第5 讲 氮及其氧化物 硝酸的工业制法
考点一 氮及其氧化物
1.自然界中氮元素的存在和氮的固定
小题对点过
下列说法中正确的是 。
①固氮反应一定属于氧化还原反应
②N2与O2在放电条件下直接化合成NO2是氮的固定
③将NH3在一定条件下转化为尿素属于氮的固定
④将空气加压降温分离出液态N2和O2,不是氮的固定
答案 ①④
2.氮气
(1)物理性质:无色无味的气体,密度比空气略小,难溶于水。
(2)化学性质
写出标号反应的化学方程式:
①3Mg+N2
Mg3N2;
②N2+3H2
2NH3;
③N2+O2
2NO。
小题对点过
(1)写出N2的电子式: ,从电子云重叠方式角度指出N2分子中共价键的个数及类型 。
(2)下列氮气的用途叙述中,分别应用了氮气的什么性质?
①文物馆将贵重文物保存在氮气中 。
②氮气是合成氨工业的重要原料 。
③雷电是自然界重要的固氮方式 。
④医疗上,液氮是常见的冷冻剂 。
答案 (1)︰N︙︙N︰ N2分子中含有1 个σ 键、2 个π 键
(2)①N2的稳定性 ②N2的氧化性 ③N2的还原性 ④N2的沸点低,液氮易汽化,且汽化吸收热量
3.氮的氧化物
氮的多种氧化物:N
+1
2O、N
+2
O、N
+3
2O3、N
+ 4
O2、N
+ 4
2O 4、N
+5
2O5。
(1)N2O 俗称笑气,可以致人发笑,有轻微麻醉作用。
(2)N2O3、N2O5是HNO2、HNO3相应的酸性氧化物(或酸酐)。
(3)NO2与N2O4可相互转化2NO2
N2O4。
(4)NO 与NO2的比较
NO
NO2
颜色
无色
红棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
不溶于水
易溶于水
与O2或与
H2O 反应
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
收集方法
排水法
向上排空气法
与人体、环
境的关系
①与血红蛋白结合,使人中毒;②转化成
NO2,形成酸雨、光化学烟雾
形成酸雨、光化学烟雾,破
坏臭氧层
小题对点过
(1)下列说法中错误的是 。
①由于NO 极易与O2反应,并且其密度与空气相差不多,因此收集NO 只能用排水法
②由于NO2极易与水反应且密度比空气大,因此收集NO2只能用向上排空气法
③NO2与H2O 反应生成HNO3,故NO2是酸性氧化物
④可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2与溴蒸气
(2)1 mol NO2与水反应转移电子的数目为 。
(3)如何鉴别NO2与溴蒸气?
答案 (1)③④ (2)2
3NA
(3)由于NO2和溴蒸气在性质上有不少相似性:①均具有氧化性、②溶于水均有酸生成、③均可与碱
反应、④均为红棕色等,所以不能用淀粉碘化钾试纸、pH 试纸、NaOH 溶液来鉴别;但二者性质又
有差别,可以用下列方法鉴别:①AgNO3溶液、②CCl4、③水洗法。
1.下列关于氮及其化合物,说法不正确的是( )
A.氮的固定是将N2转化成含氮化合物
B.氮元素在自然界中既有游离态又有化合态
C.NO 和NO2都可稳定存在于空气中
D.N2既可作氧化剂又可作还原剂
答案 C
解析 A 项,氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程,如与豆类植物共生的根瘤菌,
能吸收大气中的氮气分子,将其转变成含氮化合物,正确;B 项,自然界中N 有游离态,如N2,也有化合态,
如铵盐、硝酸盐等,正确;C 项,NO 不稳定,易与O2反应生成NO2,错误;D 项,N2中N 元素为0 价,处于
氮的中间价态,化合价既可以升高又可以降低,N2既可以作氧化剂又可以作还原剂,D 正确。
2.NO 分子会污染空气。近年来,科学家发现少量的NO 在生物体内许多组织中存在,它有扩张血管、
提高免疫、增强记忆力的功能,而成为当前生命科学的研究热点。下列关于一氧化氮的叙述正确的
是( )
A.一氧化氮是酸性氧化物,会形成酸雨
B.常温、常压下,一氧化氮只能通过人工合成
C.一氧化氮为无色气体,在与O2反应中体现还原性
D.一氧化氮易溶于水,不能用排水法收集
答案 C
解析 A.能和碱反应生成盐和水的氧化物是酸性氧化物,一氧化氮和碱不反应,所以是不成盐氧化物,
A 错误;B.电闪雷鸣的雨天,N2和O2在放电条件下生成NO,N2+O2
2NO,B 错误;C.一氧化氮是一种
