氮及其化合物 高中化学必修二教案教学设计 人教版.pdf
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1、氮及其化合物氮及其化合物【教学目标】【教学目标】(1)掌握氮的重要性质,了解氮在我们生活中的重要用途。(2)掌握氮的氧化物的性质,氮的重要化合物的用途及硝酸的相关注意事项。(3)掌握氮族元素的性质,理解氮族元素原子结构与性质递变规律。【教学重点】【教学重点】氮及其重要化合物的性质及转化【教学难点】【教学难点】氮及其重要化合物的性质及相关实验【教学过程】【教学过程】一、导入一、导入我们上节课学习了硫的相关性质,掌握非金属元素的学习方法,那我们又知道空气中含量最多的元素为氮气,这节课我们就带着已有的学习方法,对氮及其化合物知识展开学习!二、知识讲解二、知识讲解使用建议说明:氮及其化合物知识内容丰富
2、,涉及面广,是高考命题的热点内容之一。试题常以氮元素及其化合物知识为载体,考查基本概念、基本理论、实验、计算等,具有较强的综合性。考点考点 1 1氮气、氮的氧化物、硝酸氮气、氮的氧化物、硝酸使用建议说明:考纲要求了解氮及其化合物的主要性质;了解氮的氧化物及其对环境的影响;了解硝酸的主要性质;通过浓硫酸、硝酸分别与不活泼金属、非金属的反应,认识浓硫酸、硝酸的强氧化性;通过比较浓硫酸与稀硫酸,浓硝酸与稀硝酸性质的差异,认识浓度、反应条件对反应产物的影响。一、氮气(N2)(1)分子结构:电子式为子结构稳定,化学性质不活泼。1/221/22,结构式为NN,氮氮叁键键能大,分(2)物理性质:纯净的氮气是
3、无色无味的气体,难溶于水,空气中约占总体积的 78%。(3)化学性质:常温下性质稳定,可作保护气;但在高温、放电、点燃等条件下能与H2、O2、IIA 族的 Mg、Ca 等发生化学反应,即发生氮的固定(将空气中的氮气转变为含氮化合物的过程,有自然固氮和人工固氮两种形式)。N2中 N 元素 0 价,为 N 的中间价态,既有氧化性又有还原性。与H2反应:N2 3H2与O2反应:N2 O2高温、高压催化剂2NH3放电2NO点燃与活泼金属反应:N23MgMg3N2(4)氮气的用途:化工原料;液氮是火箭燃烧的推进剂;还可用作医疗、保护气等。二、氮的氧化物(1)氮的氧化物简介:氮元素有1、2、3、4、5五种
4、正价态,对应有六种氧化物种类N2O色态无色气体无色气体蓝色液体(20)红棕色气体无色气体无色固体化学性质较不活泼活泼,不溶于水常温极易分解为 NO,NO2NON2O3(亚硝酸酐)NO2N2O4较活泼,与水反应较活泼,受热易分解气态时不稳定,易分解N2O5(硝酸酸酐)(2)NO 和NO2的重要性质和制法性质:2NO O22NO2红棕色;2NO2(易被氧气氧化,无色气体转化为红棕色)N2O4(无色)(平衡体系);2/223NO2 H2O;2HNO3 NO(工业制硝酸)NO NO2 2NaOH;2NANO2 H2O(尾气吸收)NO2有较强的氧化性,能使湿润的 KI 淀粉试纸变蓝。制法:NO:3Cu8
5、HNO3稀3CuNO322NO4H2O(必须_法收集 NO);NO2:Cu4HNO3浓CuNO322NO22H2O(必须_法收集NO2)(3)氮的氧化物溶于水的计算NO2或NO2与N2(非O2)的 混 合 气 体 溶 于 水 可 依 据3NO2 H2O2HNO3 NO利用气体体积变化差值进行计算。NO2和 O2的混合气体溶于水时由4NO2 O2 2H2O4HNO3进行计算,当体积比VNO2:VO2 4:1时,恰好反应;剩余 NO;NO2过量,4:1时,4:1时,O2过量,剩余O2。NO 和O2同时通入水中时,由4NO2 O2 2H2O同。NO、NO2、O2的混合气体通入水中,先按求出 NO 的
