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20氮及其化合物
龙文教育学科教学案
教师:
孟磊学生:
钱莹日期:
2013-8-5星期:
一时段:
10:
00-12:
00
课题
20-氮及其化合物
学习目标与
考点分析
单质、化合物、性质、制备
学情分析
基本掌握
学习重难点
全部
教学方法
回顾、总结、练习
教学提纲与过程
第一部分:
教学提纲
第二部分:
教学过程
(一)氮
1.氮元素的存在
既有游离态,又有化合态。
在空气中,体积:
78%;质量75%。
2.物理性质
无色、无味、密度比空气稍小,难溶于水。
3.化学性质
N2分子结构稳定,化学性质不活泼,但在高温、高压、放电、点燃等条件下,能与H2、O2、Mg发生化学反应。
(1)与H2反应:
N2+3H2
2NH3
注意:
①条件:
高温、高压、催化剂;②是可逆反应;③是工业合成氨的方法。
(2)与金属镁反应:
3Mg+N2
Mg3N2
(3)与O2反应:
N2+O2
2NO
4.氮气的用途:
(1)合成氨、制氮肥、硝酸。
(2)用作保护气:
如:
①焊接金属;②充填灯泡;③保护粮食、水果。
(3)液氮可作冷冻剂。
5.氮的固定
(1)定义:
将游离态的氮(N2)转化为化合物的过程,叫做氮的固定。
(2)方法:
A.自然固氮:
①雷雨固氮(N2转化为NO);②生物固氮(如:
根瘤菌固氮)。
B.人工固氮:
如合成氨工业。
(二)氮氧化物
1.氮氧化物的种类
氮元素常见的价态有-3、+1、+2、+3、+4、+5,所以其氧化物种类较多,有:
N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5。
氮元素只有两种含氧酸:
HNO3(硝酸)、HNO2(亚硝酸)。
仅为红棕色气体,其余均为无色气体。
2.NO与NO2的比较
颜色
气味
溶解性
稳定性
生产
毒性
NO
无色
无味
不溶于水
不稳定
N2+O2
2NO
都有毒(一定浓度)
NO2
红棕色
刺激性气味
易溶于水
稳定
2NO+O2=2NO2
3.NO2与水的反应
2NO2⇌N2O4(因此,没有纯净物的存在)
4.NO2与SO2的反应
NO2+SO2===SO3+NO(NO2具有强氧化性)
探讨:
(1)实验室制取一氧化氮和二氧化氮的收集方法
(2)如何除去NO中的NO2
(3)Br2蒸气与NO2在外观上很相似,可用哪些方法区别它们?
①用冰冷却两种气体,变为深红棕色液体的是溴蒸气,另一种为二氧化氮气体。
②向瓶中分别加入少量蒸馏水,振荡,气体颜色变浅,溶液显黄色的原气体是二氧化氮,气体颜色变浅,溶液呈橙黄色的原气体是溴蒸气。
③向瓶中分别加入少量硝酸银溶液,振荡,有淡黄色沉淀生成的,原气体为溴蒸气,另一种是二氧化氮。
④向瓶中分别加入少量四氯化碳,振荡,气体颜色变浅,溶液显黄色的原气体是二氧化氮,显橙红色的原气体是溴蒸气。
(4)盛有NO2的试管倒置于水中,会发生什么现象?
