高中化学人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物学案

氮及其化合物

【学习目标】

1．知道氮气稳定的原因及用途；

2．了解常见氮的氧化物的性质及对环境的影响

3．会用硝酸的氧化性解释硝酸与金属.非金属及其它具有还原性物质反应的特点.

4．了解氨气.铵盐的性质，掌握氨气的实验室制法和铵根的检验.

5．初步了解常见化肥的基本性质

【学习重点】

1．用好氧化还原理论，从价态的角度建立氮及其化合物之间的转化关系图

2．用好离子反应理论和分类法，理解氮及其化合物反应规律，记住并熟练书写重要的化学反应方程式和离子反应。

【学习难点】

1.搭建数学思维模型，体验并掌握“守恒”关系是解决化学问题的重要工具。

2．设计性质实验将化学性质和制备物质，验证性质的内在知识联系起来，激发学习兴趣，结合化工生产与应用让化学回归真实，同时提高实验的设计和答题能力

【学习过程】

【活动1】：建立氮及其化合物相互转化的网络并写出反应的方程式和反应原理。

【基础再现】

一、氮气的性质

（1）与反应：（放热反应，工业合成氨原理）

（2）与反应：

（3）工业制法：工业上从液态空气中，利用液态氮的沸点比液态氧的沸点低加以分离而制得氮气。

（4）氮的固定：将游离态的氮转变为化合态的氮的方法。

【问题】氮元素是活泼的非金属元素，但通常状况下，氮气的化学性质不活泼，很难与其他物质发生化学反应，在高温、高压、放电等一定条件下才能反应，为什么？

二、氮的氧化物

氮元素有、、、、等五种正价，对应六种氧化物：、、、、、其中和分别是和的酸酐，它们都是大气污染物，空气中的是造成光化学烟雾的主要因素。

【思考与交流1】用问题串的形式激发学习热情，提高思维品质

三、氨和铵盐

（一）氨气性质：

1．氨气是无色，有刺激性气味的气体，密度比空气小，极易溶于水，常温常压下，1体积水中溶解700体积氨气。

2．是一种碱性气体

问题1：作为碱性气体氨气应该具有什么性质，请思考并用方程式表示问题

问题2：请描述一下氨水的成分和理由：

问题3：氨水是一种弱碱，能发生什么反应呢？

（1）与水反应 

（2）与酸反应  与挥发性酸（如浓盐酸、硝酸）的反应：，现象：产生白烟

与硫酸反应：

蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象为__________，将浓盐酸改为________，也会出现相同的现象。

（3）与等酸性氧化物反应：

（4）与盐反应

向溶液中滴加氨水反应的离子方程式为：

问题4：从氨水中获得氨气，有哪些办法？什么原理？

问题5：如何检验和干燥？

氨气是唯一能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，常用此性质检验氨气。氨气是碱性气体，不能用浓硫酸干燥，也不能用无水干燥，可用碱性干燥剂碱石灰干燥。

问题6：从化合价判断有还原性吗？

3．的还原性

中的N呈价，所以具有还原性，能被、、、等物质氧化。

写方程式：①（工业制硝酸的基础）

②

③

（二）铵盐及NH4+的检验

问题7：能不能用直接加热铵盐制取氨气？

如：硝酸铵、碳酸氢铵、氯化铵。因为加热过程中可能发生爆炸而有危险；受热极易分解产生，使生成的中混有较多的杂质；受热分解生成的和遇冷后立即化合又生成。

【思考与交流2】原理，装置，操作。文字表述

【实验1】．的检验

未知液呈碱性湿润____色石蕊试纸变____色，则证明含。

【实验2】．喷泉实验

1．形成喷泉的原理

形成喷泉最根本的原因是瓶内外存在压强差。当烧瓶内气体溶于液体或与之反应时，瓶内气体大量减少，压强降低，外界的大气压将液体压入烧瓶内，如此持续，最后液体将充满烧瓶。

