Question

N元素的单质及其化合物之间的转化关系：NH₃N₂NO NO₂HNO₃。回答下列问题：

(1)N元素在元素周期表中的位置为_______；

(2)上述四种气体只能用排水法收集的是_______(填化学式，下同)，只能用排空气法收集的是______；

(3)氮的氧化物是空气的主要污染物，下列环境问题与氮的氧化物排放有关的是_____；

A. 酸雨    B. 光化学烟雾    C. 白色污染    D. 臭氧层空洞

(4)NO₂形成酸雨的化学方程式为______；

(5)Ertl(获2007年诺贝尔化学奖)对合成氨机理进行深入研究，并将研究成果用于汽车尾气处理中，在催化剂存在下可将NO和CO反应转化为两种无色无毒气体，用化学反应方程式表示这个过程______；

(6)若将12.8 g铜与 50 mL一定浓度的浓硝酸反应，两者恰好完全反应共产生气体5.6 L(标准状况)，计算此浓硝酸的物质的量浓度_______(写出解题过程)。

Answer

第二周期，第VA族 NO、N2 NH3、NO2 ABD 3NO2+H2O=2HNO3+NO 2NO+2CO2CO2+N2 13 mol/L

【解析】

(5)在催化剂存在下可将NO和CO反应转化为两种无色无毒气体是N2、CO2，根据电子守恒及原子守恒，书写反应方程式；

(6)先计算Cu及气体的物质的量，根据HNO3反应后变为Cu(NO3)2、NO、NO2，利用N元素守恒计算硝酸的物质的量，最后根据物质的量浓度定义式计算硝酸的浓度。

(1)N是7号元素，原子核外电子排布是2、5，因此在周期表的位置是位于第二周期第VA族；

(2)在上述四种气体中NO能够与空气中的O2反应产生NO2，因此只能使用排水法收集；N2的相对分子质量是28，与空气的平均相对分子质量29，二者非常接近，若采用排空气方法收集，不能得到纯净气体，因此只能采用排水方法收集；

NH3极容易溶于水，并且与水会发生反应产生NH3·H2O，结合其密度比空气小的特点，NH3只能采用向下排空气方法收集；NO2与H2O反应产生HNO3、NO，因此也不能采用排水方法收集，由于其相对分子质量比空气大，要采用向上排空气方法收集；

(3)A. 酸雨是由SO2及氮的氧化物等引起的，与氮的氧化物排放有关，A符合题意；

B. 光化学烟雾的形成主要是汽车尾气排放出的NO、NO2发生复杂变化造成的，与氮的氧化物排放有关，B符合题意；

C. 白色污染是塑料等造成的，与氮的氧化物排放无关，C不符合题意；

D. 臭氧层空洞与飞机尾气排放的NO、NO2及冰箱制冷剂氟利昂的排放有关，因此与氮的氧化物排放有关，D符合题意；

故合理选项是ABD；

(4)NO2与H2O反应产生HNO3、NO，反应方程式为：3NO2+H2O=2HNO3+NO，HNO3进入雨水中形成酸雨；

(5)在催化剂存在下，NO和CO反应转化为两种无色无毒气体是N2、CO2，根据电子守恒及原子守恒，可得反应方程式为：2NO+2CO2CO2+N2；

(6)12.8 g铜的物质的量n(Cu)==0.2 mol，反应产生的标准状况下NO、NO2气体的物质的量n(NO+NO2)==0.25 mol，HNO3在反应中的作用：一部分转化为Cu(NO3)2，一部分变为NO、NO2气体，根据N元素守恒，可知HNO3的物质的量n(HNO3)=2[Cu(NO3)2]+ n(NO+NO2)=2×0.2 mol+0.25 mol=0.65 mol，由于硝酸的体积是50 mL，则该硝酸的物质的量浓度c(HNO3)==13 mol/L。