无色气体,具有还原性能被氧气等氧化剂氧化,氧化后产生二氧化氮,C 正确;D.一氧化氮是一种无色、
难溶于水的气体,在空气中易被氧化成红棕色的二氧化氮,故一氧化氮能用排水法收集,不能用排空
气法收集,D 错误。
3.下列有关实验室制取、收集NO2并制备Cu(NO3)2·6H2O 的实验原理和装置正确的是( )
A.用装置甲制取NO2
B.用装置乙收集NO2
C.用装置丙吸收NO2
D.用装置丁蒸干溶液获得Cu(NO3)2·6H2O
答案 C
解析 Cu 与稀硝酸反应生成NO,A 错误;应用向上排空气法收集NO2,B 错误;NO2和NaOH 溶液反应
生成NaNO3、NaNO2和H2O,C 正确;蒸干溶液不能获得含结晶水的Cu(NO3)2·6H2O,应该采用蒸发浓
缩、冷却结晶的方法,D 错误。
4.(1)氮化镁遇水易发生水解反应,生成沉淀并放出能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,写出其水解
方程式:
。
(2)在有氧条件下,某新型催化剂能催化NH3与NOx反应生成N2。写出NH3与NO2反应的化学方程
式: 。
当生成1 mol N2时,转移电子的物质的量为 mol。
答案 (1)Mg3N2+6H2O===3Mg(OH)2+2NH3↑
(2)8NH3+6NO2
7N2+12H2O
24
7
5.NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。
(1)NOx
能
形
成
酸
雨
,
写
出
NO2
转
化
为
HNO3
的
化
学
方
程
式
:
。
(2)在汽车尾气系统中装上催化转化器,可有效降低NOx的排放。当尾气中空气不足时,NOx在催化转
化器中被还原成
N2 排出。写出
NO
被
CO
还原的化学方程式:
。
答案 (1)3NO2+H2O===2HNO3+NO
(2)2CO+2NO
N2+2CO2
考点二 硝酸的工业制法
硝酸是重要的化工原料,用于制化肥、农药、染料等,工业制硝酸的原理如图:
小题对点过
按要求完成上图各步转化的方程式。
(1)NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO:
。
(2)NO 进一步氧化生成NO2:
。
(3)用水吸收NO2生成HNO3:
。
(4)尾气处理通常用碱液吸收:
①NO2 被烧碱溶液吸收时,生成两种钠盐,其物质的量之比为1∶1,写出该反应的化学方程式:
。
②NO 与NO2按物质的量之比1∶1 被足量NaOH 溶液完全吸收后只得到一种钠盐,写出化学方程式
。
③NO2、NO 的混合气体能被足量的烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2) n(NO),若不能完全
吸收,你认为可以采取哪种最简单的措施确保有害气体被完全吸收:
。
答案 (1)4NH3+5O2
4NO+6H2O
(2)2NO+O2===2NO2
(3)3NO2+H2O===2HNO3+NO
(4)①2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O
②NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O
③≥ 补充适量空气
1.氮的转化关系如下所示:
下列说法中,不正确的是( )
A.路线①②③是工业生产硝酸的主要途径
B.路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径
C.上述所有反应都是氧化还原反应
D.上述反应中只有③属于氮的固定
答案 D
解析 A 对,氨氧化法是工业上制取硝酸的主要途径,主要流程:一是氨的催化氧化,二是NO 的转化,
三是NO2的吸收。B 对,雷电固氮过程中,发生N2
NO
NO2
HNO3。C 对,由图示知,所有转
化过程中均存在氮元素化合价的变化。D 错,反应③是含氮化合物之间的转化,不是氮的固定。
2.如图所示,将相同条件下的m 体积NO 和n 体积O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内,充分
反应后,试管内残留m
2 体积的气体,该气体与空气接触后立即变为红棕色。则m 与n 的比值为( )
A.3∶2
B.2∶3
C.8∶3
D.3∶8
答案 C