6、体积,再加上混合气体中 NO 的体积再按方法进行计算。三、硝酸(HNO3)(1)物理性质:无色、刺激性气味、易挥发液体,能与水以任意比例互溶,常用浓硝酸的质量分数大约为 69%。(2)化学性质3/22原理4HNO3进行计算,硝酸为强酸,具有以下性质:具有酸的通性;不稳定性:4HNO3光或热4NO2 O2 2H2O;强氧化性:无论浓、稀硝酸均具有强氧化性,与金属反应时不放出氢气。A、与金属反应:Cu4HNO3浓CuNO322NO22H2O;3Cu8HNO3稀3CuNO322NO24H2O3;3Ag 4HNO3稀3AgNO3 NO 2H2O;常温下浓硝酸与铁、铝发生钝化。B.与非金属反应:C 4H
7、NO3浓CO2 4NO2 2H2O。C.与其他还原剂反应,如 H2S、SO2、Fe2+等。D.与有机物反应:硝化反应、酯化反应、与蛋白质发生颜色反应等。(3)制法实验室制法:硝酸盐与浓硫酸微热,NaNO3固 H2SO4浓;NAHSO4 HNO3(不能用强热和稀硫酸)催化剂工业制法:氨的催化氧化法,4NH35O24NO 6H2O;2NO O22NO2;3NO2 H2O2HNO3 NO;尾气处理:NO2 NO 2NaOH2NaNO2 H2O(4)用途:制硝酸盐、氮肥、炸药、染料等。考点考点 2 2氨气和铵盐氨气和铵盐使用建议说明:氨气与铵盐部分是常考内容,考纲要求了解氨气的主要性质及其应用,了解氨
8、气的实验室制法,了解铵盐的主要性质及其应用。所以此处内容大家再授课时务必要注重学生基础知识掌握的把控。4/224/221、氨气(NH3)(1)分子结构:由极性键形成的三角锥形的极性分子,N 原子有一孤对电子;N 为3价,为 N 元素的最低价态;(2)物理性质:无色、刺激性气味的气体,密度比空气小,极易溶于水,常温常压下 1 体积水能溶解 700 体积的氨气,易液化(可作致冷剂);(3)化学性质:与H2O反应:NH3 H2ONH3H2O,NH4 OH溶液呈弱碱性,氨水的成份为:NH3、H2O、NH3H2O、NH、OH、H+,4氨水易挥发;与酸反应:NH3 HCl还原性(催化氧化):4NH35O2
9、催化剂NH4Cl,NH3 HNO3;NH4NO3(有白烟生成);4NO 6H2O(N 为3价,最低价态,具有还原性)(4)实验室制法CaOH2 2NH4ClCaCl2 2NH3 2H2O;工业上采取N2与H2在高温高压催化剂条件下合成氨气;(5):化工原料,制硝酸、氮肥等,作致冷剂。2、铵盐(1)物理性质:白色晶体,易溶于水;(2)化学性质:受热分解:NH4HCO3,NH3 H2OCO2(30以上可分解)NH4ClNH3 HCl;与碱反应:CaOH2 2NH4ClCaCl2 2NH3 2H2O,铵盐与碱溶液反应的离子方程式:NH4 OHNH3 H2O(该性质可用5/22于氨气的制取和铵根离子的
10、检验)。三、例题精析三、例题精析使用建议说明:此处内容主要用于教师课堂的精讲,每个题目结合试题本身、答案和解析部分,教师有的放矢的进行讲授或与学生互动练习。例题例题 1 1 只用一种试剂就能将NH4Cl、NH42SO4、NaCl、Na2SO4四种溶液区分开,这种试剂是()ANaOH溶液CBaOH2溶液【答案】【答案】C【解析】【解析】分析四种盐溶液,两种铵盐,可以用碱液区分,两种硫酸盐都可用Ba2区分,故选用BaOH2即可区分。例题例题 2 2 下列关系图中,A 是一种正盐,B 是气态氢化物,C 是单质,F 是强酸。当 X 无论是强酸还是强碱时都有如下转化关系(其他反应产物及反应所需条件均已略
