高二化学第一节氮和磷（1）人教版知识精讲

高二化学高二化学第一节第一节 氮和磷（氮和磷（1 1）人教版人教版 【同步教育信息同步教育信息】 一. 本周教学内容 第一节 氮和磷（1） 二. 教学目标 1. 使学生了解氮族元素性质的相似性和递变规律。 2. 使学生掌握氮气的化学性质。 3. 使学生了解磷的性质。 4. 通过氮族元素性质的相似性和递变规律使学生掌握运用元素周期律和原子结构理论知 识指导元素化合物知识学习的方法。 三. 教学重点 1. 氮族元素性质的相似性和递变规律 2. 氮气的化学性质 四. 教学难点 氮的分子结构与氮气化学性质的关系 五. 教材分析 引言：在我们学习了物质结构和元素周期律知识之后，已利用其讨论和学习了氧族元 素与碳族元素两类主族元素，今天我们将讨论和学习位于碳族和氧族元素之间的另一类主 族元素氮族元素。 请同学们画出氮、磷原子结构示意图，并运用物质结构以及元素周期律的知识判断氮、 磷在周期表中处于什么位置，性质如何？ 氮在第二周期第A 族，磷在第三周期第A 族，氮的非金属性比磷强。 这些元素都在第A 族，统称为氮族元素，应注意氮族元素名称和符号的写法与读音。 思考：从氮族元素在周期表中的位置看，氮族元素的非金属性与卤族元素、氧族元素 相比如何？（同周期） 根据元素周期律知识，氮族元素原子最外层有 5 个电子，其非金属性要比同周期的卤 族元素（最外层有 7 个电子）和氧族元素（原子最外层有 6 个电子）弱。 请大家阅读教材，结合表 11 氮族元素及单质的一些重要性质，运用物质结构和元素 周期律知识，预测、归纳、总结氮族元素性质的相似性与递变规律。 相似性： （1）最外层均为 5 个电子，能够结合 3 个电子达到稳定结构。 （2）在最高价氧化物中，氮族元素都显+5 价，分子式为 R2O5。 （3）在其氢化物中，化合价为-3 价，分子式为：RH3。 （锑、铋为金属，无负价） （4）最高价氧化物水化物的通式为：H3PO4。 （因为氮的原子半径小，所以+5 价氮只能 有一种含氧酸 HNO3，而+5 价磷却有 HPO3和 H3PO4两种含氧酸） 递变规律： （1）氮族元素单质从非金属逐渐过渡到金属。 （2）元素的非金属性 NPAs，金属性：BiSb。 （3）氢化物的稳定性：NH3PH3AsH3。其还原性顺序与此恰好相反。 （4）最高价氧化物的水化物的酸性：HNO3H3PO4H3AsO4。 同学们知道，农作物的生长离不开氮、磷、钾三种元素，其中氮、磷是氮族元素的典 型，所以这节课我们就来学习氮和磷的相关知识。 第一节 氮和磷 氮气：空气中氮气体积分数为 78%，我们几乎每时每刻都在氮气的包围之中，现在请 你们观察周围的氮气，说出它的颜色状态、气味。 1. 氮气的物理性质 氮气是一种无色、无味、密度比空气稍小、熔、沸点低，难溶于水的气体。 2. 氮分子的结构 氮原子的最外层有 5 个电子，那么两个氮原子是如何形成氮分子（N2）的呢？ 写出氮分子的化学式、电子式和结构式。 氮分子中 NN 键是很牢固的，从而使氮分子的结构很稳定，那么大家想想氮气的化学 性质如何？ 氮气的性质稳定是有条件的，当条件具备时如高温、高压、放电等，它也能和一些物 质反应，如氢气、氧气等。 3. 氮气的化学性质 （1）氮气与氢气的反应 氮气和氢气的反应大家应注意三点：一是反应条件，应该是高温、高压、催化剂；二 是化学反应方程式中间用的是可逆号“”而不是一般的等号“=” ，说明该反应是可 逆反应，即 N2与 H2化合生成氨气，放出热量，同时，氨气也会分解生成 N2和 H2；三是该 反应是工业合成氨的原理。 22 3HN 高温、高压 催化剂 3 2NH 氮气在一定条件下还可以与氧气反应。 （2）氮气与氧气的反应 同学们一定经历过风雨交加、闪电雷鸣的情景。