观察现象。
操作三:振荡注射器,再观察现象。
【问题讨论】
问题1　NO能否溶于水 能否与水反应
提示　NO不溶于水;不能与水反应。
问题2　操作三中振荡注射器观察到什么现象 注射器会有什么气体剩余
提示　开始无色气体变红棕色,后来颜色逐渐变浅或消失,气体体积变小;NO2与水反应生成硝酸和NO;剩余气体中除含有氮气外,还含有NO。
问题3　上述实验中发生了哪些化学反应 写出反应方程式。
提示　实验中发生的反应为2NO+O2===2NO2、3NO2+H2O===2HNO3+NO。
问题4　如果要将注射器中的NO充分转化,可以采取哪些措施 上述实验对工业上生产硝酸有哪些启示
提示　如果要将注射器中的NO充分转化,持续通入过量的空气,再用水吸收NO2;制取硝酸的反应过程中,要不断地补充空气,充分利用原料,使NO2尽可能多地转化为硝酸,并能减少NO的排放以保护环境。
【探究归纳】
1.不同价态氮的氧化物
N的化合价 +1 +2 +3 +4 +5
对应氧化物 N2O(笑气) NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5
其中属于酸性氧化物的是N2O3和N2O5,对应的酸分别是HNO2(亚硝酸)和HNO3。
2.NO和NO2的性质及转化
①2NO+O2===2NO2　②3NO2+H2O===2HNO3+NO　③2NO+2CON2+2CO2　
④2NO2+4CON2+4CO2
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列说法正确的是 (　　)
A.氮气化学性质不活泼,原因是N的非金属性较弱
B.氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应,氧气过量直接生成NO2
C.植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料,实现氮的固定
D.“雷雨发庄稼”所包含的化学变化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐
答案　D
解析　氮气化学性质不活泼,原因是N≡N键能大,A错误;氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应生成NO,NO进一步被氧气氧化生成NO2,B错误;氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮的过程,C错误;“雷雨发庄稼”所包含的化学变化:放电时氮气被O2氧化产生NO,NO被O2氧化为NO2,NO2与H2O反应产生HNO3,硝酸进一步转变为硝酸盐,D正确。
2.下列对NO和NO2的描述不正确的是 (　　)
A.NO2与水的反应中,NO2既是氧化剂又是还原剂
B.NO是无色气体,可用向上排空气法收集
C.NO2与H2O反应生成HNO3,但NO2不是酸性氧化物
D.从元素化合价角度看,NO既有氧化性又有还原性
答案　B
解析　NO2与水发生反应:3NO2+H2O===2HNO3+NO,氮元素由+4价变为+2价和+5价,则NO2既是氧化剂又是还原剂,A正确;NO易与O2反应生成NO2,不能用排空气法收集,可采用排水法收集,B错误;NO2与H2O反应生成HNO3,N的价态发生了变化,故NO2不是酸性氧化物,C正确;NO中氮元素显+2价,处于中间价态,则NO既有氧化性又有还原性,D正确。
【题后归纳】　氮的氧化物溶于水的三种情况
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气体:NO2气体溶于水时仅涉及反应①,剩余气体为NO。
(2)NO2和O2的混合气体:4NO2+O2+2H2O===4HNO3
V(NO2)∶V(O2)
(3)NO和O2的混合气体:4NO+3O2+2H2O===4HNO3
V(NO)∶V(O2)
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)氮气与氮的固定和循环
1.下列属于氮的固定的是 (　　)
A.雷雨闪电时空气中的N2和O2化合生成NO
B.NH4Cl和Ca(OH)2反应生成NH3
C.豆科作物把含氮化合物转变为蛋白质
D.将氨转化为硝酸,再转化为其他含氮化合物
答案　A
解析　雷雨闪电时空气中的N2和O2化合生成NO,游离态氮元素变为了化合态氮元素,故A符合题意;B、C、D项均不是游离态氮元素变为化合态氮元素,不属于氮的固定,故不符合题意。
2. 自然界的氮循环如图所示,下列说法错误的是 (　　)
A.氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式
B.氧元素参与了氮循环
C.①中N2与O2反应直接生成NO2,NO2与水反应生成HNO3
D.②中的合成氨反应中N2为氧化剂
答案　C
解析　自然固氮和人工固氮是固氮的主要方式,A正确;从图中可知氧元素参与了氮循环,B正确;①中N2与O2反应直接生成NO,而不是NO2,C错误;②中的合成氨反应中N2转变成NH3,N元素化合价由0变成-3,化合价降低,N2为氧化剂,D正确。
3.下列关于N2的叙述中正确的是 (　　)
A.N2是一种无色且易溶于水的气体
B.在雷雨天,空气中的N2和O2可直接反应生成NO2
C.在N2与Mg反应生成Mg3N2的过程中,N2作还原剂
D.一定条件下,N2与H2合成NH3属于氮的固定
答案　D
解析　N2是难溶于水的气体;在雷雨天,空气中的N2和O2在雷电作用下可直接反应生成NO;在N2与Mg反应生成Mg3N2的过程中,N2得电子做氧化剂;N2与H2生成NH3属于氮的固定。
4.自然界中时刻存在着氮的转化。实现氮按照一定方向转化一直是科学领域研究的重要课题,如图为N2分子在催化剂的作用下发生的一系列转化示意图:
下列叙述正确的是 (　　)
A.NH3→NO属于氮的固定
B.在催化剂a作用下,N2发生了氧化反应
C.N2很稳定,不支持任何物质的燃烧
D.催化剂a、b表面均有非极性共价键的断裂
答案　D
解析　把游离态的氮转化为氮的化合物,称为氮的固定,NH3→NO不属于氮的固定,故A错误;在催化剂a作用下,N2→NH3,氮元素化合价从0降低至-3,发生了还原反应,故B错误。
(二)一氧化氮和二氧化氮
5.病毒学研究证实,一氧化氮对SARS病毒有直接的抑制作用。下列关于一氧化氮的叙述正确的是 (　　)
A.一氧化氮是一种红棕色的气体
B.常温常压下,一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合
C.一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到
D.一氧化氮易溶于水,不能用排水法收集
答案　C
解析　NO是无色气体,不溶于水,易与O2化合生成NO2,在放电的条件下N2与O2化合生成NO。
6.下列有关NO2的说法中正确的是 (　　)
A.NO2能与水反应生成硝酸,在反应中NO2只是还原剂
B.除去O2中混有的NO2,可将混合气体通过水,将NO2溶解
C.NO2与溴蒸气的鉴别可用NaOH溶液,溶于NaOH溶液得无色溶液的是NO2,得橙色溶液的为溴蒸气
D.在NO2与水的反应中氧化剂与还原剂的质量之比为1∶2
答案　D
解析　NO2能与水反应生成硝酸,在反应中NO2既是氧化剂又是还原剂,A错误;除去O2中混有的NO2,将混合气体通过水,NO2溶解的同时又生成新的杂质NO,且NO又能与O2反应,B项错误;NO2、溴蒸气分别与NaOH溶液反应均得无色溶液,所以NaOH溶液无法鉴别NO2与溴蒸气,故C项错误。
7.下列关于氮的氧化物的说法中正确的是 (　　)
A.氮的氧化物都是酸性氧化物,都是大气污染物
B.氮的氧化物都既有氧化性,又有还原性
C.NO2有毒,可由N2与O2反应直接制备
D.可以用排空气法收集NO2
答案　D
解析　氮的氧化物均会对大气产生污染,NO、NO2不是酸性氧化物,A项错误;N2O5中氮元素为最高价,只有氧化性,B项错误;N2与O2在放电或高温条件下反应生成NO,不能直接生成NO2,C项错误;收集NO2能用排空气法,因为NO2不与空气成分反应,且密度比空气大,D项正确。
8.将10 mL NO和NO2的混合气体通入装满水的倒立在水槽中的量筒,充分反应后,最后剩余4 mL气体,则原混合气体中NO的体积为 (　　)
A.1 mL B.3 mL
C.5 mL D.7 mL
答案　A
解析　NO、NO2混合气体通入装满水的倒立在水槽中的量筒中,NO和水不反应,NO2气体发生反应:3NO2+H2O===2HNO3+NO,根据方程式可知:每反应消耗3体积NO2,反应产生1体积NO,反应后气体体积减少2体积。现在气体体积减少了10 mL-4 mL=6 mL,则混合气体中NO2的体积V(NO2)=×6 mL=9 mL,则混合气体中含有NO的体积V(NO)=10 mL-9 mL=1 mL。
9.如图为雷雨时节,雨水中硝酸的形成过程。回答下列有关问题:
(1)图中物质X为　　　　　　(填化学式),转化①、②、③中属于氮的固定的是　　　　　　。
(2)NO2与水蒸气反应生成稀硝酸的化学方程式为　　　　　　　　　　　　;该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为　　　　　　。
(3)俗话说“雷雨发庄稼”,一些植物的根可以将空气中的N2转化为NH3,与雨水中的HNO3反应,形成氮肥。这种氮肥加热至230 ℃分解,产生两种常温下无污染的气体,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　。
(4)将容积为50 mL,充满O2和NO2气体的试管倒扣在装满水的水槽中,试管内液面上升,最终有5 mL气体剩余,假设反应前后试管内气体压强和温度均不变,则反应前试管内O2和NO2的体积比可能为　　　　(写出所有可能的答案)。
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)氮气和氧气放电条件下合成一氧化氮,故X为O2;氮的固定为游离态的氮变为化合态的氮的过程,故属于氮的固定的为①。(2)二氧化氮和水生成硝酸和一氧化氮,反应方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO;该反应中3 mol二氧化氮中有2 mol生成硝酸,作还原剂,有1 mol生成一氧化氮,作氧化剂,故氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2。(3)氨气和硝酸生成氮肥硝酸铵,加热分解生成两种无污染的气体氮气和氧气,故化学方程式为2NH4NO3O2↑+2N2↑+4H2O。(4)若NO剩余,则首先发生反应4NO2+O2+2H2O===4HNO3,然后剩余的二氧化氮继续反应3NO2+H2O===2HNO3+NO,最终NO是5 mL,则剩余的NO2是15 mL。所以另外35 mL气体是NO2和O2按照体积比4∶1进行反应,其中28 mL是二氧化氮,7 mL是氧气,所以二氧化氮共计43 mL,氧气7 mL,则O2和NO2的体积比为7∶43;若O2剩余,剩余O2 5 mL,则另外45 mL气体是NO2和O2按照体积比4∶1进行反应,其中36 mL是二氧化氮,9 mL是氧气,所以二氧化氮共计36 mL,氧气14 mL,则O2和NO2的体积比为7∶18。
B级　素养培优练