解析 该过程中涉及的反应有2NO+O2===2NO2、3NO2+H2O===2HNO3+NO,可将两个方程式“合
并”为4NO+3O2+2H2O===4HNO3。剩余气体与空气接触立即变为红棕色,说明剩余气体为NO。则
可知m
2 体积的NO 气体与n 体积的O2 恰好完全反应生成HNO3。结合反应关系可得:
m
2
n = 4
3
,则
m∶n=8∶3。
3.将盛有12 mL NO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中,充分反应后,还剩余2 mL 无色气体。
(1)若剩余的气体是 ,则NO2、O2的体积分别是 。
(2)若剩余的气体是 ,则NO2、O2的体积分别是 。
答案 (1)O2 8 mL、4 mL
(2)NO 10.8 mL、1.2 mL
解析 解题依据的化学方程式:
4NO2+O2+2H2O===4HNO3;
3NO2+H2O===2HNO3+NO。
设O2的体积为x,剩余的气体有两种可能:
(1)若剩余O2,则V 剩=x-1
4×(12 mL-x)=2 mL,解得x=4 mL,则NO2的体积是8 mL;(2)若剩余NO,则V 剩
=1
3×[(12 mL-x)-4x]=2 mL,解得x=1.2 mL,则NO2的体积是10.8 mL。
氮的氧化物与氧气、水反应定量计算的常用化学方程式
(1)3NO2+H2O===2HNO3+NO;
(2)4NO2+O2+2H2O===4HNO3;
(3)4NO+3O2+2H2O===4HNO3。
4.亚硝酸钙[Ca(NO2)2]是水泥混凝土外加剂的主要原料,可配制成混凝土防冻剂、钢筋阻锈剂等。利
用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应,既能净化尾气,又能获得应用广泛的Ca(NO2)2,其部
分工艺流程如图:
(1) 等物质的量的NO 与NO2 被Ca(OH)2 吸收, 反应的化学方程式为
。
(2) 吸收时, 采用气— 液逆流接触吸收( 尾气从塔底进入, 石灰乳从塔顶喷淋), 其目的是
。
(3)该工艺需控制NO 和NO2的物质的量之比接近1∶1,若n(NO)∶n(NO2)<1∶1,则会导致
;
若n(NO)∶n(NO2)>1∶1,则会导致 。
(4)生产中需保持弱碱性,在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解,产物之一是NO,其反应的离子方程式为
。
答案 (1)NO+NO2+Ca(OH)2===Ca(NO2)2+H2O
(2)使NO、NO2与石灰乳充分接触,加快吸收速率,提高吸收效率
(3)产品中含有Ca(NO3)2 NO 不能完全吸收,污染空气
(4)3NO2
−+2 H +=== N O3
−+2NO↑+H2O
废气中氮氧化物的脱硝方法
(1)汽车尾气一般用催化转化法,在催化剂等条件下,将氮的氧化物转化为N2。
(2)硝酸工业尾气一般采用碱液吸收法,将氮的氧化物转化为化工原料或产品。
1.(2022·江苏卷)氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是( )
A.自然固氮、人工固氮都是将N2转化为NH3
B.侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl 为原料制备NaHCO3和NH4Cl
C.工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3
D.多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”
答案 A
解析 A.自然固氮是将N2 转化为含氮化合物,不一定是转化为NH3,比如大气固氮是将N2转化为
NO,错误;B.侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl 为原料制备NaHCO3 和NH4Cl,反应的化学方程
式为H2O+NH3+CO2+NaCl===NaHCO3↓+NH4Cl,正确;C.工业上通过NH3 催化氧化等反应过程生产
HNO3, 相关的化学反应方程式为4NH3+5O2
4NO+6H2O 、2NO+O2===2NO2 、
3NO2+H2O===2HNO3+NO、4NO2+O2+2H2O===4HNO3,正确;D.氮元素在自然界中既有游离态又有