2．常见喷泉的形成主要有以下两类：

（1）极易溶于水的气体（、、等）与水可形成喷泉。

（2）酸性气体（、、、、等）与（aq）也能形成喷泉。

【提升】某学生积极思考产生喷泉的其他办法，并设计了如图乙所示的装置。①在图乙的锥形瓶中，分别加入足量的下列物质，反应后可能产生喷泉的是（    ）

A．Cu与稀盐酸       B．与溶液

C．与稀硫酸       D．与稀盐酸

这种方法产生喷泉的原理是_________________________________________。

②在图乙锥形瓶外放一水槽，瓶中加入酒精，水槽中加入水后，再加入足量的下列物质，结果也产生喷泉。水槽中加入的物质可以是（    ）

A．浓硫酸   B．食盐    C．硝酸钾   D．硫酸铜

这种方法产生喷泉的原理是_________________________________________。

③比较图甲和图乙两套装置，从产生喷泉的原理来分析，图甲________上部烧瓶内气体压强；图乙________下部锥形瓶内气体压强。（填“增大”或“减小”）城市中常见的人造喷泉及火山爆发的原理与上述______（填“图甲”或“图乙”）装置的原理相似。

【实验3】．氨气的实验室制法

1．加热固态铵盐和碱的混合物

一般加热和的混合物：

。

（1）装置：“固体＋固体气体”（与用或制的装置相同）。

（2）收集：只能用向下排空气法。

（3）干燥：用碱石灰（和固体的混合物）。

（4）验满方法：①用湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝色；②将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，有白烟产生。

（5）尾气处理：一般在管口塞一团用水或稀浸湿的棉花球，可避免污染空气。

【即时巩固】

1．判断下列说法是否正确，不正确的说明理由。

①氨气溶于水能导电，所以氨气是电解质。

②实验室用浓氨水与固体制取氨气。

③氨和酸反应生成铵盐，与挥发性酸相遇时能形成白烟。

④某晶体与共热放出一种使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，该晶体中含有。

⑤氨水中含氮微粒中最多的微粒是。

⑥把通入稀中，当溶液的pH等于7时，溶液中和等物质的量反应。

2.在标准状况下，用以下气体做喷泉实验，请根据情况，填写烧瓶中溶液的物质的量浓度（假设烧瓶中溶质不能扩散出来）。

（1）用氯化氢气体做喷泉实验，喷泉结束后，水充满烧瓶，则溶液的物质的量浓度为________。

（2）用做喷泉时，喷泉结束后，水充满烧瓶，则溶液的物质的量浓度为________。

（3）用气体做喷泉实验，喷泉结束后，水充至烧瓶的处，则溶液的物质的量浓度为________。

（4）用和按体积比混合，喷泉结束后，水充满烧瓶，则溶液的物质的量浓度为________。

3．按要求写出下列反应的离子方程式：

（1）在溶液中加入溶液，并加热。

（2）在溶液中滴加溶液。

（3）在浓溶液中加浓。

（4）溶液呈酸性的原因。

（5）在饱和溶液中滴加，产生刺激性气味的气体和白色沉淀。

4．某氮肥厂氨氮废水中的氮元素多以和的形式存在，该废水的处理流程如下：

（1）过程Ⅰ：加溶液，调节pH至9后，升温至，通空气将氨赶出并回收。

①用离子方程式表示加溶液的作用：____________________________。

②用化学平衡原理解释通空气的目的：________________________________。

5．有甲、乙两位同学想利用下列装置及化学试剂，对实验室制取并收集氨气的实验进行改进。

四、硝酸

（一）硝酸的性质和应用：

【思考】

1．发现盛放浓硝酸的试剂瓶中硝酸显黄色，如何处理？

2．铝和铁在浓硝酸中“钝化”是化学变化吗？

3．在下列反应中，硝酸既表现氧化性又表现酸性的是（    ）

A．和       B．与

C．和        D．CH3与

【活动1】归纳硝酸与金属、非金属反应的一般规律

1．硝酸与金属反应的一般规律

（1）金属与反应一般不生成，浓一般被还原为，稀一般被还原为。

（2）足量金属与一定量浓硝酸反应时，随着硝酸浓度的降低，产物也发生改变。

（3）金属与反应的一般通式为

①金属＋浓硝酸→金属硝酸盐

反应中，表现氧化性（被还原）的占；表现酸性生成硝酸盐的占。

②金属＋稀硝酸→金属硝酸盐

反应中，表现氧化性（被还原）的占；表现酸性生成硝酸盐的占。

2．硝酸与非金属反应的规律

（1）浓硝酸能与碳、硫、磷等非金属单质反应，一般生成最高价含氧酸或最高价氧化物、二氧化氮和水。

（2）与非金属反应，表现强氧化性，不表现酸性。

【反馈落实】

高考题组一 有关氮的氧化物及硝酸所参与的离子反应

1．判断下列说法是否正确，正确的划“√”，错误的划“×”

