2017年高考化学一轮复习 第4章 非金属及其化合物 第4讲 氮及其重

氮及其重要化合物

(时间：45分钟)

一、选择题

1．(2015·新课标I卷)我国清代《本草纲目拾遗》中记叙无机药物335种，其中“强水”条目下写道：“性最烈，能蚀五金??其水甚强，五金八石皆能穿滴，惟玻璃可盛。”这里的“强水”是指( )

A．氨水 B．硝酸 C．醋 D．卤水 解析：硝酸具有强氧化性，可溶解除金、铂外大部分金属。 答案：B

2．(2015·北京卷)下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是( )

A．氮元素均被氧化

B．工业合成氨属于人工固氮

C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化 D．碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环

解析：人工固氮中氮气氢气转化为氨气，氮元素化合价降低，被还原，选项A错误。工业合成氨是典型的人为固氮方法，选项B正确。生物体自身可以将铵盐合成氨基酸和蛋白质，可以实现含氮的无机物和有机物之间的转化，选项C正确。合成蛋白质的过程也有碳、氢、氧元素的参与，选项D正确。

答案：A 3．NH3是一种重要的化工原料，可以制备一系列物质(见下图)，下列说法正确的是( )

A．NH4Cl和NaHCO3都是常用的化肥

B．NH4Cl、HNO3和Na2CO3受热时都易分解

C．NH3和NO2在一定条件下可发生氧化还原反应 D．图中所涉及的O2都要用纯氧

解析：NH4Cl是氮肥，NaHCO3不是化肥，A错误；NH4Cl、HNO3受热均易分解，Na2CO3受热一定条件

不分解，B错误；NH3和NO2可发生氧化还原反应：6NO2＋8NH3=====7N2＋12H2O，C正确； 氨的催化氧化用空气就可以，不一定要用纯氧，D不正确。

答案：C

4．(2015·北京卷)在通风橱中进行下列实验： 步骤 现象 Fe表面产生大量无色无泡，液面上方变为红棕色 Fe表面产生少量红棕色气泡后，迅速停止 Fe、Cu接触后，其表现均产生红棕色气泡 下列说法中不正确的是( ) A．Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式：2NO＋O2===2NO2

B．Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层，阻止Fe进一步反应 C．对比Ⅰ、Ⅱ中现象，说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3

D．针对Ⅲ中现象，在Fe、Cu之间连接电流计，可判断Fe是否被氧化

解析：本题从实验和原电池角度考察元素化合物的相关性质和氧化性、还原性比较。A项考察NO与氧气反应的性质，正确。B项中Fe在HNO3中的钝化现象，冷浓硝酸中才能钝化，正确。C项，实验Ⅱ铁发生钝化反应，故不能由此判断氧化性强弱，错误。D项，可以通过电流计指针的偏转方向，判断Fe是否被氧化，正确。

答案：C

5．下图是课外活动小组的同学设计的4个喷泉实验方案，下列有关操作不可能引发喷泉现象的是( )

A．挤压装置①的胶头滴管使CCl4全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹

B．挤压装置②的胶头滴管使NaOH溶液全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹 C．用鼓气装置从装置③的a处不断鼓入空气并打开止水夹 D．向装置④的水槽中慢慢加入足量浓硫酸并打开止水夹

解析：A.Cl2易溶于有机溶剂CCl4；B.H2不溶于水，也不与NaOH溶液反应；C.NH3极易溶于水；D.浓氨水挥发，能与HCl发生反应；故装置②不能引发喷泉，答案选B。

答案：B

6．(2015·江西南昌一模)某稀溶液中含4 mol KNO3和2.5 mol H2SO4，向其中加入1.5 mol铁，充分反应后产生的NO气体在标准状况下的体积为( )

A．36 L B．28 L C．22.4 L D．11.2 L

－＋3＋3＋

解析：题中发生反应的离子方程式为Fe＋NO3＋4H===NO↑＋Fe＋2H2O、2Fe＋

2＋－＋

Fe===3Fe，由此可知NO3过量，以H的物质的量为基准进行计算，可得NO的物质的量为

n(NO)＝n(H＋)＝n(H2SO4)＝×2.5 mol＝1.25 mol，即标准状况下的体积为28 L。

答案：B

7．“绿色化学实验”已走进课堂，下列做法符合“绿色化学”的是( )

①实验室收集氨气采用图1所示装置 ②实验室中做氯气与钠的反应实验时采用图2所示装置 ③实验室中用玻璃棒分别蘸取浓盐酸和浓氨水做氨气与酸生成铵盐的实验 ④实验室中采用图3所示装置进行铜与稀硝酸的反应