10.如图所示,相同条件下,两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体,分别倒置于水槽中,然后通过导管缓慢通入氧气,边通边慢慢摇动试管,直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散,则两个试管内溶液的物质的量浓度之比为 (　　)
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),则生成的HNO3的物质的量相等,溶液的体积也相同,故两个试管内溶液中溶质的物质的量浓度相等。
11.NH3可消除NO的污染,反应方程式为6NO+4NH35N2+6H2O。现有1 mol NO与NH3的混合物充分反应,若还原产物比氧化产物多1.4 g,则下列判断中正确的是 (　　)
A.原混合物中NO与NH3的物质的量之比一定为3∶7
B.有0.6 mol NH3被氧化
C.生成还原产物2.8 g
D.原混合气体中含氨气为0.2 mol或0.7 mol
答案　D
解析　由方程式6NO+4NH35N2+6H2O可知,6 mol NO被还原得到3 mol还原产物N2,4 mol NH3被氧化得到2 mol氧化产物N2,相差1 mol N2,若还原产物比氧化产物多1.4 g,即0.05 mol N2,则相当于0.3 mol NO和0.2 mol NH3反应。由题意可知NO和NH3的总物质的量为1 mol,则其中一种过量,所以有两种情况: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与NH3的物质的量之比为3∶7或4∶1,A错误;由以上分析可知,有0.2 mol NH3被氧化,B错误;还原产物的物质的量为0.15 mol,即4.2 g,C错误;原混合气体中含氨气为0.2 mol或0.7 mol,D正确。
12.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6 mL O2,夹住弹簧夹,让内外大气压相同,观察现象。下列叙述不正确的是 (　　)
A.可观察到注射器内气体由无色变成红棕色,最后变成无色
B.可观察到注射器的活塞缓缓向左移动
C.最终剩余气体体积约为12 mL
D.所得硝酸的浓度约为0.07 mol·L-1
答案　D
解析　NO遇空气中氧气生成NO2,NO2为红棕色气体,NO2溶于水生成NO,气体由红棕色变为无色,A项正确;由4NO+3O2+2H2O===4HNO3可知,O2消耗完,NO有剩余,剩余气体体积为(20-8) mL=12 mL,C项正确;可观察到注射器活塞缓缓向左移动,B项正确;没有注明状态,无法计算硝酸浓度,D项错误。
13.在同温同压下,将等体积混合而成的四组气体:
①NO2+O2、②NO2+NO、③HCl+N2、④SO2+O2,分别通入体积相同的试管,并立即倒立于水槽中,如图所示。待试管内液面稳定后,剩余气体的体积依次为V1、V2、V3、V4,则剩余气体的体积最小的是 (　　)
A.V1 B.V2
C.V3 D.V4
答案　A
解析　假设每种气体的体积都是a,试管的容积为2a,气体减少的体积等于试管内液体的体积。①根据反应4NO2+O2+2H2O===4HNO3可知,NO2完全反应,剩余气体是O2,剩余O2的体积为a-;②根据反应3NO2+H2O===2HNO3+NO可知,生成NO的体积为,所以剩余气体是NO,其体积为;③氮气和水不反应,氯化氢极易溶于水,所以剩余气体的体积为a;④SO2溶于水时,可与水反应生成H2SO3,H2SO3不稳定,易分解,该反应是可逆反应,O2和水不反应,故剩余气体的体积大于a。综上所述,剩余气体的体积最小的是①。
14.汽车尾气中常含有CO、NOx等气体,为减轻污染,一般汽车都加装了“催化转化器”,可将汽车尾气中的有毒气体转化为无污染的气体。某化学兴趣小组在实验室模拟汽车尾气处理,设计了如图所示装置(部分夹持装置已略去)。
(1)装置Ⅲ的主要作用为　　　　　　　　　　　　。
(2)停止加热,打开活塞K,放入适量氧气时,装置Ⅱ中可观察到的现象是　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　。
(3)该套装置的不完善之处是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(4)汽车尾气中含有CO和NOx,消除它们对大气污染的方法是安装催化转化器,使它们发生反应生成两种无毒的气体,其中一种是单质,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(5)工业上常用纯碱液来吸收NOx,有关反应的化学方程式为2NO2+Na2CO3===NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO3===2NaNO2+CO2。现有标准状况下a L NO2和b L NO的混合气体恰好被200 mL Na2CO3溶液完全吸收,则a、b应满足的关系为　　　　　　。Na2CO3溶液的物质的量浓度为　　　　　　 mol·L-1。
答案　(1)检验CO是否转化为CO2　(2)出现红棕色气体　(3)无尾气处理装置　(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剂和加热的条件下转化为氮气和二氧化碳,二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊,所以装置Ⅲ的主要作用是检验CO是否转化为CO2。(2)由于有部分一氧化氮没有转化为氮气,向装置中通入氧气时,装置Ⅱ中一氧化氮与氧气反应生成红棕色的二氧化氮,因此装置Ⅱ中的现象为出现红棕色气体。(3)由于尾气中仍残留未反应的一氧化氮和一氧化碳,所以该装置的不完善之处是无尾气处理装置。(4)依据题意和元素守恒可知,该反应的化学方程式为2xCO+2NOxN2+2xCO2。(5)依据反应2NO2+Na2CO3===NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO3===2NaNO2+CO2可知,二氧化氮和一氧化氮的物质的量之比应大于或等于1∶1,气体才会反应完全。与二氧化氮和一氧化氮反应的碳酸钠的物质的量为 mol,与二氧化氮单独反应的碳酸钠的物质的量为 mol,所以碳酸钠的物质的量浓度为 mol·L-1。第二节　氮及其化合物
