人教版 (2019)必修 第二册氮及其化合物导学案及答案

这是一份人教版 (2019)必修 第二册氮及其化合物导学案及答案，共5页。学案主要包含了学习目标，学习活动，参考答案，方法小结，学习总结等内容，欢迎下载使用。
第7课时 NOx溶于水及金属与硝酸反应的相关计算
【学习目标】
1.理解关于NOx溶于水的计算方法，能应用到实际试题计算中。
2.理解金属与硝酸反应常用的计算方法，并能应用到实际试题计算中。
【学习活动】
学习任务
方法与路径
目标一：理解关于NOx溶于水的计算方法，能应用到实际试题计算中
任务：（1）要使充满NO2和O2混合气体的试管倒扣水槽中，让水充满试管，必须按什么样的体积比混合？
【参考答案】由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO和2NO＋O2===2NO2得4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，即当NO2和O2的体积比为4∶1时可完全溶于水。
（2）将10 mL充满NO2和O2的混合气体的试管，倒置在水槽中，反应停止后试管内剩余2 mL的无色气体，则原混合气体中O2为多少毫升？
【参考答案】
分两种情况讨论：①NO2过量，剩余的是NO；②O2过量，剩余的是O2
①若剩余的是NO，由反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，得NO2体积为2 mL×3＝6 mL。则原有O2体积为(10 mL－6 mL)×eq \f(1,4＋1)＝0.8 mL。
②若剩余的是O2，则有10 mL－2 mL＝8 mL NO2和O2的混合气体按反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3进行。所以NO2的体积为8 mL×eq \f(4,4＋1)＝6.4 mL，O2体积为10 mL－6.4 mL＝3.6 mL。
【方法小结】NOx溶于水的计算
（1）原理
解答氮的氧化物溶于水的计算问题首先明确原理，无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，2NO＋O2===2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不能是NO2。
（2）方法——加合式法
①NO2和O2混合气体溶于水的计算
由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知：
V(NO2)∶V(O2)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(4∶1 NO2过量，剩余气体为NO))
②NO与O2同时通入水中
2NO＋O2===2NO2.3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
总的化学方程式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
可知：
V(NO)∶V(O2)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(4∶3 剩余NO))
③NO2、NO、O2三种混合气体通入水中：
a．可先将NO和O2转化为NO2，再按上述各种情况分别处理。
b．也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3情况处理。
针对训练1：将盛有1 ml NO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中，再通入0.4 ml O2，充分反应后，整个试管充满水。
（1）则原混合气体中NO与NO2体积比为多少？ 3∶7 。
（2）1 ml NO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中剩余气体0.4 ml，则NO与NO2体积比为多少？ 1∶9 。
（3）1 ml NO和NO2混合气体中两者体积之比为1∶1，试管倒立于盛满水的水槽中，为使整个试管充满水，需通入多少O2？ 0.5 ml 。
【解析】（1）设1 ml NO和NO2的混合气体中有a ml NO和(1－a)ml NO2，根据4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3和4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可得：eq \f(3,4)a＋eq \f(1－a,4)＝0.4，所以a＝0.3，V(NO)∶V(NO2)＝3∶7。
（2）设n(NO2)＝a ml
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 气体减少
3 ml 1 ml 2 ml
a ml (1－0.4)ml
a＝0.9
故NO与NO2体积比为1∶9。
（3）通入的氧气的物质的量为eq \f(3,4)×0.5 ml＋eq \f(0.5,4) ml＝0.5 ml。
针对训练2：如图所示，当向试管内通入21 mL O2时，最后试管中的液面仍在原来的位置，则原试管中NO体积为( B )
A．6 mL B．12 mL C．16 mL D．18 mL
【解析】据题意可推知反应后试管内气体为O2，且其体积与原NO体积相同。因发生反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，设原试管中NO为x mL，则反应后试管中剩余O2也有x mL，根据反应方程式有4∶3＝x∶(21－x)，解得x＝12。