141212

A．②③④ B．①②③ C．①②④ D．①③④

解析：“绿色化学”的思想是尽量使用无毒、无害的原料，采取合理安全的工艺合成产物，原子利用率为100%，无污染，对环境友好。①的做法可防止氨气对空气的污染；②的做法对尾气进行吸收处理，有效防止氯气对空气的污染；④的做法中，铜丝可以活动，能有效地控制反应的发生与停止，用气球收集反应产生的污染性气体，待反应后处理，也防止了对空气的污染，以上三种做法均符合“绿色化学”的做法，而③的做法中氨气与氯化氢气体直接散发到空气中，对空气造成污染，不符合“绿色化学”的做法。

答案：C

二、非选择题

8．(2015·辽宁六校联考)某化学实验小组在实验室通过以下途径制取氮气。 途径一 加热NaNO2(一种致癌物质，有毒)与NH4Cl混合物的浓溶液制取N2 途径二 将空气通过灼热的活性铜粉制得较纯净的N2

途径三 加热条件下用NH3还原CuO制得纯净的N2和活性铜粉 可供选择的实验装置如下图所示。

请回答下列问题：

(1)按途径一制取N2时，N2发生装置可选用上述装置中的________(填装置代码)。 (2)①按途径三制取N2时，所需要的氨气可用浓氨水与生石灰反应制取，则氨气发生装置为________(填装置代码)，检查该装置气密性的方法是__________________。

为制取并收集较纯净的N2(只允许含少量的水蒸气)，按气流从左到右的顺序列出所需装置的序号：____→____→C→____→D。

②若要通过实验现象验证C处有水产生，则必须在C装置前后都连接E装置，其中填充的固体药品按前后顺序分别为________、____________。

(3)上述三种制取N2的途径中，途径二和途径三常常被协同使用而越来越受到人们的关注，这种方法与途径一相比，优越性在于______________________________。

解析：(1)加热NaNO2与NH4Cl混合物的浓溶液制取N2，要选用液体加热装置，故应选装置F。

(2)浓氨水与生石灰反应制氨气，不需加热，选装置A。 答案：(1)F

(2)①A 先关闭分液漏斗活塞，再连接导管并插入水中，用手捂热烧瓶，导管口有气泡冒出，手松开后，导管内形成一段稳定的水柱，则证明不漏气(或其他合理答案) A E B ②碱石灰 无水CuSO4

(3)活性铜粉可以循环使用；避免使用有毒物质，减少环境污染

9．如图是用浓硝酸、铜片、水等试剂探究浓、稀硝酸的强氧化性并观察还原产物的实验装置。

Ⅰ.浓硝酸的强氧化性实验。

将铜片置于具支试管的底部，在分液漏斗中加入约5 mL浓硝酸，往具支试管中放入约2 mL浓硝酸，用排水法收集产生的气体。

(1)具支试管中发生反应的化学方程式：____________________。

(2)实验中观察到能证明浓硝酸具有强氧化性的现象________________________________________。

Ⅱ.稀硝酸的强氧化性实验。

(3)上述反应完成后，欲进一步证明稀硝酸也具有强氧化性，紧接的简便、合理的实验操作是________________________。

(4)能证明稀硝酸与铜反应产生NO的实验现象是_________(填字母)。 A．c中收集到无色气体

B．c中收集到的无色气体接触空气后变为红棕色 C．b中产生的无色气体接触空气后变为红棕色 Ⅲ.实验反思。

(5)利用该装置先进行铜与浓硝酸反应，再进行铜与稀硝酸反应的实验，其好处是__________________。

Ⅳ.问题讨论。

用等质量的铜片与等体积的浓硝酸、稀硝酸(硝酸均过量)反应时，发现反应后所得溶液前者呈绿色，后者呈蓝色。对此有两种看法：

2＋

①两者颜色不同的原因是因为Cu浓度差异引起的。

②前者溶液呈绿色，是因为生成的红棕色NO2溶解于溶液中引起的。

(6)你认为上述看法________(填“①”或“②”)合理。若是①合理，说明理由，若是②合理，设计一个简单实验证明：__________________________。

解析：Ⅰ.铜与浓硝酸反应的化学方程式为Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，实验中具支试管中溶液变蓝，且有红棕色气体产生。

Ⅱ.向分液漏斗中加水将浓硝酸稀释后，可以继续进行铜与稀硝酸反应的实验，这样可以利用Cu与浓硝酸反应产生的NO2排出具支试管中的空气，有利于观察铜与稀硝酸反应的产物。Ⅳ.由于硝酸均过量，铜的质量相同，溶液的体积相同，所以铜无论是与稀硝酸反应，