红棕色气体消失,水位上升,最后水充满试管的2/3,无色气体充满试管的1/3(上部)
例题:
1.据最新消息,我国今年将实现“神舟号”宇宙飞船载人飞行。
发射飞船的运载火箭,其推进剂引燃后发生剧烈反应,产生大量高温气体从火箭尾部喷出。
引燃后的高温气体主要是CO2、H2O、N2、NO,这些气体均为无色,但在卫星发射现场看到火箭喷射出大量红烟,产生红烟的原因是
A高温下N2遇空气生成NO2BNO遇空气生成NO2
CCO2与NO反应生成NO2DNO与H2O反应生成NO2
2.收集NO和NO2两种气体
A都可用排水集气法
B都可用向上排空气集气法
CNO用向上排空气集气法,NO2用排水集气法
DNO用排水集气法,NO2用向上排空气集气法
(三)氮的氧化物溶于水的有关计算
1.NO、NO2的混合气体溶于水时的反应
3NO2+H2O===HNO3+NO,可利用气体体积变化差值进行计算,可求得混合气体中各气体的体积。
2.NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应
4NO2+O2+2H2O===4HNO3
反应情况
所列方程
0 O2过量,剩余气体为O2 x=4 恰好完全反应 x>4 NO2过量,剩余NO 分别根据上述不同情况,再与V(NO2)+V(O2)=V总联立起来,即可求得混合气体各气体的体积。 3.NO、O2的混合气体溶于水时涉及的体积 4NO+3O2+2H2O===4HNO3, 参照上表进行讨论。 4.NO、NO2、O2三种气体溶于水 可先由反应3NO2+H2O===2HNO3+NO,求出NO的体积,再加上原混合气体中的NO即为NO的总体积,再按(3)的方法进行计算。 例题: 某集气瓶内装的混合气体呈红棕色,加入足量水,盖上玻璃片振荡,得棕色溶液,气体颜色消失,再打开玻璃片后,瓶中气体又变为红棕色。 该混合气体可能是 AN2NO2Br2BNO2NON2CNO2O2NODN2O2Br2 2.将NO2、NH3、O2的混和气体22.4L通过稀硫酸后,溶液的质量增加26.7g,气体体积缩小为4.48L(气体体积均在标准状况下测定),剩余气体能使带余烬的木条复燃,则混和气体的平均分子量为 A28.1B30.2C33.1D34.0 3.盛满等体积NO和NO2的混合气体的试管,倒置在水槽中,反应完毕后,液面上升的高度是试管的 A1/2B1/3C2/3D5/6 (四)氮氧化物的污染与防治 1.来源: 氮肥的生产、金属的冶炼、汽车等交通工具的大量使用等。 2.危害: ①NO、NO2都可使人中毒。 ②形成硝酸型酸雨。 ③形成有毒的光化学烟雾(光照下,NO2使O2变成O3,O3与空气中的一些CxHy(烃)作用,形成光化学烟雾)。 ④破坏臭氧层(形成臭氧空洞)。 3.预防、消除污染的主要方法: (1)使用洁净能源,减少氮氧化物的排放; (2)为汽车安装尾气转化装置: 2CO+2NO 2CO2+N2 (3)处理工厂废气。 ①碱液吸收法: NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O 2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O ②NH3还原法: 6NO+4NH3=5N2+6H2O 例题: 将20mLNO2和NH3的混合气体,在一定的条件下充分反应(方程式为: 6NO2+8NH3=7N2+12H2O),已知参加反应的NO2比氨少2mL(体积均在相同状态下测定),原混合气体中NO2和NH3的物质的量之比为 A3: 2B2: 3C3: 7D3: 4 (五)氨 1.氨的物理性质 无色,有刺激性气味的气体(对人眼、鼻、喉等粘膜有刺激作用)。 密度: 比空气小。 溶解性;极易溶于水(1∶700)。 沸点: -33.5℃,易液化→液氨(液氨可作制冷剂)。 2.化学性质 (1)氨与水的反应: NH3+H2O NH3·H2ONH3·H2O NH4++OH- 注意: (A)氨与水反应生成一水合氨(NH3·H2O)而不能写成NH4OH。 (B)NH3·H2O是一种弱碱,小部分电离为NH4+、OH-,从而使氨水呈碱性。 (C)NH3·H2O很不稳定,通常状况下也会部分分解为NH3和H2O,浓度增大、加热均能促进NH3·H2O的分解和挥发: NH3·H2O NH3↑+H2O。 (D)注意: 氨水中溶质是氨气而不是NH3·H2O。 (E)氨水的密度小于1g/cm3,氨水的浓度越大,密度越小。 (2)与酸的反应 NH3+HCl=NH4Cl(有白烟生成,可作为检验氨气的方法) NH3+HNO3=NH4NO3(有白烟生成) 2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4 NH3+CO2+H2O=NH4HCO3(俗称碳铵) (探讨): 用浓硝酸或浓硫酸代替浓盐酸做以上实验会有相同现象吗 (3)氨的还原性 (A)氨的催化氧化: 4NH3+5O2 4NO+6H2O(氨的催化氧化,是工业上制硝酸的基础,也是工业上制NO的方法) (B)2NH3+3Cl2=N2+6HCl (C)8NH3+3Cl2=N2+6NH4Cl (D)2NH3+3CuO 3Cu+N2+3H2O (4)氨的制备方法 A.