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專題24 NO、NO2的性質(zhì)及污染處理 一、高考題再現(xiàn) 1．（2018課標Ⅱ）研究表明，氮氧化物和二氧化硫在形成霧霾時與大氣中的氨有關(guān)（如下圖所示）。下列敘述錯誤的是 A. 霧和霾的分散劑相同 B. 霧霾中含有硝酸銨和硫酸銨 C. NH3是形成無機顆粒物的催化劑 D. 霧霾的形成與過度施用氮肥有關(guān) 【答案】C 氮肥有關(guān)，D正確。 2．（2018課標Ⅰ）采用N2O5為硝化劑是一種新型的綠色硝化技術(shù)，在含能材料、醫(yī)藥等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用?；卮鹣铝袉栴} （1）1840年 Devil用干燥的氯氣通過干燥的硝酸銀，得到N2O5。該反應(yīng)的氧化產(chǎn)物是一種氣體，其分子式為___________。 （2）F. Daniels等曾利用測壓法在剛性反應(yīng)器中研究了25℃時N2O5(g)分解反應(yīng)： 其中NO2二聚為N2O4的反應(yīng)可以迅速達到平衡。體系的總壓強p隨時間t的變化如下表所示（t=∞時，N2O4(g)完全分解）： t/min 0 40 80 160 260 1300 1700 ∞ p/kPa 35.8 40.3 42.5. 45.9 49.2 61.2 62.3 63.1 ①已知：2N2O5(g)＝2N2O5(g)+O2(g) ΔH1=?4.4 kJmol?1 2NO2(g)＝N2O4(g) ΔH 2=?55.3 kJmol?1 則反應(yīng)N2O5(g)＝2NO2(g)+12O2(g)的ΔH =_______ kJmol?1。 ②研究表明，N2O5(g)分解的反應(yīng)速率υ=210-3pN2O5(kPamin-1)。t=62 min時，測得體系中pO2pO2=2.9 kPa，則此時的pN2O5=________ kPa，v=_______kPamin?1。 ③若提高反應(yīng)溫度至35℃，則N2O5(g)完全分解后體系壓強p∞(35℃)____63.1 kPa（填“大于”“等于”或“小于”），原因是________。 ④25℃時N2O4(g)2NO2(g)反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=_______kPa（Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，計算結(jié)果保留1位小數(shù)）。 （3）對于反應(yīng)2N2O5(g)→4NO2(g)+O2(g)，R.A.Ogg提出如下反應(yīng)歷程： 第一步 N2O5NO2+NO3 快速平衡 第二步 NO2+NO3→NO+NO2+O2 慢反應(yīng) 第三步 NO+NO3→2NO2 快反應(yīng) 其中可近似認為第二步反應(yīng)不影響第一步的平衡。下列表述正確的是_______（填標號)。 A．v(第一步的逆反應(yīng))＞v(第二步反應(yīng)) B．反應(yīng)的中間產(chǎn)物只有NO3 C．第二步中NO2與NO3的碰撞僅部分有效 D．第三步反應(yīng)活化能較高 【答案】O2 53.1 30.0 6.010－2 大于 溫度提高，體積不變，總壓強提高；NO2二聚為放熱反應(yīng)，溫度提高，平衡左移，體系物質(zhì)的量增加，總壓強提高 13.4 AC 【解析】（1）氯氣在反應(yīng)中得到電子作氧化劑，硝酸銀中只有氧元素化合價會升高，所以氧化產(chǎn)物是氧氣，分子式為O2； （2）①已知： ⅰ、2N2O5(g)＝2N2O4(g)+O2(g) △H1＝－4.4kJ/mol ⅱ、2NO2(g)＝N2O4(g) △H2＝－55.3kJ/mol 根據(jù)蓋斯定律可知ⅰ2－ⅱ即得到N2O5(g)＝2NO2(g)+1/2O2(g) △H1＝＋53.1kJ/mol； ②根據(jù)方程式可知氧氣與消耗五氧化二氮的物質(zhì)的量之比是1:2，又因為壓強之比是物質(zhì)的量之比，所以消耗五氧化二氮減少的壓強是2.9kPa2＝5.8kPa，則此時五氧化二氮的壓強是35.8kPa－5.8kPa＝30.0kPa，因此此時反應(yīng)速率v＝2.010－330＝6.010－2（kPamin－1）； ③由于溫度升高，容器容積不變，總壓強提高，且二氧化氮二聚為放熱反應(yīng)，溫度提高，平衡左移，體系物質(zhì)的量增加，總壓強提高，所以若提高反應(yīng)溫度至35℃，則N2O5(g)完全分解后體系壓強p∞(35℃)大于63.1 kPa。 （3）A、第一步反應(yīng)快，所以第一步的逆反應(yīng)速率大于第二步的逆反應(yīng)速率，A正確； B、根據(jù)第二步和第三步可知中間產(chǎn)物還有NO，B錯誤； C、根據(jù)第二步反應(yīng)生成物中有NO2可知NO2與NO3的碰撞僅部分有效，C正確； D、第三步反應(yīng)快，所以第三步反應(yīng)的活化能較低，D錯誤。 三、考點突破 1、考查2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＜0 典例1下列實驗操作對應(yīng)的實驗現(xiàn)象及解釋或結(jié)論都正確的是(　　) 選項 實驗操作 實驗現(xiàn)象 解釋或結(jié)論 A 向Fe(NO3)2溶液中滴入硫酸酸化的H2O2溶液 溶液變?yōu)辄S色 氧化性：H2O2>Fe3＋ B 向5mL1mol/L NaOH溶液中滴加5滴1mol/L MgCl2溶液，然后再滴加足量的1mol/L CuCl2溶液 先產(chǎn)生白色沉淀，然后產(chǎn)生藍色沉淀 Ksp[Cu(OH)2] >Ksp[Mg(OH)2] C 將充滿NO2的密閉玻璃球浸泡在熱水中 紅棕色變深 2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＜0 D 向一定量酸性KMnO4溶液中加入乙二醇（HOCH2CH2OH） 溶液紫色褪去 乙二醇被氧化為乙二酸 【答案】C 2、考查NO、NO2化學(xué)性質(zhì) 典例2（2018屆江蘇省南京市金陵中學(xué)、海安高級中學(xué)、南京外國語學(xué)校高三第四次模擬考試）在給定條件下，下列選項所示的物質(zhì)間轉(zhuǎn)化均能實現(xiàn)的是 A． CCO2COCO2 B． Na2SO3SO2H2SO3 C． CaCO3CaCl2Ca(ClO)2 D． N2NOHNO3 【答案】A 【解析】A項，C在O2中完全燃燒生成CO2，CO2與C高溫下反應(yīng)生成CO，CO與Fe2O3高溫反應(yīng)生成Fe和CO2，三步反應(yīng)均能實現(xiàn)，A項正確；B項，Na2SO3與H2SO4反應(yīng)生成Na2SO4、H2O和SO2，SO2與溴水反應(yīng)生成H2SO4和HBr，B項錯誤；C項，CaCO3與HCl反應(yīng)生成CaCl2、H2O和CO2，CaCl2與O2不反應(yīng)，C項錯誤；D項，N2與O2高溫反應(yīng)生成NO，NO與H2O不反應(yīng)，D錯誤。 3、考查氮氧化物對環(huán)境的污染 典例3下列有關(guān)酸雨的說法不正確的是(　　) A． 空氣中的SO2溶于水，最終形成酸雨 B． NO2或SO2都會導(dǎo)致酸雨的形成 C． pH<7的雨水不都是酸雨 D． 工業(yè)廢水任意排放是造成酸雨的主要原因 【答案】D 【解析】A．二氧化硫與水反應(yīng)生成亞硫酸，亞硫酸能被氧化為硫酸，形成酸雨，選項A正確；B．酸雨的形成是由于SO2、NO2而引起的，選項B正確；C．酸雨是pH小于5.6的雨水，選項C正確；D、工業(yè)廢水任意排放引起江河湖泊的污染，而酸雨是由于SO2、NO2而引起的，選項D不正確。 4、考查氮氧化物的處理 （1）原電池處理 典例4 利用反應(yīng)6NO2＋8NH3 = 7N2＋12H2O構(gòu)成電池的裝置如圖所示。此方法既能實現(xiàn)有效清除氮氧化物的排放，減輕環(huán)境污染，又能充分利用化學(xué)能。下列說法正確的是： A． 電流從左側(cè)A電極經(jīng)過負載后流向右側(cè)B電極 B． 當(dāng)有4.48 L NO2被處理時，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.8NA C． 電極A極反應(yīng)式為2NH3－6e－= N2＋6H＋ D． 為使電池持續(xù)放電，離子交換膜需選用陰離子交換膜 【答案】D 【解析】該反應(yīng)中，二氧化氮中N元素化合價由+4價變?yōu)?價、氨氣中N元素化合價由-3價變?yōu)?價，所以通入二氧化氮的電極是正極、通入氨氣的電極是負極。A．放電時，電流從正極沿導(dǎo)線流向負極，所以電流從右側(cè)電極經(jīng)過負載后流向左側(cè)電極，故A錯誤；B．氣體摩爾體積受溫度和壓強影響，溫度和壓強未知導(dǎo)致氣體摩爾體積未知，所以無法計算，故B錯誤；C．電解質(zhì)溶液呈堿性，則負極電極方程式為2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，故C錯誤；D．