化合态,多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”,正确。
2.(2025·八省联考内蒙古卷)下列有关物质的工业制备反应正确的是( )
A.侯氏制碱:2NaCl+2NH3+CO2+H2O===Na2CO3↓+2NH4Cl
B.制硝酸:NaNO3+HCl(浓)===NaCl+HNO3
C.制氯气:2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
D.冶炼铝:Al2O3+3H2
2Al+3H2O
答案 C
解析 A.侯氏制碱法是将氨气和二氧化碳通入到饱和食盐水中生成碳酸氢钠,再将生成的碳酸氢钠
分解生成碳酸钠, 其化学方程式为NaCl+CO2+NH3+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl 、2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O,A 错误;B.工业制硝酸是利用氨的催化氧化将氨转化为NO,再与氧气反应生成
NO2, 最后用水吸收得到硝酸, 具体的反应方程式为4NH3+5O2
4NO+6H2O 、
2NO+O2===2NO2、H2O+3NO2===2HNO3+NO,B 错误;C.工业制氯气是利用电解饱和食盐水的方法,
其化学方程式为2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑,C 正确;D.工业冶炼金属铝是利用电解熔融氧化
铝的原理,其化学方程式为2Al2O3
4Al+3O2↑,D 错误。
3.(2022·北京卷)某MOFs 的多孔材料刚好可将N2O4“固定”,实现了NO2与N2O4分离并制备HNO3,
如图所示:
已知:2NO2(g)
N2O4(g) ΔH<0,下列说法不正确的是( )
A.气体温度升高后,不利于N2O4的固定
B.N2O4被固定后,平衡正移,有利于NO2的去除
C.制备HNO3的原理为2N2O4+O2+2H2O===4HNO3
D.每制备0.4 mol HNO3,转移电子数约为6.02×1022
答案 D
解析 A.二氧化氮转化为四氧化二氮的反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,四氧化
二氮的浓度减小,所以气体温度升高后,不利于四氧化二氮的固定,故A 正确;B.四氧化二氮被固定后,
四氧化二氮的浓度减小,二氧化氮转化为四氧化二氮的平衡向正反应方向移动,二氧化氮的浓度减小,
所以四氧化二氮被固定后,有利于二氧化氮的去除,故B 正确;C.由题意可知,被固定后的四氧化二氮
与氧气和水反应生成硝酸,反应的化学方程式为2N2O4+O2+2H2O===4HNO3,故C 正确;D.四氧化二氮
转化为硝酸时,生成1 mol 硝酸,反应转移1 mol 电子,则每制备0.4 mol 硝酸,转移电子数约为0.4
mol×6.02×1023 mol-1=2.408×1023,故D 错误。
4.(2024·北京卷)HNO3是一种重要的工业原料。可采用不同的氮源制备HNO3。
(1) 方法一: 早期以硝石( 含NaNO3) 为氮源制备HNO3, 反应的化学方程式为H2SO4( 浓)
+NaNO3===NaHSO4+HNO3↑。该反应利用了浓硫酸的性质是酸性和 。
(2)方法二:以NH3为氮源催化氧化制备HNO3,反应原理分三步进行。
NH3
NO
NO2
HNO3
第Ⅰ步反应的化学方程式为
。
(3)方法三:研究表明可以用电解法以N2为氮源直接制备HNO3,其原理示意图如图。
①电极a 表面生成NO3
−的电极反应式: 。
②研究发现:N2转化可能的途径为N2
NO
NO3
−
。电极a 表面还发生H2O
O2。ⅲ的存在,有
利于途径ⅱ,原因是 。
(4) 人工固氮是高能耗的过程, 结合
N2
分子结构解释原因
。
方法三为N2的直接利用提供了一种新的思路。
答案 (1)难挥发性
(2)4NH3+5O2
4NO+6H2O
(3)①N2-10e-+6H2O===2NO3
−+12H+
②O2将NO 氧化成NO2,NO2更易转化成NO3
−
(4)N2中存在氮氮三键,键能高,断裂时需要较大的能量
解析 (1)该反应为复分解反应,生成的HNO3为气体,能促进反应正向进行,浓硫酸体现了酸性和难挥
发性。(2)第Ⅰ步反应为氨气催化氧化生成NO 的反应,化学方程式为4NH3+5O2