基础课时4　氮及氮的氧化物
学习目标　1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究,了解N2、NO和NO2的主要性质。2.能从物质类别和氮元素化合价的角度认识氮氧化物的性质与转化。3.认识N2、NO和NO2在生产中的应用和对生态环境的影响。
一、氮气与氮的固定
(一)知识梳理
1.氮原子结构和氮元素的存在
(1)氮原子的“位、构、性”
(2)氮元素在自然界中的存在
2.氮气的性质
(1)物理性质
颜色 密度 气味 溶解性
比空气略　
(2)化学性质
①稳定性
氮分子内两个氮原子间以　　　　　　结合,断开该化学键需要较多的能量,所以氮气的化学性质很　　　　,通常情况下很难与其他物质发生化学反应。
②氮气的常见反应:在　　　　、　　　　等条件下,氮气也可以与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应(写出化学方程式)。
还原性:　　　　　　　　　　　　。
氧化性:　　　　　　　　　　　　、 　　　　　　　　　　　　。
3.氮的固定
(1)氮的固定:将大气中　　　　　　的氮转化为　　　　　　的过程叫做氮的固定。
(2)类型
自然固氮 大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合物
通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成　　　
人工固氮 人类则通过控制条件,将氮气氧化或还原为氮的化合物,如工业合成氨
4.氮的循环
(二)归纳总结
1.氮气的性质:氮元素常见化合价有-3、0、+2、+4、+5价等;氮气中氮元素呈0价,处于中间价态,故氮气既有氧化性(与H2、镁等反应),又有还原性(与O2等反应)。
2.氮的固定:将游离态的N2转化为化合态含氮物质的过程,实现了氮元素化合价的升高或降低,体现了氮气的还原性或氧化性。
1.下列关于氮气性质的说法中正确的是 (　　)
A.点燃条件下,N2在氧气中燃烧生成NO
B.点燃时,N2与金属Mg反应生成Mg3N2,N2作还原剂
C.合成氨反应中,N2发生氧化反应
D.氮气的化学性质稳定,其原因是两个氮原子之间以共价三键结合
2.氮是各种生物体生命活动不可缺少的重要元素,氮的循环为生物体提供氮元素。下列过程不属于氮的固定的是 (　　)
A.根瘤菌把氮气转化为氨
B.氮气和氢气在适宜条件下合成氨
C.镁在氮气中燃烧
D.工业上用氨和二氧化碳合成尿素
二、一氧化氮和二氧化氮
(一)知识梳理
1.一氧化氮、二氧化氮的物理性质
氧化物 颜色 状态 气味 水溶性 毒性
NO 　　色 气态 无味 　　溶
NO2 　　色 气态 　　　气味 　　溶
2.一氧化氮、二氧化氮的化学性质
(1)在常温下,NO很容易与O2反应,化学方程式为　　　　　　　　　　　　。
(2)NO2溶于水时发生反应,化学方程式为　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(二)互动探究
二氧化氮溶于水的实验探究
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,用乳胶管和弹簧夹封住管口,振荡注射器,观察现象。
操作二:打开弹簧夹,快速吸入10 mL空气,夹上弹簧夹,观察现象。
操作三:振荡注射器,再观察现象。
【问题讨论】
问题1　NO能否溶于水 能否与水反应
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题2　操作三中振荡注射器观察到什么现象 注射器会有什么气体剩余
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题3　上述实验中发生了哪些化学反应 写出反应方程式。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题4　如果要将注射器中的NO充分转化,可以采取哪些措施 上述实验对工业上生产硝酸有哪些启示
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究归纳】
1.不同价态氮的氧化物
N的化合价 +1 +2 +3 +4 +5
对应氧化物 N2O(笑气) NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5
其中属于酸性氧化物的是N2O3和N2O5,对应的酸分别是HNO2(亚硝酸)和HNO3。
2.NO和NO2的性质及转化
①2NO+O2===2NO2　②3NO2+H2O===2HNO3+NO　③2NO+2CON2+2CO2
④2NO2+4CON2+4CO2
1.下列说法正确的是 (　　)
A.氮气化学性质不活泼,原因是N的非金属性较弱
B.氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应,氧气过量直接生成NO2
C.植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料,实现氮的固定