工业制法: N2+3H2 2NH3 B.实验室制法: Ca(OH)2+2NH4Cl 2NH3↑+2H2O+CaCl2 C.制气装置: 固~固,加热型(与实验室用氯酸钾和二氧化锰共热制氧气相同) D.收集方法: 向下排空气法 E.干燥: 用碱石灰或生石灰作干燥剂 F.验满方法: (1)用湿润的石蕊试纸检验; (2)用蘸有浓盐酸的玻璃杯检验。 G.消石灰不能用KOH、NaOH代替,易吸水结块,不利于产生NH3,且高温下腐蚀试管。 H.欲快速制氨气,可将浓氨水滴入NaOH(或CaO)固体中。 (六)铵盐的性质 1.都是白色的离子晶体,都易溶于水铵盐溶于水时吸热,使溶液温度降低。 2.与碱共热能产生氨气 (NH4)2SO4+2NaOH Na2SO4+2NH3↑+2H2O NH4NO3+NaOH NaNO3+NH3↑+H2O 注意: 氯化铵与氢氧化钠的反应 固态下: NH4Cl+NaOH NH3↑+H2O+NaCl 浓溶液: NH4Cl+NaOH NH3↑+H2O+NaCl 稀溶液: NH4Cl+NaOH NH3↑+H2O+NaCl 稀溶液: NH4Cl+NaOH NH3·H2O+NaCl 3.受热易分解 NH4Cl NH3+HCl看似升华,不是升华,发生了 NH3+HCl=NH4Cl两个化学反应 4.探究 (1)如何将固体氯化钠中混有的氯化铵除去? (2)用加热铵盐法检验铵盐的方法可行吗? (3)用什么方法检验铵盐比较好呢? (一)硝酸 1.硝酸的物理性质 (1).纯硝酸为无色、有刺激性气味的液体。 能与水以任意比互溶 (2).硝酸低沸点(83℃)、易挥发 (3).质量分数为69%以上为浓硝酸 (4).98%以上的硝酸称为“发烟硝酸” 由于硝酸具有强氧化性,对皮肤、衣物、纸张等都有腐蚀性,所以使用硝酸(特别是浓硝酸)时,一定要格外小心,注意安全。 万一不慎将浓硝酸弄到皮肤上,应立即用大量水冲洗,再用小苏打水或肥皂洗涤。 2.化学性质 (1)酸的通性 A、使指示剂变色 B、与碱反应HNO3+NaOH=NaNO3+H2O C、与碱性氧化物2HNO3+CaO=Ca(NO3)2+H2O D、与盐反应2HNO3+CaCO3=Ca(NO3)2+H2O+CO2 E、与金属反应 (2)不稳定性 4HNO3 4NO2↑+O2↑+2H2O 在实验室保存浓硝酸的试剂瓶: 氯水、溴水、碘水、硝酸银、碘化银、溴化银等均用棕色瓶保存。 (3)硝酸与铜的反应 铜与浓硝酸反应激烈,产生红棕色气体,溶液由无色变为绿色。 铜与稀硝酸反应较缓慢,产生无色气体,逸至试管口变为红棕色,溶液由无色变为蓝色。 Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 对比结论: a.浓、稀硝酸都具有强氧化性;b.浓硝酸的氧化性强于稀硝酸;c.浓硝酸与铜反应产生NO2;稀硝酸与铜反应产生NO;d.浓、稀硝酸的氧化性均强于浓硫酸 硝酸铜的生产工艺: 2Cu+O2 2CuOCuO+2HNO3=Cu(NO3)2+H2O 优点: 减少环境污染;;HNO3利用率高 (4)硝酸的强氧化性 A.与金属的反应 与金属反应: HNO3可与绝大多数金属反应(除Pt、Au、Ti外),金属与HNO3反应时,金属被氧化成高价硝酸盐;;硝酸浓度越高,氧化性越强(浓HNO3>稀HNO3);;常温下,浓硝酸使铁、铝等金属钝化 B.与非金属的反应 4HNO3(浓)+C CO2+4NO2+2H2O S+6HNO3(浓) H2SO4+6NO2↑+2H2O 规律: 浓硝酸与非金属反应(C、S、P),一般将非金属氧化为最高价氧化物或最高价含氧酸;自身被还原为NO2。 C.与一般化合物反应 3H2S+2HNO3(稀)=3S↓+2NO↑+4H2O H2S+8HNO3(浓)=H2SO4+8NO2↑+4H2O D.与低价金属氧化物/氢氧化物的反应 低价金属氧化物,低价金属氢氧化物反应时,硝酸既显氧化性又显酸性。 3FeO+10HNO3(稀)=3Fe(NO3)2+NO↑+5H2O (七)高考练习 1.判断下列说法是否正确,正确的划“√”,错误的划“×” (1)CO、NO、NO2都是大气污染气体,在空气中都能稳定存在( ) (2)NO可用于某些疾病的治疗( ) (3)在稀硫酸中加入铜粉,铜粉不溶解;再加入Cu(NO3)2固体,铜粉仍不溶解() (4)a(HNO3)、b(NO)、c(NO2)可实现 间的转化( ) 2.发射“嫦娥二号”的长三丙火箭由三个子级构成。 其中一子级上部装有液体四氧化二氮(N2O4),下部装有液体偏二甲肼(C2H8N2)。 发动机内燃烧的化学方程式为C2H8N2+2N2O4―→3N2+2CO2+4H2O,该反应中( ) A.C2H8N2发生还原反应B.C2H8N2是氧化剂 C.N2O4发生氧化反应D.N2O4是氧化剂 3.将22.4L某气态氮氧化合物与足量的灼热铜粉完全反应后,气体体积变为11.2L(体积均在相同条件下测定),则该氮氧化合物的化学式为( ) A.NO2B.N2O3C.N2OD.N2O4 4.某氮氧化合物的一分子中含有38个电子。 