4NO+6H2O。
(3)①电极a 上N2转化为NO3
−,氮元素化合价升高,发生失电子的氧化反应,结合电解制备的是HNO3
知,电极a 的电极反应式为N2-10e-+6H2O===2NO3
−+12H+。②反应ⅲ生成的O2 能将NO 氧化成
NO2,NO2更易转化成NO3
−,故ⅲ的存在有利于途径ⅱ。(4)N2中存在氮氮三键,键能高,断裂时需要较
大的能量,故人工固氮是高能耗的过程。
基础落实
选择题只有1 个选项符合题意
1.下列有关氮的氧化物的说法正确的是( )
A.NO 和NO2混合气体的尾气可以用水吸收
B.4.6 g NO2和N2O4混合气体中含有的氧原子数目小于0.2NA
C.用湿润的淀粉-KI 试纸鉴别Br2(g)和NO2
D.除去NO 中混有少量NO2气体时,可以用水洗涤后再干燥
答案 D
解析 NO 与水不反应,A 错误;根据原子守恒,可按NO2计算,含有的氧原子数目为0.2NA,不受平衡影
响,B 错误;NO2也能使湿润的淀粉-KI 试纸变蓝,C 错误;二氧化氮与水反应生成NO,用水洗涤后再干
燥可除杂,D 正确。
2.下列化学反应表示正确的是( )
A.用水吸收二氧化氮制硝酸:2NO2+H2O===HNO3+NO
B.用烧碱溶液吸收硝酸工业尾气:NO+NO2+2OH-===2NO2
−+H2O
C.雷雨天气空气中的氮气和氧气反应:N2+2O2
2NO2
D.氨水吸收少量SO2尾气:NH3·H2O+SO2===NH 4
++ HSO3
−
答案 B
解析 A 项,H、O 原子数目不守恒,错误;C 项,N2与O2在放电条件下生成NO,错误;D 项,氨水吸收少
量SO2尾气,生成SO3
2−,离子方程式为2NH3·H2O+SO2===2NH 4
++ SO3
2−+H2O,错误。
3.(2021·河北卷)硫和氮及其化合物对人类生存和社会发展意义重大,但硫氧化物和氮氧化物造成的
环境问题也日益受到关注。下列说法正确的是( )
A.NO2和SO2均为红棕色且有刺激性气味的气体,是酸雨的主要成因
B.汽车尾气中的主要大气污染物为NO、SO2和PM2.5
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.工业废气中的SO2可采用石灰法进行脱除
答案 D
解析 SO2是无色气体,A 错误;汽车尾气中含有氮氧化物、一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物、含铅
化合物、固体颗粒物等,B 错误;植物不能直接吸收利用空气中的NO 和NO2作为肥料,NO、NO2转
化为肥料也不是氮的固定,C 错误;石灰(CaO)可与SO2反应生成CaSO3,CaSO3被O2氧化为CaSO4,故
可采用石灰法脱除工业废气中的SO2,D 正确。
4.(2024·广东江门期中)现有氮及其化合物的转化关系如下图,则下列说法不正确的是( )
A.上述所有反应都是氧化还原反应
B.“一场雷雨,一场肥”路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是模拟雷电固氮的过程
C.反应①中每生成1 mol NO,转移4 mol 电子
D.S 元素也能发生类似的转化,最终得到硫酸
答案 C
解析 A 项,上述所有反应过程中N 元素的化合价都发生改变,故都是氧化还原反应,A 正确;B 项,N2
和O2在雷电作用下生成NO,NO 会迅速被O2氧化为NO2,NO2和H2O 反应获得硝酸,即路线Ⅰ、Ⅱ、
Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径,B 正确;C 项,反应①中N 元素的化合价由-3 价变成+2 价,故每生
成1 mol NO,转移5 mol 电子,C 错误;D 项,H2S 被氧化生成S,S 与O2反应生成SO2,SO2被O2催化剂
作用下生成SO3,SO3与水反应得到硫酸,D 正确。
5.室温下,将充满NO2的试管倒立在水中,实验现象如图。下列分析错误的是( )
A.NO2易溶于水,不能用排水法收集
B.试管中剩余的无色气体是未溶解的NO2
C.取试管中的溶液,滴加紫色石蕊溶液,溶液显红色,是因为NO2与H2O 反应的生成物中有酸
D.向试管中再缓缓通入一定量的O2,试管中的液面上升
答案 B
解析 从题图中可以看出,水约占试管体积的2