D.“雷雨发庄稼”所包含的化学变化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐
2.下列对NO和NO2的描述不正确的是 (　　)
A.NO2与水的反应中,NO2既是氧化剂又是还原剂
B.NO是无色气体,可用向上排空气法收集
C.NO2与H2O反应生成HNO3,但NO2不是酸性氧化物
D.从元素化合价角度看,NO既有氧化性又有还原性
【题后归纳】　氮的氧化物溶于水的三种情况
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气体:NO2气体溶于水时仅涉及反应①,剩余气体为NO。
(2)NO2和O2的混合气体:4NO2+O2+2H2O===4HNO3
V(NO2)∶V(O2)
(3)NO和O2的混合气体:4NO+3O2+2H2O===4HNO3
V(NO)∶V(O2)
:课后完成　第五章　基础课时4(共55张PPT)
第二节　氮及其化合物
基础课时 氮及氮的氧化物
4
第五章
化工生产中的重要非金属元素
1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究,了解N2、NO和NO2的主要性质。
2.能从物质类别和氮元素化合价的角度认识氮氧化物的性质与转化。
3.认识N2、NO和NO2在生产中的应用和对生态环境的影响。
学习目标
一、氮气与氮的固定
二、一氧化氮和二氧化氮
目
录
CONTENTS
课后巩固训练
一、氮气与氮的固定
对点训练
(一)知识梳理
1.氮原子结构和氮元素的存在
(1)氮原子的“位、构、性”
二
VA
2
5
(2)氮元素在自然界中的存在
氮分子
蛋白质
硝酸盐和铵盐
2.氮气的性质
(1)物理性质
颜色 密度 气味 溶解性
比空气略____
无
小
无
难溶于水
(2)化学性质
①稳定性
氮分子内两个氮原子间以_________________结合,断开该化学键需要较多的能量,所以氮气的化学性质很______,通常情况下很难与其他物质发生化学反应。
②氮气的常见反应:在______、______等条件下,氮气也可以与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应(写出化学方程式)。
还原性:____________________。
氧化性:____________________________________________。
N2+O2 2NO
3Mg+N2 Mg3N2、N2+3H2 2NH3
共价三键(N≡N)
稳定
高温
放电
3.氮的固定
(1)氮的固定:将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定。
(2)类型
自然固氮 大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合物
通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨
人工固氮 人类则通过控制条件,将氮气氧化或还原为氮的化合物,如工业合成氨
4.氮的循环
(二)归纳总结
1.氮气的性质:氮元素常见化合价有-3、0、+2、+4、+5价等;氮气中氮元素呈0价,处于中间价态,故氮气既有氧化性(与H2、镁等反应),又有还原性(与O2等反应)。
2.氮的固定:将游离态的N2转化为化合态含氮物质的过程,实现了氮元素化合价的升高或降低,体现了氮气的还原性或氧化性。
1.下列关于氮气性质的说法中正确的是 (　　)
A.点燃条件下,N2在氧气中燃烧生成NO
B.点燃时,N2与金属Mg反应生成Mg3N2,N2作还原剂
C.合成氨反应中,N2发生氧化反应
D.氮气的化学性质稳定,其原因是两个氮原子之间以共价三键结合
解析　A项,氮气与氧气在放电或高温条件下生成一氧化氮;B项,点燃时,N2与金属Mg反应生成Mg3N2,N2得电子化合价降低作氧化剂;C项,合成氨反应中,N2得电子化合价降低发生还原反应;D项,氮气的化学性质稳定,其原因是两个氮原子之间以共价三键结合,键能大,不易断裂,物质化学性质稳定。
D
2.氮是各种生物体生命活动不可缺少的重要元素,氮的循环为生物体提供氮元素。下列过程不属于氮的固定的是 (　　)
A.根瘤菌把氮气转化为氨
B.氮气和氢气在适宜条件下合成氨
C.镁在氮气中燃烧
D.工业上用氨和二氧化碳合成尿素
D
解析　A项,氮由游离态转化为化合态,属于氮的固定,根瘤菌把氮气转化为氨,属于氮的固定;B项,氮气和氢气在适宜条件下合成氨,氮由游离态转化为化合态,属于氮的固定;C项,镁在氮气中燃烧,生成氮化镁,氮由游离态转化为化合态,属于氮的固定;D项,工业上用氨和二氧化碳合成尿素,属于不同化合态的氮之间的转化,不属于氮的固定。
二、一氧化氮和二氧化氮
对点训练
(一)知识梳理
1.一氧化氮、二氧化氮的物理性质
氧化物 颜色 状态 气味 水溶性 毒性
NO ____色 气态 无味 ____溶 均有毒
NO2 ______色 气态 ________气味 ____溶
无
不
红棕
刺激性
易
2.一氧化氮、二氧化氮的化学性质
(1)在常温下,NO很容易与O2反应,化学方程式为__________________。
(2)NO2溶于水时发生反应,化学方程式为___________________________。
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
(二)互动探究
二氧化氮溶于水的实验探究
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,用乳胶管和弹簧夹封住管口,振荡注射器,观察现象。
操作二:打开弹簧夹,快速吸入10 mL空气,夹上弹簧夹,观察现象。
操作三:振荡注射器,再观察现象。
【问题讨论】
问题1　NO能否溶于水 能否与水反应