2＋

还是与浓硝酸反应，生成的Cu的浓度是相同的，看法①是不合理的，可通过向蓝色溶液中通入NO2看溶液是否变绿，或加热绿色溶液看是否有红棕色气体产生来证明。

答案：(1)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O (2)铜片逐渐溶解，溶液变蓝，放出红棕色气体

(3)往分液漏斗中加水稀释浓硝酸，打开活塞，放入稀硝酸 (4)C

(5)利用Cu与浓硝酸反应生成的NO2排出具支试管中的空气，有利于观察Cu与稀硝酸的反应产物

(6)② 往蓝色溶液中通入NO2，溶液变成绿色(或加热绿色溶液，有红棕色气体产生，溶液变成蓝色)

10．(2015·湖北黄石模拟)亚硝酸钠(NaNO2)在纤维纺织品的染色和漂白、照相、生产橡胶、制药等领域有广泛应用，也常用于鱼类、肉类等食品的染色和防腐。但因其有毒，所以在食品行业用量有严格限制。现用下图所示仪器(夹持装置已省略)及药品，探究亚硝酸钠与硫酸反应及气体产物的成分。

－－

已知：①NO＋NO2＋2OH===2NO2＋H2O。

②气体液化的温度：NO2为21 ℃，NO为－152 ℃。

(1)为了检验装置A中生成的气体产物，仪器的连接顺序为A→C→____→____→____。 (2)反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，排除装置中的空气，目的是________。 (3)在关闭弹簧夹、打开分液漏斗活塞、滴入70%硫酸后，A中产生红棕色气体。 ①确认A中产生的气体含有NO，依据的现象是_____________________。 ②装置E的作用是______________。

(4)如果向D中通入过量O2，则装置B中发生反应的化学方程式为______________。如果没有装置C，对实验结论造成的影响是________________________。

(5)通过上述实验探究过程，可得出装置A中反应的化学方程式是_______________。 解析：(1)根据NO、NO2的液化温度和性质可知装置D用于检验NO，装置E用于检验NO2，装置B为尾气处理装置，NO2会干扰NO的检验，所以为了检验装置A中的气体产物，仪器的连接顺序是A→C→E→D→B。

(2)由于NO极易被空气中的氧气氧化，所以先通入一段时间氮气，排除装置中的空气，

防止可能产生的NO被氧化成NO2，造成对A中反应产物检验的干扰。

(3)①利用装置D检验NO。开始时装置D中无色，通入氧气后出现红棕色气体即可证明NO的存在。②装置E的作用是降温冷凝，使NO2完全液化，避免干扰NO的检验。

(4)因为NO2、O2和水共同作用可以产生HNO3，所以装置B中发生反应的化学方程式为4NO2＋O2＋4NaOH===4NaNO3＋2H2O。如果没有装置C，A中挥发出的水蒸气能与NO2反应产生NO，造成对NO的来源认识不清。

答案：(1)E D B

(2)防止可能产生的NO被氧化成NO2，造成对A中反应产物检验的干扰 (3)①装置D中通入氧气后出现红棕色气体 ②冷凝，使NO2完全液化 (4)4NO2＋O2＋4NaOH===4NaNO3＋2H2O 水蒸气会与NO2反应产生NO，造成对NO的来源认识不清

(5)2NaNO2＋H2SO4===Na2SO4＋NO2↑＋NO↑＋H2O

阶段微专题提升(五) 硫、氮及其化合物

[基础整合]__________________________________一、硫及其化合物 1．常见转化关系

写出下列反应的方程式，是离子反应的写离子方程式。

(1)S溶于热的烧碱溶液生成两种钠盐：_____________________。 (2)把H2S气体通入CuSO4溶液中：_______________________。 (3)Na2S溶液在空气中放置变浑浊：_______________________。 (4)铜丝在硫蒸气中燃烧：________________________________。 (5)将SO2气体通入到氢硫酸中：__________________________。

(6)把H2S气体通入到FeCl3溶液中：______________________。 (7)SO2通入足量的澄清石灰水：___________________________。 (8)SO2通入溴水中，使溴水褪色：__________________________。 (9)用足量氨水吸收SO2尾气：____________________________。 (10)Cu和浓硫酸的反应：_______________________________。 (11)C和浓硫酸反应：__________________________________。 (12)把浓H2SO4滴到Na2SO3固体上：_____________________。