在这个时候，空气中的 N2和 O2就可以 直接化合生成无色的、不溶于水的一氧化氮气体。 放电 22 ON NO2 煤气的主要成分是一氧化碳。煤气中毒是因为一氧化碳能结合人体血液中的血红蛋白 而使组织缺氧，导致中毒，甚至死亡。那么一氧化氮有无毒性呢？ 事实上，一氧化氮毒性也很大，且与一氧化碳类似，它也是与人体血液中的血红蛋白 结合，致使组织缺氧而中毒。 一氧化氮不仅有毒，且很易被氧气氧化，由无色变为红棕色的二氧化氮。 2NO+O2=2NO2 无色 红棕色 二氧化氮是一种红棕色的有刺激性气味的有毒气体，易溶于水，生成硝酸和一氧化氮， 这也是工业制硝酸的反应原理。 3NO2+H2O=2HNO3+NO 上述三个化学方程式是在自然界中经常发生的重要反应，现在我们将和两个化学 方程式处理一下，先将3+2；然后用+2 得两个新化学方程式： 4NO+3O2+2H2O=4HNO3 4NO2+O2+2H2O=4HNO3 这两个化学方程式反映了一氧化氮或二氧化氮与 O2混合溶于水时的反应关系，在学习 中有较多的应用。 4. 氮气的用途 （1）合成氨、制氮肥、制硝酸。 （2）用作保护气：焊接金属、充填灯泡、保存粮食和水果。 教师引导：请学生分析以上用途中利用氮气哪方面的性质。 5. 氮的固定 将游离态的氮转变为氮的化合物的过程叫做氮的固定。 途径：自然固氮（雷雨固氮、生物固氮） ；人工固氮：合成氨工业。 教师向学生介绍人工模拟生物固氮这一世界性研究课题的现状和前景，鼓励学生献身 科学研究为人类作出贡献。 农谚有“雷雨发庄稼” ，请问是什么道理？ 空气中的氮气和氧气在放电条件下生成一氧化氮，一氧化氮再和氧气反应，生成二氧 化氮，二氧化氮和水反应生成硝酸，硝酸与土壤中矿物质作用，可形成可溶性硝酸盐，成 为氮肥，被植物吸收，所以有利于庄稼生长。 小结：小结：通过本节课的学习，应该重点搞清楚两个问题，其一是氮族元素性质的相似性 和递变规律；其二是氮气的化学性质，即氮气和氢气、氧气的反应。 【典型例题典型例题】 例 1 已知元素砷（As）的原子序数为 33，下列叙述正确的是（ ） A. 砷的氧化物的水溶液呈强碱性 B. 砷元素的最高化合价为+3 C. 砷元素是第四周期的主族元素 D. 砷原子的第 3 电子层含有 18 个电子 思路分析：思路分析：砷元素的原子序数是 33，我们可以根据核外电子排布推知它的某些性质， 其核外电子排布是，因此，是第四周期第A 族；最外层有 5 个电子，因此最 高价为+5 价，B 错，C、D 正确；砷仍然是非金属元素，其氧化物的水化物应是酸，不是碱， 因此 A 选项也不正确。 答案：答案：CD 例 2 NO2、NO、O2跟反应的计算 引入：二氧化氮跟水的反应 演示实验：二氧化氮跟水反应。装置如下图所示（一支 10mL 量筒） 。 （1）轻轻摇动量筒，观察现象（水位逐渐上升，红棕色逐渐变浅） 。 （2）用大拇指按住量筒口，取出量筒倒转振荡，再插入水中，观察现象。 （水位迅速 上升至量筒容积约，剩余体积的无色气体） 。 3 2 3 1 （3）将量筒口用橡胶塞塞住，从水中取出量筒，往量筒中滴入紫色石蕊试液，观察现 象（溶液变红） 。 通过以上实验的分析引出下列问题。 分析反应原理： 1. 二氧化氮跟水反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO 2. 二氧化氮、氧气同时跟水反应：4NO2+O2+H2O = 4HNO3 3. 一氧化氮、氧气同时跟水反应：4NO+3O2+H2O = 4HNO3 遇到这类计算题时，首先要弄清所涉及的反应原理是哪种情况，再进行计算。