提示　NO不溶于水;不能与水反应。
问题2　操作三中振荡注射器观察到什么现象 注射器会有什么气体剩余
提示　开始无色气体变红棕色,后来颜色逐渐变浅或消失,气体体积变小;NO2与水反应生成硝酸和NO;剩余气体中除含有氮气外,还含有NO。
问题3　上述实验中发生了哪些化学反应 写出反应方程式。
提示　实验中发生的反应为2NO+O2===2NO2、3NO2+H2O===2HNO3+NO。
问题4　如果要将注射器中的NO充分转化,可以采取哪些措施 上述实验对工业上生产硝酸有哪些启示
提示　如果要将注射器中的NO充分转化,持续通入过量的空气,再用水吸收NO2;制取硝酸的反应过程中,要不断地补充空气,充分利用原料,使NO2尽可能多地转化为硝酸,并能减少NO的排放以保护环境。
【探究归纳】
1.不同价态氮的氧化物
N的化合价 +1 +2 +3 +4 +5
对应氧化物 N2O(笑气) NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5
其中属于酸性氧化物的是N2O3和N2O5,对应的酸分别是HNO2(亚硝酸)和HNO3。
2.NO和NO2的性质及转化
1.下列说法正确的是 (　　)
A.氮气化学性质不活泼,原因是N的非金属性较弱
B.氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应,氧气过量直接生成NO2
C.植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料,实现氮的固定
D.“雷雨发庄稼”所包含的化学变化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐
D
解析　氮气化学性质不活泼,原因是N≡N键能大,A错误;氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应生成NO,NO进一步被氧气氧化生成NO2,B错误;氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮的过程,C错误;“雷雨发庄稼”所包含的化学变化:放电时氮气被O2氧化产生NO,NO被O2氧化为NO2,NO2与H2O反应产生HNO3,硝酸进一步转变为硝酸盐,D正确。
2.下列对NO和NO2的描述不正确的是 (　　)
A.NO2与水的反应中,NO2既是氧化剂又是还原剂
B.NO是无色气体,可用向上排空气法收集
C.NO2与H2O反应生成HNO3,但NO2不是酸性氧化物
D.从元素化合价角度看,NO既有氧化性又有还原性
解析　NO2与水发生反应:3NO2+H2O===2HNO3+NO,氮元素由+4价变为+2价和+5价,则NO2既是氧化剂又是还原剂,A正确;NO易与O2反应生成NO2,不能用排空气法收集,可采用排水法收集,B错误;NO2与H2O反应生成HNO3,N的价态发生了变化,故NO2不是酸性氧化物,C正确;NO中氮元素显+2价,处于中间价态,则NO既有氧化性又有还原性,D正确。
B
【题后归纳】　氮的氧化物溶于水的三种情况
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气体:NO2气体溶于水时仅涉及反应①,剩余气体为NO。
V(NO2)∶V(O2)
(3)NO和O2的混合气体:4NO+3O2+2H2O===4HNO3
V(NO)∶V(O2)
(2)NO2和O2的混合气体:4NO2+O2+2H2O===4HNO3
课后巩固训练
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)氮气与氮的固定和循环
1.下列属于氮的固定的是(　　)
A.雷雨闪电时空气中的N2和O2化合生成NO
B.NH4Cl和Ca(OH)2反应生成NH3
C.豆科作物把含氮化合物转变为蛋白质
D.将氨转化为硝酸,再转化为其他含氮化合物
A
解析　雷雨闪电时空气中的N2和O2化合生成NO,游离态氮元素变为了化合态氮元素,故A符合题意;B、C、D项均不是游离态氮元素变为化合态氮元素,不属于氮的固定,故不符合题意。
2. 自然界的氮循环如图所示,下列说法错误的是 (　　)
A.氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式
B.氧元素参与了氮循环
C.①中N2与O2反应直接生成NO2,NO2与水反应生成HNO3
D.②中的合成氨反应中N2为氧化剂
C
解析　自然固氮和人工固氮是固氮的主要方式,A正确;从图中可知氧元素参与了氮循环,B正确;①中N2与O2反应直接生成NO,而不是NO2,C错误;②中的合成氨反应中N2转变成NH3,N元素化合价由0变成-3,化合价降低,N2为氧化剂,D正确。
3.下列关于N2的叙述中正确的是 (　　)
A.N2是一种无色且易溶于水的气体
B.在雷雨天,空气中的N2和O2可直接反应生成NO2
C.在N2与Mg反应生成Mg3N2的过程中,N2作还原剂
D.一定条件下,N2与H2合成NH3属于氮的固定
解析　N2是难溶于水的气体;在雷雨天,空气中的N2和O2在雷电作用下可直接反应生成NO;在N2与Mg反应生成Mg3N2的过程中,N2得电子做氧化剂;N2与H2生成NH3属于氮的固定。
D
4.自然界中时刻存在着氮的转化。实现氮按照一定方向转化一直是科学领域研究的重要课题,如图为N2分子在催化剂的作用下发生的一系列转化示意图:
下列叙述正确的是 (　　)
A.NH3→NO属于氮的固定
B.在催化剂a作用下,N2发生了氧化反应
C.N2很稳定,不支持任何物质的燃烧
D.催化剂a、b表面均有非极性共价键的断裂
D
解析　把游离态的氮转化为氮的化合物,称为氮的固定,NH3→NO不属于氮的固定,故A错误;在催化剂a作用下,N2→NH3,氮元素化合价从0降低至-3,发生了还原反应,故B错误。