试问该氮氧化合物是下列的哪一选项 A.NO B.NO3 C.N2O D.N2O3 E.N2O5 5.研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。 NO2可用水吸收,相应的化学反应方程式为______________________________________。 利用反应6NO2+8NH3 7N2+12H2O也可处理NO2。 当转移1.2mol电子时,消耗的NO2在标准状况下是________L。 6.某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱,按下图装置进行实验(夹持仪器已略去)。 实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO。 由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。 可选药品: 浓硝酸、3mol·L-1稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳 已知: 氢氧化钠溶液不与NO反应,能与NO2反应。 2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O (1)实验应避免有害气体排放到空气中。 装置③、④、⑥中盛放的药品依次是_____________________________________________________。 (2)滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性,加入药品,打开弹簧夹后__________。 (3)装置①中发生反应的化学方程式是________________________________________。 (4)装置 ②的作用是_____________,发生反应的化学方程式是______________。 (5)该小组得出的结论依据的实验现象是____________________。 (6)实验结束后,同学们发现装置①中溶液呈绿色,而不显蓝色。 甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致,而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。 同学们分别设计了以下4个试验来判断两种看法是否正确。 这些方案中可行的是(选填序号字母)____。 a.加热该绿色溶液,观察颜色变化 b.加水稀释该绿色溶液,观察颜色变化 c.向该绿色溶液中通入氮气,观察颜色变化 d.向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体,观察颜色变化 7.为测定足量铜与适量一定浓度的浓硝酸反应生成的NO气体和NO2气体的物质的量之比(用m表示),请从下图中选用适当的实验装置,设计一个合理而简单的实验,用于测定m的值。 其中E装置由甲、乙两根玻璃管组成,用橡皮管连通,并装入适量水,甲管有刻度(0mL~50mL),供量气用,乙管可上下移动,用来调节液面高低。 回答下列问题: (1)实验中气体(NO和NO2)发生装置应选择(填装置序号)。 理由是。 (2)要测定m值,需要将C中的溶液进行中和滴定,由于浓硝酸具有强氧化性,能把酸碱指示剂氧化褪色而影响实验。 因此,中和滴定前必须进行的操作是。 (3)装置的连接顺序是(填各装置接口的编号,连结胶管及夹持装置均省略)。 (4)连接好装置,检查气密性后,应进行两步必要的操作: 第一; 第二。 (5)实验前甲、乙两管液面在同一水平面上,最后读数时乙管的液面高于甲管的液面。 此时应进行的操作是。 (6)实验后若量气管中气体的体积(换算成标准状况下)为V(L),C中硝酸的物质的量为n,则用含n和V的式子表示m=。 8.判断下列说法是否正确,正确的划“√”,错误的划“×”。 (1)NH4Cl+NaOH NaCl+NH3↑+H2O能用H++OH-===H2O表示( ) (2)往盐酸中滴加氨水H++OH-===H2O( ) (3)AlCl3溶液中加入过量的浓氨水: Al3++4NH3·H2O―→AlO +4NH +2H2O( ) (4)在稀氨水中通入过量CO2: NH3·H2O+CO2===NH +HCO ( ) (5)AgNO3溶液中加入过量氨水: Ag++NH3·H2O===AgOH↓+NH ( ) (6)将NH3通入热的CuSO4溶液中能使Cu2+还原成Cu( ) 【课后练习】 (六)总结 学生对于本次课的评价: ○特别满意○满意○一般○差 学生签字: 教师评定: 1、学生上次作业评价: ○非常好○好○一般○需要优化 2、学生本次上课情况评价: ○非常好○好○一般○需要优化 教师签字: 孟磊 教导主任签字: ___________ 龙文教育教务处
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- 20 及其 化合物
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