－△2－2－

答案：(1)3S＋6OH=====2S＋SO3＋3H2O

(2)H2S＋Cu===CuS↓＋2H

2－－

(3)2S＋O2＋2H2O===2S↓＋4OH 点燃

(4)2Cu＋S===== Cu2S

(5)SO2＋2H2S===3S↓＋2H2O

3＋2＋＋

(6)H2S＋2Fe===S↓＋2Fe＋2H

2＋－

(7)SO2＋Ca＋2OH===CaSO3↓＋H2O

2－－＋

(8)SO2＋Br2＋2H2O===SO4＋2Br＋4H

＋2－

(9)2NH3·H2O＋SO2===2NH4＋SO3＋H2O △

(10)Cu＋2H2SO4(浓)===== CuSO4＋SO2↑＋2H2O △(11)C＋2H2SO4(浓)===== CO2↑＋2SO2↑＋2H2O (12)H2SO4(浓)＋Na2SO3===Na2SO4＋H2O＋SO2↑ 2．要点归纳

(1)常见的能用于漂白的物质的比较。

2＋＋

(2)熟记中学化学中的四大还原性离子。

2－2－－2＋

还原性：S＞SO3＞I＞Fe

①能被空气中的氧气氧化而变质。

＋3＋2＋

②易被KMnO4(H)、HNO3、溴水、氯水、Fe(不氧化Fe)等氧化。

③SO2、H2SO3、Na2SO3均有较强的还原性，且还原性：Na2SO3＞H2SO3＞SO2。

－2－

④H2S、HS、S也均有很强的还原性。

2－

(3)SO4检验的易错点。

2－3－2－2－

①只加可溶性钡盐，不酸化。误将CO3、PO4、SO3等干扰离子判断成SO4。因上述离子会产生BaCO3、Ba3(PO4)2、BaSO3白色沉淀。

＋2＋2－

②误将Ag、Pb判断成SO4。如向待测液中滴加BaCl2溶液，再加稀盐酸有白色沉淀

2－2－＋2＋

便断定含SO4。其错误是未注意溶液中不含SO4，而含Ag或Pb时也会产生同样的现象：＋－2＋－

Ag＋Cl===AgCl↓(白色)，Pb＋2Cl===PbCl2↓(白色)。

2－2－

③误将SO3判断成SO4。如向待测液中滴加用稀盐酸酸化的Ba(NO3)2溶液生成白色沉淀，

2－－2＋2－

便误以为有SO4。该错误是未注意NO3在酸性环境中具有强氧化性，发生反应：Ba＋SO3

＋－

===BaSO3↓(白色)，3BaSO3＋2H＋2NO3===3BaSO4＋2NO↑＋H2O。

二、氮及其化合物 1．常见转化关系

写出下列反应的方程式，是离子反应的写离子方程式。

(1)N2和H2的反应：______________________________________。 (2)把NH3通入水中：____________________________________。

(3)实验室利用NH4Cl固体、Ca(OH)2固体混合加热制备__________________________________________________________。

(4)NH3的催化氧化：____________________________________。 (5)NH4HCO3溶液中加入过量稀NaOH溶液：______________。

(6)NO2溶于水：_________________________________________。

NH3：

(7)NO2被烧碱溶液吸收生成两种钠盐：____________________。 (8)Cu和稀HNO3的反应：_______________________________。 (9)Cu和浓HNO3的反应：_______________________________。 (10)Fe和过量稀HNO3的反应：___________________________。 (11)C和浓HNO3的反应：_______________________________。 (12)浓硝酸见光分解：___________________________________。

答案：(1)N2＋3H2 (2)NH3＋H2O

NH3·H2O

2NH3

＋

－

NH4＋OH

△

(3)2NH4Cl＋Ca(OH)2===== 2NH3↑＋2H2O＋CaCl2 催化剂(4)4NH3＋5O2=====△4NO＋6H2O

(5)NH4＋HCO3＋2OH===NH3·H2O＋CO3＋H2O

＋－

(6)3NO2＋H2O===2H＋2NO3＋NO

－－－

(7)2NO2＋2OH===NO3＋NO2＋H2O

＋－2＋

(8)3Cu＋8H＋2NO3===3Cu＋2NO↑＋4H2O

＋－2＋

(9)Cu＋4H＋2NO3===Cu＋2NO2↑＋2H2O

＋－3＋

(10)Fe＋4H＋NO3===Fe＋NO↑＋2H2O

＋－△

(11)C＋4H＋4NO3===== CO2↑＋4NO2↑＋2H2O

＋

－

－

2－

光照(12)4HNO3===== 4NO2↑＋O2↑＋2H2O

2．要点归纳

(1)氮氧化物对环境的影响。 ①常见的污染类型。

a．光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生的一种有毒的烟雾。

b．酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。 c．破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。 ②常见的NOx尾气处理方法。 a．碱液吸收法。