11、去),当 X 是强碱时,过量的 B 跟Cl2反应除生成 C 外,另一产物是盐酸盐。XCL2O2O2H2OA B C D E F下列说法中不正确的是()A当 X 是强酸时,A、B、C、D、E、F 中均含同一种元素,F 可能是H2SO4B当 X 是强碱时,A、B、C、D、E、F 中均含同一种元素,F 是HNO3CB 和Cl2的反应是氧化还原反应D当 X 是强酸时,C 在常温下是气态单质【答案】【答案】D【解析】解析】A 是正盐,既可以与强酸反应又可以与强碱反应,并且生成产物B都是氢化物,A 必须是铵盐,B 如果是酸根离子形成的氢化物能与Cl2反应,说明其有还原性,有还原性的氢化物常见的是H2S,故
12、A 是NH42S,A 项,当X 是强酸时,B 就是H2S,那么 C 是 S,D 是SO2,E 是SO3,F 就是H2SO4,A 对;B 项,当X 是强碱时,B 就是NH3,C 就是N2,D 就是 NO,E 就是NO2、F 就是HNO3,故 B 对;C 项,不管 B 是H2S还是NH3,与氯气发生的都是氧化还原反应,C 对;D 项,当 X 是强酸时 C 是 S,是固态单质,D 错。例题例题 3 3 物质的量之比为2:5的锌与稀硝酸反应,若硝酸被还原的产物为N2O,反应结束后锌没有剩余,则该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量6/226/22BAgNO3溶液DBaCl2溶液之比是()A1:
13、4C2:3【答案】【答案】A【解析】【解析】设2 molZn参与反应,因 Zn 无剩余,则最终生成了2 molZnNO32,显然含有4 mol NO3,这部分是没有参与氧化还原反应的HNO3;HNO3 N2O过B1:5D2:52nZnnHNO34,程中N元素的化合价+5价+1价,根据得失电子守恒有:则nHNO31 mol,即有 1MOLHNO3被还原。例题例题 4 4 用如图装置制取、提纯并收集表中的 4 种气体(A、B、C 表示相应仪器中加入的试剂),其中可行的是()ABCD气体NO2A浓硝酸浓硫酸稀硫酸浓氨水B铜片铜片Na2CO3固体CNaOH溶液酸性KMNO4浓硫酸浓硫酸SO2CO2NH
14、3生石灰【答案】C【解析】由装置图可知,制取气体采用固体与液体常温下反应,且采用向上排空气法收集。C 为净化提纯装置。A 项不能用NaOH溶液作干燥剂,因为NaOH不仅与挥发出的HNO3反应,也与NO2发生反应;B 项 Cu 与浓硫酸只能在加热条件下才能发生反应,且SO2不能用酸性KMNO4干燥;D 项不能用浓硫酸干燥NH3,且收集NH3应用向下排空气法收集。例题例题 5 5 甲、乙两个研究性学习小组为测定氨分子中氮、氢原子个数比,设计如下实验流程:制取氮气装有足量干燥剂的干燥管装有氧化铜的硬质玻管装有足量浓硫酸的洗气瓶测定生成氮气的体积实验中,先用制得的氨气排尽洗气瓶前所有装置中的空气,再连
15、接洗气瓶和气体收集装置,立即加热氧化铜。反应完毕后,黑色的氧化铜转化为红色的铜7/227/22(2NH33CuO。下图 A、B、C 为甲、乙两小组制取氨气时N23Cu 3H2O)可能用到的装置,D 为盛有浓硫酸的洗气瓶。甲小组测得:反应前氧化铜的质量m1g、氧化铜反应后剩余固体的质量m2g、生成氮气在标准状况下的体积V1L。乙小组测得:洗气前装置 D 的质量m3g、洗气后装置 D 的质量m4g、生成氮气在标准状况下的体积V2L。请回答下列问题:(1)写出仪器 A 的名称:_。(2)甲、乙两小组选择了不同的方法制取氨气,请将实验装置的字母编号和制备原理填写在下表的空格中。实验装置实验药品制备原理