围绕目标一：
任务由学生认真分析实例并独立思考，完成后面问题。结合方法小结，完成后续针对训练，完成后通过平台拍照提交展示，老师讲解。
目标二：理解金属与硝酸反应常用的计算方法，并能应用到实际试题计算中
任务：（1）铜与足量稀硝酸反应时，表现酸性的HNO3与作氧化剂的HNO3物质的量之比是多少？
【解析】Cu与稀硝酸反应：3Cu＋8HNO3===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。当有8 ml HNO3参加反应时，有2 ml HNO3表现氧化性，6 ml HNO3表现酸性，故表现酸性的HNO3与作氧化剂的HNO3物质的量之比为3∶1。
（2）m g Cu与足量的一定浓度的硝酸充分反应，生成V L NO、NO2混合气体（标准状况下），则参加反应的HNO3的物质的量是多少？
【解析】被还原的硝酸无论生成NO还是NO2，均有氮原子被还原，NO和NO2的总物质的量与被还原HNO3的物质的量相等；未被还原（起酸性作用）的硝酸等于Cu(NO3)2物质的量的2倍，故参加反应的硝酸的物质的量为（eq \f(V,22.4)＋eq \f(m,32)）ml。
【方法小结】金属与硝酸反应常用的计算方法
（1）原子守恒法：HNO3与金属反应时，反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量等于显酸性的HNO3（以硝酸盐的NO3-形式存在于溶液中）的物质的量与显氧化性的HNO3（以NOx的形式存在）的物质的量之和。
（2）电子守恒法：HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量。
（3）电荷守恒：HNO3过量时反应后溶液中（不考虑OH－）有：c（NO3-）＝c（H＋）＋n×c（Mn＋）（Mn＋代表金属离子）。
针对训练1：在标准状况下将1.92 g铜粉投入一定量浓硝酸中，随着铜粉的溶解，反应生成的气体颜色逐渐变浅，当铜粉完全溶解后共收集到由NO2和NO组成的混合气体1.12 L，则
（1）混合气体中NO的体积为 112 mL；
（2）上题参加反应的硝酸的物质的量是 0.11 ml；
（3）上题反应中起酸性作用与作氧化剂的硝酸的物质的量之比是 6∶5 。
【解析】（1）混合气体的总物质的量为1.12 L÷22.4 L·ml－1＝0.05 ml，1.92 g铜粉的物质的量为0.03 ml。设NO的物质的量为n1 ml，则NO2的物质的量为(0.05－n1)ml，根据得失电子守恒得3n1＋(0.05－n1)×1＝0.03×2，解得n1＝0.005，V(NO)＝0.005 ml×22.4 L·ml－1＝0.112 L＝112 mL。
（2）由氮原子守恒知参加反应的硝酸的物质的量n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NOx)＝2n(Cu)＋n(NOx)＝0.03 ml×2＋0.05 ml＝0.11 ml。
（3）起酸性作用与作氧化剂的硝酸的物质的量之比＝2n[Cu(NO3)2]∶n(NOx)＝(0.03×2)ml∶0.05 ml＝6∶5。
针对训练2：9.7 g Cu和Zn的合金与足量的稀硝酸反应，还原产物只有NO气体，其体积在标准状况下为2.24 L。将溶液稀释为1 L，测得溶液的c(H＋)＝0.1 ml·L－1，此时溶液中NO3-的浓度为（ B ）
A．0.3ml/L B．0.4ml/L C．0.2ml/L D．0.6ml/L
【解析】n(NO)＝eq \f(22.4 L,22.4 L/ml)＝0.1 ml，转移电子的物质的量＝0.1 ml×(5－2)＝0.3 ml；Cu、Zn分别与稀硝酸反应中生成＋2价阳离子，则每个金属原子生成金属阳离子间失去2个电子，根据金属和电子转移关系式得：n(Cu)＋n(Zn)＝eq \f(1,2)n(e－)＝eq \f(1,2)×0.3 ml＝0.15 ml，溶液中根据电荷守恒得：c(NO3-)＝c(H＋)＋2c(Cu2＋)＋2c(Zn2＋)＝0.1 ml·L－1＋2×0.15 ml＝0.4 ml·L－1，故选B。
针对训练3：在某100 mL混合酸中，HNO3物质的量浓度为0.4 ml·L－1，H2SO4物质的量浓度为0.2 ml·L－1。向其中加入1.92 g铜粉微热，待充分反应后，溶液中Cu2＋物质的量浓度约为（ B ）
A．0.15 ml/L B．0.3 ml/L C．0.225 ml/L D．无法计算
【解析】溶液中n(H＋)＝0.1 L×0.4 ml·L－1＋0.1 L×0.2 ml·L－1×2＝0.08 ml，n(NO3-)＝0.1 L×0.4 ml·L－1＝0.04 ml，n(Cu)＝eq \f(1.92 g,64 g·ml－1)＝0.03 ml，根据反应的离子方程式3Cu＋8H＋＋2NO3-===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O可知此时氢离子与Cu恰好完全反应，NO3-过量。故充分反应后，溶液中c(Cu2＋)约为eq \f(0.03 ml,0.1 L)＝0.3 ml·L－1。
围绕目标二：
任务由学生认真分析实例并独立思考，完成后面问题。结合方法小结，完成后续针对训练，完成后通过平台拍照提交展示，老师讲解。
【学习总结】
回顾本课所学，画出思维导图
让学生独立自主的绘制本课时的思维导图之后教师再展示思维导图给学生做对比，根据课堂时间情况可课堂完成或课后完成上交老师批阅。