2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O

NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是：n(NO2)≥n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。

b．催化转化：在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。

(2)硝酸与金属反应的规律。 ①HNO3与金属一般不能产生H2。

②还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。

③硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。 (3)涉及HNO3的离子反应常见的易错问题。

－－2＋－2－2－

①忽视NO3在酸性条件下的强氧化性。在酸性条件下NO3不能与Fe、I、SO3、S等还原性较强的离子大量共存。

②在书写离子方程式时，忽视HNO3的强氧化性，将氧化还原反应简单的写成复分解反应。

[提升演练]__________________________________ 1．下列说法正确的是( )

A．SO2和SO3都是酸性氧化物，二者的水溶液都是强酸

B．将铜片放入浓硫酸中，无明显现象是因为铜片发生了钝化 C．硫粉在过量的纯氧中燃烧可以生成大量的SO3 D．富含硫黄的矿物在工业上可用于制造硫酸

解析：SO2溶于水形成亚硫酸，亚硫酸是中强酸，A项错误；常温下铜片和浓硫酸不反应，加热条件下才反应，B项错误；硫粉在过量的纯氧中燃烧生成大量的SO2，C项错误。

答案：D

2．能正确表示下列反应的离子方程式的是( ) A．向Fe(NO3)2稀溶液中加入盐酸： 2＋＋－3＋

3Fe＋4H＋NO3===3Fe＋NO↑＋2H2O B．铜片与浓硝酸：

－＋2＋

Cu＋NO3＋4H===Cu＋NO2↑＋2H2O

C．氯化铵浓溶液跟浓NaOH溶液混合后加热：

＋－△NH4＋OH===== NH3·H2O

D．碳酸氢铵溶液与足量的NaOH溶液混合后加热：

＋－△NH4＋OH===== NH3↑＋H2O

解析：B项未配平，C项应生成NH3，D项遗漏HCO3与OH生成CO3的反应。 答案：A

3．宁夏的硒砂瓜现今已享誉区内外，西瓜富含硒元素，有延年益寿、抗衰老、抗癌作用，因之得名“硒砂瓜”。二氧化硒(Se)是一种氧化剂，其被还原后的单质硒可能成为环境污染物，通过与浓HNO3或浓H2SO4反应生成SeO2以回收Se。在回收过程当中涉及到如下化学反应：

①SeO2＋4KI＋4HNO3===Se＋2I2＋4KNO3＋2H2O；②Se＋2H2SO4(浓)===2SO2↑＋SeO2＋2H2O。下列有关叙述正确的是( )

A．SeO2、浓H2SO4、I2的氧化性由强到弱的顺序是浓H2SO4＞SeO2＞I2 B．①中Se是氧化产物，I2是还原产物 C．反应①中KI是氧化剂，SeO2是还原剂

D．反应①中每有0.6 mol I2生成，转移电子数目为2.4NA 解析：氧化剂氧化性强于氧化产物的氧化性，故由①知，氧化性：SeO2＞I2，由②知H2SO4

＞SeO2，故A正确；①中SeO2是氧化剂，Se是还原产物；KI是还原剂，I2是氧化产物，每有0.6 mol I2生成，转移电子数目为0.6 mol×2×(1－0)＝1.2 mol，即1.2NA，故B、C、D三项均错。

答案：A 4．如图所示分别是某课外活动小组设计的制取氨气并用氨气进行喷泉实验的三组装置，

－－2－

回答下列问题：

(1)图a所示装置可制备干燥的NH3。反应的化学方程式为____________。

装置中收集NH3的试管口放置棉花团的作用是________________________________________。

(2)图b所示装置可快速制取较大量NH3。

①用化学方程式表示浓氨水滴入CaO中有大量NH3逸出的过程：____________。 ②检验NH3是否收集满的实验方法是______________________。

(3)用图c所示装置进行喷泉实验，上部烧瓶已充满干燥氨气，引发水上喷的操作是_____________，该实验的原理是___________________________________________________。

△

解析：(1)图a所示装置中发生的反应为2NH4Cl＋Ca(OH)2===== CaCl2＋2NH3↑＋2H2O；为了防止氨气与空气对流，确保收集满纯净的氨气，故用棉花团堵住试管口。

△(2)①生石灰与水反应剧烈且放热，使大量氨气逸出：NH3·H2O===== NH3↑＋H2O。②用蘸取少许浓盐酸的玻璃棒靠近收集NH3的容器口，若产生白烟，说明已收集满NH3，反之，则没有收集满；或用湿润的红色石蕊试纸靠近收集NH3的容器口，若湿润的红色石蕊试纸变蓝，则说明NH3已收集满，反之，则没有收集满。