3,表明NO2易溶于水,不能用排水法收集,A 项正确;NO2
呈红棕色,而试管中剩余气体呈无色,所以试管中剩余气体不是NO2,B 项错误;紫色石蕊溶液显红色,
表明溶液显酸性,从而表明NO2与H2O 反应生成了酸等物质,C 项正确;试管中剩余气体为NO,通入
一定量的O2,发生反应4NO+3O2+2H2O===4HNO3,NO 气体转化为HNO3,所以试管中的液面上升,D
项正确。
6.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
筒内剩余的气体体积为( )
A.3(m-n) mL
B.(m+n) mL
C.(m-n) mL
D.n−m
3
mL
答案 D
解析 发生反应:4NO2+O2+2H2O===4HNO3,4NO+3O2+2H2O===4HNO3,故NO 与NO2 按1∶1 混合
的总反应为NO+NO2+O2+H2O===2HNO3,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,由于m<n,故按总反应进行,NO2有剩余,剩余NO2的体积为n mL-m mL=(n-m) mL,再发
生反应:3NO2+H2O===2HNO3+NO,故生成NO 的体积为n−m
3
mL。
7.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,直到内外
大气压相同,观察整个过程。下列叙述正确的是( )
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右移动
C.最终剩余气体体积约为14 mL
D.所得硝酸溶液的浓度约为0.07 mol·L-1
答案 A
解析 A.NO 遇氧气生成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 正
确;B.4NO+3O2+2H2O===4HNO3,该反应消耗掉全部的氧气和部分NO,注射器内气体被消耗,压强减
小,活塞缓缓向左移动,B 错误;C.由4NO+3O2+2H2O===4HNO3可知O2完全反应,NO 有剩余,剩余体
积约为20 mL-8 mL=12 mL,C 错误;D.题干中并未说明气体所处状态,无法根据其体积计算其物质的
量,故无法计算出生成硝酸的浓度,D 错误。
8.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“催化净化器”,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, 通入适量氧气时, 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+2NOx
N2+2xCO2 (5)a∶b≥1∶1(或a≥b) a+b
8.96
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。(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
b
22.4 mol,与二氧化氮单独反应
的碳酸钠的物质的量为a−b
44.8 mol,所以碳酸钠的物质的量浓度为
a+b
44.8 mol
0.2 L = a+b
8.96
mol·L-1。
能力提升
9.(2024·陕西铜川模拟预测)实验室利用以下装置配制2 mol·L-1的稀硝酸并制取NO,其中装置及操作
均正确且能达到实验目的的是( )
A.用装置甲制备NO 气体
B.用装置乙收集NO 气体
C.用装置丙进行NO 的尾气吸收
D.用装置丁配制100 mL 2 mol·L-1 HNO3溶液
答案 B
解析 A.装置甲使用了长颈漏斗,会造成NO 泄露,A 项错误;B.NO 难溶于水,可用排水法收集NO 气
体,B 项正确;C.NO 不与NaOH 溶液反应,不能被吸收,C 项错误;D.定容时应用胶头滴管滴加蒸馏水,D
项错误。
10.硝酸工业尾气中的NO、NO2进入大气后,会形成光化学烟雾、破坏臭氧层等。可用NaOH 溶液
对含氮氧化物的废气进行处理,反应的化学方程式如下:①NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O,
②2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O,将一定量NO 和NO2 的混合气体通入300 mL 5 mol·L-1
