高中化学必修1非金属及其化合物（4.1）教学设计

高中化学必修 1 非金属及其化合物（4.1）教学设计 授课人：董 xx ①掌握氮族元素的结构特点以及物理性质和化学性质。 教学目标： ②掌握氮和氮的化合物的化学性质及制法和用途。 ③了解磷及其化合物的性质和用途。 教学重点： 氮气、氨气、硝酸的化学性质 教学难点： 氮的氧化物及硝酸的有关计算 教学方法： 分析引导法，讲练结合 教学过程： 基础知识精析 一、氮族元素 1、包含元素：氮（N）、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、铋（Bi） 2、周期表中位置：ⅤA 族，第二～六周期 3、原子结构的特征：最外层均为 5 个电子，电子层数依次增多，原子半径 依次增大，得电子能力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强。 4、物理性质：密度逐渐增大，熔点先升后降。 5、化学性质： （1）相似性： ①化合价：+5，-3 ②最高价氧化物：R2O5、HRO3、H3RO4；氢化物：RH3 （2）递变性：氮族元素的非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强；氢化物的 稳定性逐渐减弱，最高阶含氧酸的酸性逐渐减弱。 二、氮的单质及氧化物 1．氮气： （1）分子结构：N≡N（2）物理性质： ① 无色、无味气体；密度比空气略小，－195.8℃(沸点)变成无色液体，－ 209.86℃(熔点)变成雪花状固体。 ② 溶解性：难溶于水。1∶0.024 (Cl2：1∶2.0； 20℃时，O2：0.03 ) (3) 氮气的化学性质： 通常情况下，氮气化学性质很不活泼。氮原子有很高的化学活泼性，但氮 气结构稳定，化学性质稳定。 因为氮分子中叁键键能很大。甚至在高达 3000℃ 时，还不能觉察到它的解离作用。因此，氮分子是已知双原子单质分子中最稳定 的。 特殊条件下，氮气可以发生以下化学反应： ①与氢气的反应(工业制氨)： ② 与氧气反应： N2 ＋O2 2NO ③ 跟某些金属反应： 高温下，氮气能跟 Mg、Ca、Sr、Ba(ⅡA 族)及 Al 等反应生成金属氮化物。 3Mg＋N2 Mg3N2 (淡黄色) 镁在空气中燃烧，除生成 MgO 外，也生成少量 Mg3N2。 3Ca＋N2 Ca3N2 3Al＋N2 Al3N2 注意：金属氮化物是离子化合物，但不是盐。因为金属氮化物与水反应会生成 氢氧化物和氨气，而不是碱和酸。如：Mg3N2 ＋6H2O == 3Mg(OH)2＋2NH3 小结：氮气是常温稳定，高温活泼。跟氢、金属(具有还原性)反应时显－3 价， 作氧化剂；跟氧气(具有氧化性)反应时显＋2 价，作还原剂。 (4) 氮气的制法： ①工业制法：液化空气：先液化，后蒸发，为的是除去 Ar。燃氧法：水煤气。 ② 实验室制法： A、实验室可用加热饱和 NH4Cl 溶液和固体 NaNO2 混合物制备。NH4Cl＋NaNO2 ＝ NaCl＋NH4NO2 NH4NO2 N2↑＋2H2O B、2NH3＋3CuO N2↑＋3H3O＋3Cu，因此，要除去氨气中混有的氧气用加 热的铜粉就不好。 (5) 氮气的用途： ① 合成氨的原料；氮是庄稼的“三大要素”，氮的固定有天然固氮和人工 固氮。 ② 化工原料； ③ 作保护气，充填灯泡，(N2 或 N2＋Ar) 保存粮食、水果。(利用惰性) （6）氮的固定： ①定义：将游离态的氮转化为化合态的氮的过程叫做氮的固定。 ②分类：天然固氮和人工固氮。 2．氮的氧化物： 氧化物种类：N2O( g ) 无色、NO( g ) 无色、N2O3( g ) 暗蓝色亚硝酐、NO2( g ) 红棕色、N2O4( g ) 无色、 N2O5 ( s ) 白色硝酐。 (1) 一氧化氮：NO ①物理性质：无色气体；难溶于水；比空气重（ρ = 1.34 g / L）。 ②化学性质： 不成盐氧化物；易氧化：2NO＋O2 ＝ 2NO2 。 ③实验室制法：3Cu＋8HNO3(稀) ＝ 3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O (2) 二氧化氮：NO2 ① 物理性质：红棕色、有剌激性气味气体，有毒；比空气重。 ② 化学性质： 易溶于水，3NO2＋H2O ＝ 2HNO3＋NO↑。所以，NO2 不是 HNO3 的酸酐，HNO3 的酸酐是 N2O5。NO2 冷却，颜色变浅，生成 N2O4。 2NO2 （棕色） N2O4（无色） N2O4 2NO2 2NO＋O2无色 棕色 无色 NO2 有很强的氧化能力，S、P、C 等物质都可以在 NO2 中燃烧。 NO 和 NO2 的混合物可看作亚硝酐 N2O3， NO＋NO2 ＝ N2O3 ∆H＝− 41.8 kJ NO＋NO2 ＋H2O ＝ 2HNO2(亚硝酸不稳定，仅存在于水溶液中，弱酸，比醋 酸略强，氧化性强于还原性。) 注意：NO2 和 N2O4 的相互转化反应是高考的热点内容，特别是有关化学平 衡和气体相对分子质量的问题。 ③二氧化氮的制法： 工业制法：2NO＋O2 ＝ 2NO2 实验室制法：Cu＋4HNO3(浓) ＝ Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 深度思考 1．根据氮在元素周期表中的位置可知氮元素是一种活泼的非金属，为什么 氮气很稳定？ 答案：氮气的性质不仅与原子结构有关，还与氮分子的构成有关；氮气分 子中的 N≡N 键，键能很大，分子结构稳定，故氮气很稳定。 2．俗话说“雷雨发庄稼”，这说明雷雨中含有能被植物吸收利用的化合态 的氮，请同学们写出三个有关的化学方程式： ①_______________________________________________________； ②_______________________________________________________； ③_______________________________________________________。 答案：①N2＋O22NO；②2NO＋O2=2NO2；③3NO2＋H2O=2HNO3＋NO 3．如何鉴别 NO2 与溴蒸气？ 答案　由于 NO2 和 Br2 在性质上有不少相似性：①均具有氧化性；②溶于水 均有酸生成；③均可与碱反应；④均为红棕色等。所以不能用淀粉KI 试纸、pH 试纸、NaOH 溶液来鉴别，但二者性质又有差别，可以用下列方法鉴别：①AgNO3 溶液；②CCl4 溶液；③用水洗法。 题组一　NO、NO2 的性质及对环境的影响 1．下列说法正确的是 (　　) A．CO、NO、NO2 都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在 B．NO 可用于某些疾病的治疗 C．NO2 通入 FeSO4 溶液中始终无明显现象 D．汽车尾气的主要污染成分包括 NO、CO 和 N2 答案　B 解析　NO 易被氧化为 NO2，N2 不是污染物，NO2 通入溶液中生成 HNO3，能把 Fe2＋氧化成 Fe3＋，溶液由浅绿色变成棕黄色。2．汽车排放的尾气中含有 NO2，NO2 是城市大气污染的主要污染物之一，在日光照射下，NO2 发生一系列光化学烟雾的循环反应，从而不断产生 O3，加重空气污染。反应过程为①2NO2―→ 2NO＋2O，②2NO＋O2―→2NO2，③O＋O2―→O3。下列对该反应过程及产物叙述正确的是 (　　) A．NO2 起催化剂作用 B．NO 起催化剂作用 C．NO2 只起氧化剂作用 D．