(3)先打开止水夹，然后将胶头滴管中的水快速挤出即可，这是因为NH3极易溶于水，胶头滴管中挤出的水吸收了大量的氨气致使烧瓶内压强迅速减小而形成喷泉。

△

答案：(1)2NH4Cl＋Ca(OH)2===== CaCl2＋2NH3↑＋2H2O 减小空气对流，使NH3充满试管 △(2)①CaO＋H2O===Ca(OH)2，反应放热，NH3·H2O===== NH3↑＋H2O ②用蘸取少许浓盐酸的玻璃棒靠近收集NH3的容器口，若产生白烟，说明容器已收集满NH3，反之，则没有收集满(或用湿润的红色石蕊试纸靠近收集NH3的容器口，若湿润的红色石蕊试纸变蓝，则说明NH3已收集满，反之，则没有收集满)(其他合理答案也可)

(3)打开止水夹，挤出胶头滴管中的水 NH3极易溶解于水，致使烧瓶内压强迅速减小

阶段微专题提升(四) 环境保护与绿色化学

一、环境污染及其防治 1．环境污染

与化学相关的环境污染问题主要包括如下几个方面。 (1)大气污染。

是指由空气中的颗粒物、硫的氧化物(SO2、SO3)、氮的氧化物(NO、NO2等)、CO、碳氢化合物、氟氯代烃等造成的污染(其中SO2、NOx主要来源于化石类燃料的大量使用)。大气污染的具体表现主要有：形成酸雨、酸雾；臭氧层空洞；光化学烟雾。

室内空气污染(指家用燃料的燃烧、烹调、吸烟产生的CO、CO2、NO、NO2、SO2等，各种建筑材料和装饰材料释放出的甲醛、苯等有机物造成的污染等；其中CO与血红蛋白作用会使血液失去输氧能力，导致CO中毒)。

(2)水体污染。

是指过量有害物质进入水中造成的污染。导致水体污染的物质主要有两大类，一类是重金属污染，如重金属Hg、Cd、Pb、Cr等进入水中形成的污染，这些重金属主要来自于化工、冶金、电子、电镀等排放的工业废水。另一类是植物营养物质污染：水中高浓度的N、P等植物营养物质，导致水体富营养化而形成的污染。它主要是由进入水中腐烂的含蛋白质的物质、含磷洗涤剂及大量使用的磷肥造成的。

(3)固体废弃物污染。 主要是指生活垃圾、工业废料随意堆放造成的污染。目前最引人注意的是由塑料制品造成的白色污染及废旧电池造成的重金属污染。垃圾污染范围广泛，对环境及生物的不良影响途径多样。

2．环境保护的措施

(1)工业废气携带颗粒物的回收利用。

(2)工业、生活污水经处理达标后排放，限制使用含磷洗涤剂。 (3)回收、限制难降解塑料，研制可降解塑料。 【例1】 环境问题及解决措施 Ⅰ.臭氧层空洞。

高空大气中O2吸收紫外线可变成臭氧(O3)，而冰箱中的制冷剂氟利昂在紫外线作用下分解出氯原子，氯原子能加速臭氧的分解，从而破坏平流层中的臭氧层。同样超音速飞机的尾气及发动机尾气中的NO也能加快O3的分解，反应式如下：NO＋O3―→NO2＋2O；NO2＋O―→NO＋O2。请你写出总的反应式：____________________；

其中NO的作用是________和________。

NO

解析：通过化学反应方程式的加合可以得到总的反应式：O3――→O2＋O。通过第一个反 应式可知NO作还原剂，由总反应式可知NO作催化剂。

NO答案：O3――→O2＋O 还原剂 催化剂

Ⅱ.水源污染(富营养化)。

(1)工农业及城市生活污水中含磷。家用洗涤剂是污水中磷的一个重要来源(洗涤剂中含有磷酸钠)。关于处理污水时要不要除去磷的说法正确的是( )

A．磷是生物所需的营养元素，不必除去 B．含磷的污水是很好的肥料，不必除去

C．含磷污水排到自然水中引起藻类增殖，使水变质，必须除去 D．磷对人无毒，除去与否都无关紧要

解析：含磷的污水是水污染的重要来源之一，这种富含营养元素(N、P等)的污水排入自然水中，会使水中微生物和藻类大量繁殖、生成、腐败，从而使水中的溶解氧大量减少引起水中生物死亡、水质恶化，降低了水的使用价值。

答案：C (2)赤潮。

我国沿海出现了大面积赤潮，赤潮是红藻、蓝藻等在较短时间内大量繁殖形成的，它造成的严重后果是______________________。

赤潮是水体富营养化的结果，主要是因为______________等，使水中含有大量的________元素对应的离子。为了防止水污染。我国许多地区已经对洗衣粉的成分加以限制，不得再销售含有___________________(填字母)的洗衣粉。