如，二 氧化氮跟氧气的混合气体溶于水时，可能有以下向种情况： 类型 1： 将盛有氮气和二氧化氮混合气体的试管倒立于水中，经过足够时间后，试管内气体体 积缩小为原体积的一半，则原混合气体中氮气和二氧化氮的体积比是 。 分析：分析：氮气跟水不反应，所以可根据“3NO2+H2O=2HNO3+NO”用体积差法进行计算。 答案：答案：1:3。 类型 2： 将容积为 50mL 的量筒内充满 NO2和 O2的混合气体，倒置量筒在盛满水的水槽里，足 够时间后，量筒里剩余气体体积为 5mL。则混合气体中 NO2和 O2体积比可能是 。 分析：分析：二氧化氮、氧气混合气体倒置于水中，最后残留气体可能有二种情况，一是氧 气，二是一氧化氮。所以应先假设，再立式计算。 解答：解答： （1）若剩余的 5mL 气体是 O2，则共有 45mLNO2、O2混合气体跟水反应，根据 4NO2+O2+H2O = 4HNO3可得出： V（NO2）=45mL=36mL V（O2）=45mL+5mL=14mL 5 4 5 1 所以，原混合气体中 NO2和 O2体积比为 18:7。 （2）若剩余的 5mL 气体是 NO，则 NO2、O2混合气体跟水反应时是 NO2过量，过量的 NO2再跟水反应。根据反应“3NO2+H2O=2HNO3+NO”可得出，共有 15mLNO2过量。 即，在 NO2、O2混合气体跟水反应的过程中共消耗气体 35mL。根据 4NO2+O2+H2O = 4HNO3可 得出： V（O2）=35mL=7mL V（NO2）=35mL+15mL= 43mL 5 1 5 4 所以，原混合气体中 NO2和 O2体积比为 43:7。 类型 3： 将一充满 NO 的试管倒扣于水槽中，然后向试管中通入一定量的 O2，试管中恰好充满 水时，则通入的 O2与原 NO 气体的体积比为 ；若假设生成的溶质不向外扩散，且为 标准状况，则所得的溶液的物质的量的浓度应为 。 分析：分析：由上述导出的两个新化学方程式可知 NO 和 O2要恰好溶于水时的体积比为 4:3， 且生成的 HNO3的物质的量等于原 NO 的物质的量。 答案答案：3:4 1/22.4 mol 1 L 例 3 某集气瓶里的气体呈红棕色，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。该气体可能是下列混合气中的（ ） A. N2、NO2、Br2 B. NO2、NO、N2 C. NO2、O2、NO D. N2、O2、Br2 解析：解析：加入足量水，得棕色溶液，则原气体一定含 Br2，气体颜色消失，打开玻璃片 后瓶中气体又变为红棕色，则原气体中含 NO 或 NO2，或 NO2和 NO，因为 NO2溶于水产生 NO，NO 被空气中的 O2氧化又生成 NO2。 答案：答案：选 A 例 4 下列反应起了氮的固定作用的是（ ） A. N2与 H2在一定条件下反应生成 NH3 B. NO 与 O2反应生成 NO2 C . NH3经催化氧化生成 NO D. 由 NH3制碳铵和硫铵 解析：解析：根据氮的固定（游离的氮转变为氮的化合物的方法），即可选 A，因为上述选 项中，只有 A 中 N2中的氮为游离态。 答案：答案：A。 【模拟试题模拟试题】 1. 通常情况下，氮气不易发生化学反应的原因是（ ） A. N2是非极性分子 B. N2的分子量较小 C. N2分子由 NN 键结合而成，键能大 D. 氮的非金属性比氧弱 2. 下列反应起了氮的固定作用的是（ ） A. 氨经催化氧化生成 NO B. NO 与 O2反应生成 NO2 C. N2在一定条件下与 Mg 反应生成 Mg3N2 D. NH3与硝酸反应生成 NH4NO3 3. 下列反应中，起了氮的固定作用的是（ ） A. N2和 H2在一定条件下合成氨 B. 