16、反应的化学方程式甲小组A氢氧化钙、硫酸铵为_氢氧化钠溶于氨水乙小组_浓氨水、氢氧化钠后放热,增加氢氧根浓度,加快氨气逸出(3)甲小组用所测得数据计算出氨分子中氮、氢的原子个数之比为_。(4)乙小组用所测得数据计算出氨分子中氮、氢的原子个数比明显小于理论值,其原因是_。【答案】(1)圆底烧瓶(2)NH42SO4 Ca(OH)2B(3)5V1:7m1m22NH3 2H2O CaSO48/22(4)浓硫酸吸收了未反应的氨气,从而使计算的氢的含量偏高【解析】(1)仪器 A 的名称为圆底烧瓶。(2)氢氧化钙与硫酸铵反应生成硫酸钙、氨气和水,反应的化学方程式为NH42SO4 Ca(OH)22NH3 2H2
17、O CaSO4;浓氨水是液体,氢氧化钠是固体,为使氨气逸出,把氨水滴入固体氢氧化钠中,随着氢氧化钠溶解放热,氨气挥发放出气体,故选B 装置。(3)反应前氧化铜的质量为m1g、氧化铜反应后转化成的铜的质量为m2g,则氧化铜中氧元素的质量为m1m2g,生成的水中氧元素的质量等于参加反应氧化铜中氧元素的质量,则生成的水中氧原子的个数m1m2NA;水中氢原子个数是氧原子个数的两倍,因此氢原子个数为16m1 m2生成的氮气在标准状况下的体积为V1L,则氮气中氮原子的个2NA,162V1数为;因此氮、氢原子个数比为NA22.4m1m2 2V1(4)乙小组用所测数据计算出氨分N:2N 5V1:7m1m2。A
18、22.416为子中氮、氢的原子个数比小于理论值,其原因是洗气瓶 D 中的浓硫酸不但吸收了反应生成的水,还吸收了未反应的氨气,从而使计算的氢的量偏高。四、课堂运用四、课堂运用使用建议说明:在对课堂知识讲解完,把握了重点突破了难点以及练习精讲了之后,再用练习马上进行课堂检测,根据学生情况建议分 3 个难度层次:易,中,难。基础1.氨水显弱碱性的主要原因是()A.通常状况下,氨的溶解度不大B.氨水中的NH3H2O少量电离C.溶于水的氨分子只有少量发生电离D.氨本身的碱性弱2.物质氧化性、还原性的强弱,不仅与物质的结构有关,还与物质的浓度和反应温度有关。下列各组物质在反应中的产物与物质的浓度有关的是(
19、)Cu 与HNO3溶液Cu 与FeCl3溶液Zn 与H2SO4溶液Fe 与 HCl 溶液A.9/229/22B.C.D.3.下列关于浓硝酸和浓硫酸的叙述中正确的是()常温下都可用铝制容器贮存露置在空气中,容器内酸液的质量都减轻常温下都能与铜较快反应露置在空气中,容器内酸液的浓度都降低A.C.【答案】1.B2.A3.D【解析】1、氨气极易溶于水,溶于水的氨气大部分与水结合成一水合氨(NH3H2O),和OH,因此氨水呈弱碱性。氨气本身不能电离,NH3H2O少部分电离成NH4也不显碱性。2、本题考查物质氧化性和还原性的影响因素。铜与浓硝酸反应生成NO2,与稀硝酸反应生成 NO,硝酸氧化性的强弱与浓度
20、有关;铜与氯化铁溶液反应,与浓度和温度无关,产物唯一;锌与硫酸反应:稀硫酸生成氢气,浓硫酸则生成二氧化硫,硫酸氧化性的强弱与其浓度有关;铁与盐酸反应只生成氯化亚铁和氢气。3、常温下,二者均能使铝钝化,正确;露置在空气中,浓硫酸吸水质量增加,错误;浓硫酸在常温下与铜没有明显的反应,错误;在空气中,浓硝酸挥发、浓硫酸吸水,二者浓度都降低,正确。巩固4、在下列反应中,HNO3既表现出氧化性,又表现出酸性的是()A.H2S 2HNO3B.CuO 2HNO3C.4HNO3S 2NO2 2H2OCuNO32 H2OB.D.4NO2 O2 2H2O10/2210/22D.3Cu8HNO3稀3CuNO322N
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