A．硅酸钠 B．烷基苯磺酸钠 C．三聚磷酸钠 D．蛋白质

答案：藻类分泌毒素，并且消耗水中的溶解氧，造成水质恶化和鱼类死亡 滥用氮肥、磷肥、农药和城镇废水任意排放 氮、磷 C

Ⅲ.酸雨。

(1)自然界“酸雨”形成的原因主要是( ) A．未经处理的工业废水的任意排放 B．大气中二氧化碳含量增多

C．工业上大量燃烧含硫的燃料和金属矿石的冶炼 D．汽车排放的尾气和燃料不完全燃烧产生的气体

解析：自然界中的酸雨主要是硫酸雨，这是由于大气中SO2和SO3含量过高造成的，形成这种情况的主要原因是工业大量燃烧含硫的燃料和金属矿石的冶炼，汽车尾气的排放不是主要原因。

答案：C

(2)SO2主要来自于硫酸工厂废气和含硫矿物的燃烧。

①若用Na2SO3溶液来吸收工厂的SO2尾气，加热吸收液可获得高浓度的SO2，变废为宝。你能写出主要的化学方程式吗？

②为除去燃料中的硫，可采用如图脱硫工艺。你能写出主要的化学方程式吗？

△

答案：①SO2＋H2O＋Na2SO3===== 2NaHSO3 高温②CaO(s)＋SO2(g)===== CaSO3(s)， △2CaSO3(s)＋O2(g)===== 2CaSO4(s)

Ⅳ.光化学烟雾。 大气污染物一氧化氮、二氧化氮和某些碳氢化合物在太阳光的照射下，在低空大气中发生复杂的光化学反应(大气中的氧气也参加了反应)，形成白色或浅蓝色有特殊气味的光化学烟雾。

光化学烟雾中主要含二次污染物如醛类、酮类、臭氧、过氧乙酰硝酸酯等。光化学烟雾严重危害人体健康，损害植物及橡胶制品等。

汽车尾气污染：

汽车尾气(含有烃类、CO、SO2与NO等物质)是城市空气的污染源之一。治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”(用铂、钯合金作催化剂)。它的特点是使CO和NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。

(1)写出CO与NO反应的化学方程式：______________。

(2)“催化转换器”的缺点是在一定程度上提高空气的酸度，其原因是_____________。 (3)控制城市空气污染源的方法可以有______________(填字母)。 A．开发氢能源 B．使用电动车 C．植树造林 D．戴上呼吸面具

催化剂

答案：(1)2CO＋2NO===== N2＋2CO2 (2)SO2转化成SO3，SO3遇水生成硫酸 (3)ABC

1．汽车的发明与使用，是人类智慧的杰出体现，它为人们的生活和生产带来了极大的方便，同时由此引发的环境污染问题也越来越引起人们的关注。

(1)汽车排放的尾气中因含有氮的氧化物而污染大气，造成产生氮的氧化物的主要原因是( )

A．燃烧含氮化合物燃料引起的 B．燃烧含铅汽油引起的

C．燃烧不充分引起的

D．在汽缸中N2被氧化生成的

(2)下列有关城市各项污染源与其造成的恶果排列正确的是( ) A．汽车尾气—光化学烟雾 工业废气—酸雨 工业废水—“公害病” B．汽车尾气—酸雨 工业废气—“公害病” 工业废水—光化学烟雾 C．汽车尾气—“公害病” 工业废气—酸雨 工业废水—光化学烟雾 D．汽车尾气—光化学烟雾 工业废气—“公害病” 工业废水—酸雨

(3)一氧化氮和一氧化碳都是汽车尾气里的有害物质，它们能缓慢地发生如下反应：2NO(g)＋2CO(g)

N2(g)＋2CO2(g) ΔH<0。现利用此反应，拟设计一种环保装置以消

除汽车尾气对大气的污染。下列设计方案可以提高尾气处理效果的是( )

①选用适当的催化剂 ②提高装置的温度 ③降低装置的压强 ④在装置中装入碱石灰

A．①③ B．②④ C．①④ D．②③

(4)新型环保出租车采用LPG＋汽油的双燃料系统，其尾气中的有毒气体成分较普通车型下降80%左右，解决了汽车尾气排放给城市环境造成的污染问题。下列物质中不属于上述有害气体的是( )

A．CO2和H2 B．NO2和NO

C．CO和SO2 D．碳粒和含铅化合物

(5)为了减少大气污染，许多城市推广汽车使用清洁燃料。目前使用的清洁燃料主要有两类：一类是压缩天然气(CNG)，另一类是液化石油气(LPG)。这两类燃料的主要成分都是( )