(二)一氧化氮和二氧化氮
5.病毒学研究证实,一氧化氮对SARS病毒有直接的抑制作用。下列关于一氧化氮的叙述正确的是(　　)
A.一氧化氮是一种红棕色的气体
B.常温常压下,一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合
C.一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到
D.一氧化氮易溶于水,不能用排水法收集
C
解析　NO是无色气体,不溶于水,易与O2化合生成NO2,在放电的条件下N2与O2化合生成NO。
6.下列有关NO2的说法中正确的是 (　　)
A.NO2能与水反应生成硝酸,在反应中NO2只是还原剂
B.除去O2中混有的NO2,可将混合气体通过水,将NO2溶解
C.NO2与溴蒸气的鉴别可用NaOH溶液,溶于NaOH溶液得无色溶液的是NO2,得橙色溶液的为溴蒸气
D.在NO2与水的反应中氧化剂与还原剂的质量之比为1∶2
D
解析　NO2能与水反应生成硝酸,在反应中NO2既是氧化剂又是还原剂,A错误;除去O2中混有的NO2,将混合气体通过水,NO2溶解的同时又生成新的杂质NO,且NO又能与O2反应,B项错误;NO2、溴蒸气分别与NaOH溶液反应均得无色溶液,所以NaOH溶液无法鉴别NO2与溴蒸气,故C项错误。
7.下列关于氮的氧化物的说法中正确的是 (　　)
A.氮的氧化物都是酸性氧化物,都是大气污染物
B.氮的氧化物都既有氧化性,又有还原性
C.NO2有毒,可由N2与O2反应直接制备
D.可以用排空气法收集NO2
解析　氮的氧化物均会对大气产生污染,NO、NO2不是酸性氧化物,A项错误;N2O5中氮元素为最高价,只有氧化性,B项错误;N2与O2在放电或高温条件下反应生成NO,不能直接生成NO2,C项错误;收集NO2能用排空气法,因为NO2不与空气成分反应,且密度比空气大,D项正确。
D
8.将10 mL NO和NO2的混合气体通入装满水的倒立在水槽中的量筒,充分反应后,最后剩余4 mL气体,则原混合气体中NO的体积为 (　　)
A.1 mL B.3 mL C.5 mL D.7 mL
解析　NO、NO2混合气体通入装满水的倒立在水槽中的量筒中,NO和水不反应,NO2气体发生反应:3NO2+H2O===2HNO3+NO,根据方程式可知:每反应消耗3体积NO2,反应产生1体积NO,反应后气体体积减少2体积。现在气体体积减少了10 mL-4 mL=6 mL,则混合气体中NO2的体积V(NO2)=×6 mL=9 mL,则混合气体中含有NO的体积V(NO)=10 mL-9 mL=1 mL。
A
9.如图为雷雨时节,雨水中硝酸的形成过程。回答下列有关问题:
(1)图中物质X为　　　　　　(填化学式),转化①、②、③中属于氮的固定的是　　　　　　。
(2)NO2与水蒸气反应生成稀硝酸的化学方程式为　　　　　　　　　　　　;该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为　　　　　　。
O2
①
3NO2+H2O===2HNO3+NO
1∶2
解析　(1)氮气和氧气放电条件下合成一氧化氮,故X为O2;氮的固定为游离态的氮变为化合态的氮的过程,故属于氮的固定的为①。(2)二氧化氮和水生成硝酸和一氧化氮,反应方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO;该反应中3 mol二氧化氮中有2 mol生成硝酸,作还原剂,有1 mol生成一氧化氮,作氧化剂,故氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2。
(3)俗话说“雷雨发庄稼”,一些植物的根可以将空气中的N2转化为NH3,与雨水中的HNO3反应,形成氮肥。这种氮肥加热至230 ℃分解,产生两种常温下无污染的气体,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)将容积为50 mL,充满O2和NO2气体的试管倒扣在装满水的水槽中,试管内液面上升,最终有5 mL气体剩余,假设反应前后试管内气体压强和温度均不变,则反应前试管内O2和NO2的体积比可能为　　　　　　　(写出所有可能的答案)。
2NH4NO3 O2↑+2N2↑+4H2O
7∶18或7∶43
解析　(3)氨气和硝酸生成氮肥硝酸铵,加热分解生成两种无污染的气体氮气和氧气,故化学方程式为2NH4NO3 O2↑+2N2↑+4H2O。(4)若NO剩余,则首先发生反应4NO2+O2+2H2O===4HNO3,然后剩余的二氧化氮继续反应3NO2+H2O ===2HNO3+NO,最终NO是5 mL,则剩余的NO2是15 mL。所以另外35 mL气体是NO2和O2按照体积比4∶1进行反应,其中28 mL是二氧化氮,7 mL是氧气,所以二氧化氮共计43 mL,氧气7 mL,则O2和NO2的体积比为7∶43;若O2剩余,剩余O2 5 mL,则另外45 mL气体是NO2和O2按照体积比4∶1进行反应,其中36 mL是二氧化氮, 9 mL是氧气,所以二氧化氮共计36 mL,氧气14 mL,则O2和NO2的体积比为7∶18。
B级　素养培优练
10.如图所示,相同条件下,两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体,分别倒置于水槽中,然后通过导管缓慢通入氧气,边通边慢慢摇动试管,直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散,则两个试管内溶液的物质的量浓度之比为(　　)