由氨制成碳酸氢铵或硫酸铵 C. NO 和 O2反应生成 NO2 D. NO2与 H2O 反应生成 HNO3 4. 在 NO2被水吸收的反应中，发生还原反应和氧化反应的物质的质量之比为（ ） A. 3:1 B. 1:3 C. 1:2 D. 2:1 5. 金属机械加工后的废切削液中含 2%5%NaNO2，直接排放会造成环境污染，下述试 剂中可能使其转化为 N2的是（ ） A. B. C. D. 浓 3 HNO 424) (SONH 43PO Na 42SO H 6. 标准状况下，将 NO2和 O2按 4:1 体积比充满一烧瓶，烧瓶倒置于水中待液面稳定（假 设溶质不向外扩散），则烧瓶内溶液的物质的量浓度为（mol/L）（ ） A. 1 B. 0.8 C. D. 4 . 22 1 28 1 7. 采用不同的分类方法，可将非金属氧化物分为不同的类别。例如从某种意义上可将 P2O5、SO2、SO3、CO2、Cl2O7等归为一类，则下列氧化物中与它们属于同一类的是（ ） A. CO B. NO C. N2O5 D. NO2 8. 图为装有活塞的密闭容器，内盛 22.4 mL 。若通入 11.2 mL 氧气（气体体积均在标 准 状况下测定），保持温度、压强不变，则容器内的密度（ ） A. 等于 1.369/L B. 等于 2.054/L C. 介于 1.369/L 和 2.054/L 之间 D. 大于 2.054/L 9. 下列各组气态氢化物中，按稳定性由弱到强的顺序排列正确的是（ ） A. AsH3、PH3、H2S、HCl B. HF、HCl、HBr、HI C. PH3、NH3、H2O、HF D. H2O、NH3、CH4、H2S 10. N2中混有少量 CO2气体和水蒸气，除去的正确操作是（ ） A. 通过无水氯化钙的干燥管 B. 通过浓硫酸的洗气瓶 C. 先通过氢氧化钠溶液的洗气瓶，再通过浓硫酸的洗气瓶 D. 先通过浓硫酸的洗气瓶，再通过氢氧化钠溶液的洗气瓶 11. 室温时，将盛有 20mL NO2和 O2混合气体的量筒倒立在盛有水的水槽中，充分反应 后，量筒内残留气体 3mL，则原混合气体中 NO2的体积是（ ） A. 12.4mL B. 13.6mL C. 14.8mL D. 17.8 mL 12. 鉴别红棕色的溴蒸气和二氧化氮，可采用的方法是（ ） A. 通入淀粉碘化钾溶液中 B. 通入硝酸银溶液 C. 加水振荡 D. 通入氯气 13. Murad 等三位教授最早提出 NO 分子在人体内独特功能。近年来此领域研究有很大进 展，因此这三位教授荣获 1998 年诺贝尔医学奖及生理学奖。下列关于 NO 的叙述不正确的 是（ ） A. NO 对环境的危害在于破坏臭氧层、形成酸雨等方面 B. NO 可以是某些高价 N 物质的还原产物也可以是某些含低价 N 物质的氧化产物 C. 实验室制取少量的 NO 可以用 Cu 和浓 HNO3反应制取，且只能用排水取气法收集 D. 生物体内存在少量 NO 能提高其生理机能，如扩张血管、促进免疫力 14. As2S3和 As2O3的性质相似，均具有还原性；Na2S2和 Na2O2的性质相似，均具有氧化 性。当 As2S3和 Na2S2相互反应时，生成的可能是（ ） A. NaAsS3 B. Na2AsS4 C. Na3AsS3 D. Na3AsS4 15. Bi 是原子序数最大的氮族元素，推测 Bi 的化合物最不可能具有的性质是（ ） A. BiH3很稳定 B. 铋具有比铅更明显的非金属性 C. 具有两性，但偏碱性 D. 铋酸酸性比锑酸强 3 )OH(Bi 16. 有一句俗语叫“雷雨发庄稼”，其所包含的化学过程有（用化学方程式表示） （1）_ （2）_ （3）_ 17. 常见的大气污染分为一次污染和二次污染，二次污染物是排入环境