原電池工作時，陰離子向負極移動，為使電池持續(xù)放電，離子交換膜需選用陰離子交換膜，防止二氧化氮反應(yīng)生成硝酸鹽和亞硝酸鹽，導(dǎo)致原電池不能正常工作，故D正確。 （2）電解處理 典例5（2018屆湖南省衡陽市高三第二次聯(lián)考二模）如圖，利用電解原理將NO轉(zhuǎn)化為NH4NO3，既節(jié)約了資源，又保護了環(huán)境。下列有關(guān)說法正確的是 A． NO轉(zhuǎn)化為NH4NO3的反應(yīng)屬于氮的固定 B． 陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：NO+5H++5e-==NH3H2O C． 電解池兩極上分別生成的甲是NH4+，乙是NO3- D． 為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3，需補充的物質(zhì)丙為HNO3 【答案】C 5、氮氧化物的性質(zhì)探究 典例6（2018年貴州省普高等學(xué)校招生適應(yīng)性考試）已知：NOx能與Na2O2反應(yīng)；NO和NO2均能與酸性KMnO4溶液反應(yīng)生成NO3ˉ和Mn2+。 I.用下圖所示裝置(略去夾持儀器)可制得少量亞硝酸鈉(2NO+Na2O2=2NaNO2)。 （1）B、D的儀器名稱是________，D的作用是________。 （2）通NO前，需先通一段時間N2，目的是________， （3）E中主要反應(yīng)的離子方程式為________， （4）常溫下，測得實驗前后C的質(zhì)量差值為0.30g，則制得NaNO2________g。 Ⅱ.NO2和Na2O2都有較強氧化性，為探究NO2與Na2O2反應(yīng)的產(chǎn)物，提出如下假設(shè)： 假設(shè)i.NO2氧化Na2O2；假設(shè)ii.Na2O2氧化NO2。 甲同學(xué)設(shè)計如圖所示實驗裝置： 請回答下列問題： （5）單向閥在實現(xiàn)氣體單向流通的同時，還有一個作用是___________。 （6）待試管G中收集滿氣體，向試管G中加入適量Na2O2粉末，塞緊塞子，輕輕振蕩試管內(nèi)粉末，觀察到紅棕色氣體迅速消失；再將帶火星的木條迅速伸進試管內(nèi)，木條復(fù)燃，甲同學(xué)據(jù)此認為假設(shè)i正確。乙同學(xué)認為該裝置不能達到實驗?zāi)康?，為達到實驗?zāi)康?，?yīng)在F、G之間增加一個M裝置，M中應(yīng)盛裝__________(可供選擇的試劑：堿石灰，濃硫酸飽和氯化鈉溶液)；乙同學(xué)用改進后的裝置，重復(fù)了甲同學(xué)的實驗操作，觀察到紅棕色氣體迅速消失，帶火星的木條未復(fù)燃。得到結(jié)論：假設(shè)ⅱ正確。 請做出正確判斷，寫出NO2和Na2O2反應(yīng)的化學(xué)方程式__________ 【答案】 (球形)干燥管 防止水蒸氣進入C裝置 排出裝置中的空氣 4H++3MnO4-+5NO=3Mn2++5NO3-+2H2O 0.69g 防止倒吸 濃硫酸 2NO2+Na2O2=2NaNO3 液反應(yīng)生成NO3ˉ和Mn2+；（4）常溫下，測得實驗前后C的質(zhì)量差值為0.30g，根據(jù)反應(yīng)原理：2NO+Na2O2=2NaNO2，裝置增重即為NO的質(zhì)量，故n（NO）=n（NaNO2）0.1mol，m（NaNO2）=0.69g； Ⅱ.該實驗的目的是探究NO2與Na2O2反應(yīng)的產(chǎn)物，NO2和Na2O2都有較強氧化性。（5）單向閥在G和H之間，單向閥內(nèi)部有一個關(guān)鍵的圓錐狀結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)氣體單向流通的同時，還有一個作用是可以阻隔液體，防止倒吸；（6）待試管G中收集滿氣體，向試管G中加入適量Na2O2粉末，塞緊塞子，輕輕振蕩試管內(nèi)粉末，觀察到紅棕色氣體迅速消失；再將帶火星的木條迅速伸進試管內(nèi)，木條復(fù)燃，說明NO2反應(yīng)完了，且生成O2,但可能是F中的水蒸氣進入G，和NO2、Na2O2反應(yīng)，故F、G之間增加一個M裝置，用來吸收水蒸氣，M中應(yīng)盛裝濃硫酸；用改進后的裝置，重復(fù)了甲同學(xué)的實驗操作，觀察到紅棕色氣體迅速消失，帶火星的木條未復(fù)燃，說明反應(yīng)了，但未生成O2，所以是Na2O2氧化NO2，將其氧化成NaNO3。