O3 与 O2 为同分异构体 答案　A 解析　反应过程①＋②得 O2―→2O，③O＋O2―→O3，NO2 起催化剂作用，反应过程中 NO2 作氧化剂，A 项正确， B、C 项错误；O3 与 O2 的相对分子质量不相同，不是同分异构体，属同素异形体，D 项错误。 3．N2O 俗称“笑气”，曾用作可吸入性麻醉剂。以下反应能产生 N2O：3CO＋2NO23CO2＋ N2O。下列关于 N2O 的说法正确的是 (　　) A．上述反应中每生成 1 mol N2O，消耗 1.5 mol CO B．等物质的量的 N2O 和 CO2 含有相等的电子数 C．N2O 只具有氧化性，无还原性 D．N2O 会迅速与人体血红蛋白结合，使人中毒 答案　B 解析　由方程式知，生成 1 mol N2O 时消耗 3 mol CO，A 错误；1 mol N2O 与 1 mol CO2 都含有 22 mol 电子，B 正确；N2O 中氮元素为＋1 价，是氮元素的中间价态，所以 N2O 既具有氧化性又具有还原性，C 错误。 题组二　有关氮的氧化物计算类试题 4．如图所示，试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物)，当倒扣在盛有水的水槽中时， 试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水柱继续上 升，经过多次重复后，试管内完全被水充满，原来试管中盛装的气体是 (　　) A．可能是 N2 与 NO2 的混合气体 B．只能是 O2 与 NO2 的混合气体 C．可能是 NO 与 NO2 的混合气体 D．只能是 NO2 一种气体 答案：C 解析：解答本题要注意以下两点：(1)明确氮气不溶于水，且常温下不与其他 物质发生化学反应；(2)NO2 可与水反应生成不溶于水的 NO，NO2 和 NO 与氧气 按适当的比例被水完全吸收。 5．将容积为 50 mL 的量筒充满二氧化氮和氧气的混合气体，将量筒倒置在 盛满水的水槽里，一段时间后，量筒里剩余气体体积为 5 mL。则原混合气体中 NO2 和 O2 体积比可能是__________或________。 答案：18∶7　43∶7 解析：NO 或NO2与O2混合气体与水的反应计算关系式可由下列化学方程式推导出来。 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 设剩余的5 mL 气体为O2，则参加反应③的NO2和O2的总体积为50 mL－5 mL＝45 mL 则原混合气体里，NO2 的体积为 45 mL×4/5＝36 mL O2 的体积为 50 mL－36 mL＝14 mL 即 NO2 与 O2 的体积比为 36∶14＝18∶7。 设剩余的 5 mL 气体为 NO，由②式得过量的 NO2 体积为 15 mL，则发生反 应③的 NO2 和 O2 的总体积为 50 mL－15 mL＝35 mL 则原混合气体里，O2的体积为35 mL×1/5＝7 mL，NO2的体积为50 mL－7 mL＝43 mL 即 NO2 与 O2 的体积比为 43∶7。 三、氨和铵盐1．氨：NH3 （1）氨分子的结构：N－H 键是极性键；NH3 呈三角锥形，键角：107°18′， 键长：1.02×10－10 m。 （2）氨气的物理性质 无色、剌激性气味的气体；密度比空气小；易液化，故可作制冷剂；易溶 于水。氨水是混合物；氨水浓度越大，密度越小。 注意：a. 易液化的气体有：CO2、Cl2、SO2、NH3。 b. 装液态气体的钢瓶颜色：Cl2 绿色；O2 蓝色；NH3 黄色；N2 黑色； CO2 黑色。 （3）氨气的化学性质 ① 跟水反应： NH3＋H2O NH3·H 2O ＋OH－ NH3·H 2O NH3↑＋H2O 故实验室也可以用浓氨水加热制氨气。 