（1与水的反应：。（    ）

（2）用稀溶液吸收：（    ）

（3）铁与稀反应（    ）

（4）溶于稀：（    ）

（5）在的溶液中，、、、可以大量共存（    ）

高考题组二 氮的氧化物

2．判断下列说法是否正确，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）CO、、都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在（    ）

（2）可用于某些疾病的治疗（    ）

3．将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（体积均在相同条件下测定），则该氮氧化合物的化学式为（    ）

A．   B．   C．   D．

4．研究、、等大气污染气体的处理具有重要意义。

可用水吸收，相应的化学反应方程式为___________________________。

利用反应也可处理。当转移电子时，消耗的在标准状况下是________L。

高考题组三 硝酸

5．判断下列说法是否正确，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解；再加入固体，铜粉仍不溶解（    ）

（2）、可实现间的转化（    ）

（3）下图：微热稀片刻，溶液中有气泡产生，广口瓶内始终保持无色（    ）

【创设情景】【例1】在浓硝酸中放入铜片：

（1）开始反应的化学方程式为_______________________________________，

实验现象为_______________________________________________________。

（2）若铜有剩余，则反应将要结束时的化学方程式为______________________________。

（3）待反应停止后，再加入少量25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，原因是_______。

（4）若将铜与一定量的浓硝酸反应，铜消耗完时，得、混合气体（标准状况下）。则所消耗硝酸的物质的量是________。

【活动1】金属与硝酸反应的应用

1．建立思维模型

2．讨论确定守恒关系

⑴电子守恒：金属失电子数=生成气体时得电子数

⑵物料守恒：消耗的量==盐中的量（表现酸性的）+气体中N原子（被还原的）的量

⑶电荷守恒：过量时反应后溶液中（不考虑）则有：

（代表金属离子）。

2、金属与反应时，有关、pH、金属与、混合液的计算，常用离子方程式进行分析。

【即时巩固】【例2】、将铜与一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解产生的和混合气体在标准状况下的体积为。请回答：

（1）的体积为______L，的体积为______L。

（2）原硝酸溶液的浓度为________。

【例3】某溶液，其中含硫酸，硝酸，若在该溶液中投入铜粉微热，反应后放出气体约为（     ）

A．        B．

C．        D．无法计算

【活动2】 硝酸氧化性的实验探究

金属与的反应一直是高考的热点，主要考查方式有现象的描述、装置的选择、实验的设计是否符合环保、化学计算等。

【典例4】某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱的，按下图装置进行试验（夹持仪器已略去）。实验表明浓硝酸能将氧化成，而稀硝酸不能氧化。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、稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳

已知：氢氧化钠溶液不与反应，能与反应

（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时检验装置的气密性，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）该小组得出的结论所依据的实验现象是________

（6）试验结束后，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。同学们分别涉及了一下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映产生的气体，观察颜色变化

【归纳总结】1．实验考题主要涉及两大类问题：制备实验和性质实验。

（1）制备一些较“娇气”的物质时，有一些特殊的注意事项，如：制备或是之前都要先赶走氧气。

（2）性质实验

①探索性实验方案的设计，程序为物质→实验事实→科学抽象→结论

②验证性质实验方案设计，程序为物质→性质推测→实验验证→结论

2．读懂实验目的，分清装置的作用是解好实验题的秘诀

3．解决综合实验题的基本思路是：明确实验目的→将大装置按实验步骤拆分→明确每一个小装置的作用。对于有气体参与的实验，其实验装置的组装有一定的规律，一般为→→→。

五、酸雨及防治

氮元素有、、、、等五种正价，对应六种氧化物：、、、、、其中和分别是和的酸酐，它们都是大气污染物，空气中的是造成光化学烟雾的主要因素。

与人体、环境的关系：

：①与血红蛋白结合，使人中毒（与相同）

②转化为形成酸雨、光化学烟雾

：①直接危害人体健康，引起呼吸道疾病，严重时会使人死亡。

②形成酸雨、光化学烟雾