A．碳水化合物 B．碳氢化合物 C．氢气 D．醇类

解析：(1)汽车在工作时发动机的活塞在汽缸中运行一个循环时要经过进气、压缩、点火燃烧和排气四个过程，所以又叫四冲程内燃机。在压缩和点火燃烧等过程中由于高压高温，故空气中N2和O2发生如下反应：

N2＋O22NO，2NO＋O2===2NO2生成污染大气的NO2、NO。

(2)氮氧化物是形成光化学烟雾的成分，SO2和氮氧化物是形成酸雨的成分，工业废水是形成公害病的物质，故答案选A。

(3)由于以上“可逆”反应仅能“缓慢”发生，故可“催化”加速；由于正反应为放热过程，故不宜温度太高；由于正反应为气体总体积减小的反应，故不宜减压；将装置中加入能与产物CO2反应的物质有利于平衡右移。

(5)天然气(主要成分CH4)、液化石油气(C3～C5的烃)其成分均为碳氢化合物，完全燃烧的产物为CO2和H2O，不造成环境污染，但生成的CO2却是造成温室效应的元凶。

答案：(1)D (2)A (3)C (4)A (5)B 二、绿色化学

1．绿色化学有关概念

(1)核心：利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境造成的污染。又称为“环境无害化学”“环境友好化学”“清洁化学”。

绿色化学的理想在于不再使用有毒有害的物质，不再产生废物，不再处理废物，这是一门从源头上减少或消除污染的化学。

(2)绿色化学的研究主要围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化开展的，因此化学反应及其产物具有以下特征：

a．采用无毒、无害的原料；

b．在无毒、无害的条件(包括催化剂、溶剂)下进行； c．产品应该是环境友好的；

d．具有“原子经济性”，即反应具有高选择性、极少副产物，甚至实现“零排放”。此外，它还应当满足“物美价廉”的传统标准。

2．原子经济性

原子经济性在化学合成特别是有机合成中，减少废物的关键是提高选择性问题，即选择最佳反应途径，使反应物原子尽可能多地转化成产物原子，最大限度地减少副产物，才会真正减少废物的生成。美国著名有机化学家B.M.Trost在1991年首先提出“原子经济性”的概念：认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合到目标分子中(如完全的加成反应：A＋B===C)，达到零排放。原子经济性可用原子利用率来衡量，其定期望产品的总质量

义可表示为原子利用率＝×100%。

生成物的总质量

经济性的反应有两个显著优点：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地减少了废物的排放。

【例2】 在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最高的是( ) A．CH2CH2＋CH3COOOH(过氧乙酸)―→ COH2CH2＋CH3COOH

B．CH2CH2＋Cl2＋Ca(OH)2―→COH2CH2＋ CaCl2＋H2O

催化剂

C．2CH2CH2＋O2――→2COH2CH2

催化剂D．3CH2OHCH2OH―― →HOCH2CH2OCH2CH2OH＋

COH2CH2＋2H2O

解析：根据原子利用率内涵，副产物越少原子利用率越高。C项的副产物为0，则原子利用率为100%，答案为C。也可以分别计算其他方法的原子利用率，再比较。A项原子利用4444率：×100%≈42.3%；B项原子利用率：×100%≈25.4%；C项原子利用率：

44＋60111＋44＋184444×100%＝100%；D项原子利用率：×100%≈23.7%。所以原子利用率大小：4444＋106＋36C>A>B>D。

答案：C

2．在“绿色化学工艺”中，理想状态是原子利用率为100%。在用CH3C≡CH合成CH2===C(CH3)COOCH3的过程中，欲使原子利用率达到最高，还需要其他的反应物有( )

A．CO和CH3OH B．CO2和H2O C．H2和CO2 D．CH3OH和H2

解析：从原子守恒和绿色化学的思想出发：CH3C≡CH＋其他的反应物―→CH2===C(CH3)COOCH3，则其他的反应物的原子组成为C2H4O2，只有选项A中的物质按等物质的量混合符合题意。

答案：A

3．(2015·林州模拟)工业上合成氨的原料之一为氢气，其来源之一是利用石油气的有关成分如丙烷(C3H8)制取。以下途径，假设反应都能进行，从经济效益考虑最合理的反应是( )

极高温

A．C3H8―― →3C＋4H2 高温B．C3H8――→C3H6＋H2

高温C．C3H8＋6H2O(g)―― →3CO2＋10H2 通电D．2H2O===== 2H2↑＋O2↑

解析：在工业生产中应考虑经济效益，反应机理要低成本、低能耗，所以“极高温”和

2

“通电”都需要有较大经济投入，故A、D两项不合理。B项原子利用率：×100%≈4.5%；

42＋220

D项原子利用率：×100%≈13.1%。故原子利用率大小：C>B，答案选C。

132＋20

答案：C

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