注意：① 氨易溶于水，② 氨水呈弱碱性，③ 氨水中，有 H 2O、NH 3 、 NH3·H 2O、、OH－、(H+)，主要成分是 NH3·H 2O，故氨水应写为 NH3·H 2O，而不 能写成 NH3 或 NH4OH；但氨水中溶质为 NH3，而非 NH3·H 2O，正如 CuSO4·5H 2O 溶于水后溶质为 CuSO4 一样。 ② 跟酸反应 NH3＋HCl＝NH4Cl；NH3＋HNO3＝NH4NO3；2NH3＋H2SO4＝(NH4)2SO4 注意：浓氨水与浓盐酸或浓硝酸靠近会冒烟。 NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3 或 2NH3＋CO2＋H2O===(NH4)2CO3 ③ 跟氧气反应(催化氧化)： 4NH3＋5O2 催化剂△4NO＋6H2O氨的催化氧化实验的现象是：催化剂发红，锥形瓶内气体颜色变红，石蕊试 液变红。 实验结论： 生成 NO2，若是白烟，则生成 NH4NO3；放热。 氨气在空气中不能燃烧，在纯氧中燃烧为黄色火焰，生成 N2。 4NH3＋3O2 (纯) N2＋6H2O ④与盐溶液反应 与 FeCl3 溶液反应：Fe3＋＋3NH3·H 2O===Fe(OH)3↓＋3NH 与 AlCl3 溶液反应：Al3＋＋3NH3·H 2O===Al(OH)3↓＋3NH (3) 氨气的实验室制法： ①制取： a.铵盐与强碱反应：碱一般用 Ca(OH)2，不用 NaOH，因为后者易潮解成本高。 Ca(OH)2＋2NH4Cl CaCl2＋2H2O＋2NH3↑(不能写离子方程式) 实验中注意：①反应物混合均匀，②管底比管口稍高，③向下排空气法，瓶 口塞棉花防空气中水蒸汽的进入。 b.浓氨水加热法：NH3·H2ONH3↑＋H2O ②检验氨气：润湿的红色石蕊试纸；浓盐酸。 ③干燥氨气：用碱石灰，不能用浓硫酸、CaCl2(因为生成 CaCl2·8NH 3) ④收集：向上排空气法 （4）氨气的用途：① 致冷剂，② 化工产品。 2．铵盐： (1)物理性质：晶体，能溶于水。 （2）化学性质： ①铵盐受热分解 NH4Cl NH3↑＋HCl↑ NH3＋HCl ＝ NH4Cl NH4HCO3 NH3↑＋H2O↑＋CO2↑ 铵盐受热时，一般放出氨气。但硫酸铵、磷酸铵稳定，硝酸铵分解情况复杂。 ②铵盐跟碱反应 (NH4)2SO4＋2NaOH Na2SO4＋H2O↑＋2NH3↑ （3）铵盐的用途： ① 作氮肥，② 硝铵炸药，③ NH4Cl 用于印染、干电池、金属焊接。 （4）检验 ： 未知液呈碱性湿润的红色石蕊试纸变蓝色，则证明含 NH。 ＋OH－ NH3↑＋H2O↑ 题组一　氨及铵盐的性质 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 NaOH 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 NaOH 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 NH。 ⑤氨水中含氮微粒中最多的微粒是 NH。 ⑥把 NH3 通入稀 HNO3 中，当溶液的 pH 等于 7 时，溶液中 NH3 和 HNO3 等物 质的量反应。 ⑦液氨作为清洁能源的反应原理是 4NH3＋5O2 催化剂△4NO＋6H2O。 ⑧氨水中物质的量浓度最大的粒子是 NH3·H 2O(除水)。 ⑨在 1 mol·L－1 氨水中，NH3·H 2O、NH、NH3 的物质的量浓度之和为 1 mol·L －1。 答 案 　 ② ③ ④ ⑧ ⑨正确。 ①不正确， NH 3 本身不导电，溶于水，与水发生反应 NH3 ＋ H2O=NH3·H2O=NH＋OH－而导电，故 NH3 不是电解质；⑤不正确，氨水中存在大量的 NH3·H2O 和少 量的 NH；⑥不正确，NH3 和 HNO3 等物质的量反应时，得到 NH4NO3 溶液，NH 水解使溶液显酸 性，pH