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),则生成的HNO3的物质的量相等,溶液的体积也相同,故两个试管内溶液中溶质的物质的量浓度相等。
11.NH3可消除NO的污染,反应方程式为6NO+4NH3 5N2+6H2O。现有1 mol NO与NH3的混合物充分反应,若还原产物比氧化产物多1.4 g,则下列判断中正确的是(　　)
A.原混合物中NO与NH3的物质的量之比一定为3∶7
B.有0.6 mol NH3被氧化
C.生成还原产物2.8 g
D.原混合气体中含氨气为0.2 mol或0.7 mol
D
解析　由方程式6NO+4NH3 5N2+6H2O可知,6 mol NO被还原得到3 mol还原产物N2,4 mol NH3被氧化得到2 mol氧化产物N2,相差1 mol N2,若还原产物比氧化产物多1.4 g,即0.05 mol N2,则相当于0.3 mol NO和0.2 mol NH3反应。由题意可知NO和NH3的总物质的量为1 mol,则其中一种过量,所以有两种情况: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与NH3的物质的量之比为3∶7或4∶1,A错误;由以上分析可知,有0.2 mol NH3被氧化,B错误;还原产物的物质的量为0.15 mol,即4.2 g,C错误;原混合气体中含氨气为0.2 mol或0.7 mol,D正确。
12.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6 mL O2,夹住弹簧夹,让内外大气压相同,观察现象。下列叙述不正确的是 (　　)
A.可观察到注射器内气体由无色变成红棕色,最后变成无色
B.可观察到注射器的活塞缓缓向左移动
C.最终剩余气体体积约为12 mL
D.所得硝酸的浓度约为0.07 mol·L-1
D
解析　NO遇空气中氧气生成NO2,NO2为红棕色气体,NO2溶于水生成NO,气体由红棕色变为无色,A项正确;由4NO+3O2+2H2O===4HNO3可知,O2消耗完,NO有剩余,剩余气体体积为(20-8) mL=12 mL,C项正确;可观察到注射器活塞缓缓向左移动,B项正确;没有注明状态,无法计算硝酸浓度,D项错误。
13.在同温同压下,将等体积混合而成的四组气体:
①NO2+O2、②NO2+NO、③HCl+N2、④SO2+O2,分别通入体积相同的试管,并立即倒立于水槽中,如图所示。待试管内液面稳定后,剩余气体的体积依次为V1、V2、V3、V4,则剩余气体的体积最小的是 (　　)
A.V1 B.V2
C.V3 D.V4
A
解析　假设每种气体的体积都是a,试管的容积为2a,气体减少的体积等于试管内液体的体积。①根据反应4NO2+O2+2H2O===4HNO3可知,NO2完全反应,剩余气体是O2,剩余O2的体积为a-;②根据反应3NO2+H2O===2HNO3+NO可知,生成NO的体积为,所以剩余气体是NO,其体积为;③氮气和水不反应,氯化氢极易溶于水,所以剩余气体的体积为a;④SO2溶于水时,可与水反应生成H2SO3,H2SO3不稳定,易分解,该反应是可逆反应,O2和水不反应,故剩余气体的体积大于a。综上所述,剩余气体的体积最小的是①。
14.汽车尾气中常含有CO、NOx等气体,为减轻污染,一般汽车都加装了“催化转化器”,可将汽车尾气中的有毒气体转化为无污染的气体。某化学兴趣小组在实验室模拟汽车尾气处理,设计了如图所示装置(部分夹持装置已略去)。
(1)装置Ⅲ的主要作用为　　　　　　　　　　　　。
(2)停止加热,打开活塞K,放入适量氧气时,
装置Ⅱ中可观察到的现象是　　　　　　　　　。
(3)该套装置的不完善之处是　　　　　　　　　。
检验CO是否转化为CO2
出现红棕色气体
无尾气处理装置
解析　(1)一氧化碳和一氧化氮在催化剂和加热的条件下转化为氮气和二氧化碳,二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊,所以装置Ⅲ的主要作用是检验CO是否转化为CO2。(2)由于有部分一氧化氮没有转化为氮气,向装置中通入氧气时,装置Ⅱ中一氧化氮与氧气反应生成红棕色的二氧化氮,因此装置Ⅱ中的现象为出现红棕色气体。(3)由于尾气中仍残留未反应的一氧化氮和一氧化碳,所以该装置的不完善之处是无尾气处理装置。
(4)汽车尾气中含有CO和NOx,消除它们对大气污染的方法是安装催化转化器,使它们发生反应生成两种无毒的气体,其中一种是单质,该反应的化学方程式为
　　　　　　　　　　　 　　　　。
(5)工业上常用纯碱液来吸收NOx,有关反应的化学方程式为2NO2+Na2CO3===NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO3===2NaNO2+CO2。现有标准状况下a L NO2和b L NO的混合气体恰好被200 mL Na2CO3溶液完全吸收,则a、b应满足的关系为　　　　　　　　　　　　。Na2CO3溶液的物质的量浓
度为　　　　　　 mol·L-1。
2xCO+2NOx N2+2xCO2
a∶b≥1∶1或a≥b
解析　(4)依据题意和元素守恒可知,该反应的化学方程式为2xCO+2NOx N2+2xCO2。(5)依据反应2NO2+Na2CO3===NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+ Na2CO3===2NaNO2+CO2可知,二氧化氮和一氧化氮的物质的量之比应大于或等于1∶1,气体才会反应完全。与二氧化氮和一氧化氮反应的碳酸钠的物质的量为 mol,与二氧化氮单独反应的碳酸钠的物质的量为 mol,所以碳酸钠的物质的量浓度为 mol·L-1。

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