NaOH 溶液中,恰好被完全吸收。下列说法不正确的是( )
A.原混合气体中NO 在标准状况下的体积可能为16.8 L
B.通入的混合气体在标况下的体积不可能为44.8 L
C.原混合气体中NO 与NO2的体积之比可能是3∶2
D.所得溶液中NaNO3和NaNO2的物质的量之比可能为1∶2
答案 C
解析 若NO 和NO2的混合气体恰好被NaOH 吸收,根据题干信息,可知n(NO)∶n(NO2)≤1,且根据元
素守恒有n(NO)+n(NO2)=n(NaOH)=0.3×5=1.5 mol,则0<n(NO)≤0.75 mol,0.75 mol≤n(NO2)<1.5 mol。
A.根据分析,0<n(NO)≤0.75 mol,因此,标况下,V(NO)可能是16.8 L,A 正确;B.气体总物质的量为1.5
mol, 标况下不可能是44.8 L,B 正确;C. 根据分析知n(NO)∶n(NO2)≤1,C 错误;D. 产物
n(NaNO2)≥n(NaNO3),因此NaNO3和NaNO2的物质的量之比可能为1∶2,D 正确。
11.NO 与NO2中氮元素的价态均处于中间价态,则NO 与NO2均既有氧化性又有还原性。
(1)NO 极易与氧气反应,化学方程式为
;
在一定条件下NO 与氨气发生归中反应生成N2, 其化学方程式为
。
(2)NO2
可发生自身歧化反应,NO2
与
H2O
反应的化学方程式为
,
氧化剂和还原剂的物质的量之比为 ,
NO2 与NaOH 溶液反应可生成两种盐, 其中一种是NaNO3, 其化学方程式为
。
答案 (1)2NO+O2===2NO2
4NH3+6NO
5N2+6H2O
(2)3NO2+H2O===2HNO3+NO 1∶2
2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O
12.氮的氧化物(NO、NO2等)是主要的大气污染物,必须脱除才能排放。
(1)臭氧脱硝法:O3氧化 NO 结合水洗,可产生HNO3,该反应的化学方程式为
。
(2)氨气催化吸收法处理尾气法:已知 7 mol 氨气恰好能将含NO 和NO2共 6 mol 的混合气体完全转
化为N2,则混合气体中NO 和NO2的物质的量之比 。
(3)研究不同温度下经酸化处理的Ca(ClO)2溶液对NO 脱除率的影响,结果如图所示。在60~80 ℃
时,NO 脱除率下降的原因是
。
(4)同时净化废气中二氧化硫和氮的氧化物的方法,将其转化为硫酸和硝酸,工艺流程如图所示。
各室中发生的反应如下:
氧化室:NO2+SO2+H2O===H2SO4+NO
清除室:NO+NO2===N2O3、N2O3+2H2SO4===2NOHSO4 (固体)+H2O
分解室:4NOHSO4 (固体)+O2+2H2O===4H2SO4+4NO2
物质 X 和 Y 分别为 、 (填化学式)。写出SO2、O2与H2O 反应生成H2SO4 的化
学方程式: 。
答案 (1)3O3+2NO+H2O===2HNO3+3O2
(2)1∶3
(3)HClO 受热分解,溶液中HClO 的浓度减小,氧化NO 的能力下降;温度升高,NO 溶解度降低,NO 的
脱除率下降
(4)NO2 H2SO4 2SO2+O2+2H2O===2H2SO4
解析 (1)O3 氧化 NO 结合水洗,可产生HNO3,即臭氧和NO、水反应生成硝酸和氧气,其反应的化
学方程式为3O3+2NO+H2O===2HNO3+3O2。(2)已知7 mol 氨气恰好能将含NO 和NO2共6 mol 的
混合气体完全转化为N2,设NO、NO2物质的量分别为x mol、y mol,则有x+y=6,根据得失电子守恒
得到2x+4y=7×3,解得x=1.5,y=4.5,则混合气体中NO 和NO2的物质的量之比1∶3。(3)研究不同温度
下经酸化处理的Ca(ClO)2溶液对NO 脱除率的影响,结果如图所示。根据图中信息在60~80 ℃ 时,
Ca(ClO)2溶液经酸化得到次氯酸,由于温度升高,生成的次氯酸受热分解,导致HClO 的浓度降低,其氧
化能力减弱,因此NO 脱除率下降;温度升高,NO 溶解度降低,NO 的脱除率下降。(4)根据氧化室中反
应,说明物质 X 为NO2,根据清除室的反应,说明物质 Y 为H2SO4。根据图中信息得到SO2、O2与
H2O 反应生成H2SO4 的化学方程式:2SO2+O2+2H2O===2H2SO4。
