新教材适用2023-2024学年高中化学专题7氮与社会可持续发展第2单元重要的含氮化工原料课件苏教版必修第二册

专题7氮与社会可持续发展第二单元重要的含氮化工原料自主预习·新知导学合作探究·释疑解惑课堂小结课标定位素养阐释1.能说出氨气的物理性质,结合实验,能说出氨的化学性质,知道氨的催化氧化是工业制硝酸的基础,知道铵盐是重要的氮肥。2.结合实验探究,能说出硝酸的主要性质,知道硝酸是重要的化工原料。3.能说出喷泉实验的原理,建立实验模型;能进行有关硝酸的简单计算,并建立简单计算模型。

自主预习·新知导学一、氨气1.物理性质。氨气在通常状况下是无色、具有刺激性气味的气体,密度比空气小。氨气熔点和沸点较低,易被液化。液氨在工业上常被用作制冷剂。氨气极易溶于水,常温常压下,1体积水大约可溶解700体积氨气。【自主思考1】

液氨和氨水有哪些区别?提示:【自主思考2】

为什么在液氨泄漏现场会寒气逼人?消防人员应该如何处理?提示:液氨汽化吸收热量。喷水,使氨气转化为氨水。2.化学性质。(1)氨与水的反应。(2)氨与酸反应生成铵盐。①与盐酸反应。②足量氨气与稀硫酸反应的化学方程式:2NH3+H2SO4══(NH4)2SO4。铵盐大多是无色晶体,都能溶于水,固态氮肥成为目前使用最广泛的化肥。【自主思考3】

为什么蘸有浓氨水和浓盐酸(或浓硝酸)的两支玻璃棒靠近时会产生白烟?蘸有浓氨水和浓硫酸的两支玻璃棒靠近时是否也产生白烟?提示:浓氨水和浓盐酸(或浓硝酸)均有挥发性,挥发出来的NH3和HCl(或HNO3)在空气中相遇,化合生成NH4Cl(或NH4NO3)固体小颗粒,即为白烟。浓硫酸没有挥发性,故蘸有浓氨水和浓硫酸的两支玻璃棒靠近时不可能形成白烟。(3)氨的催化氧化(工业制硝酸的重要反应)。热化学方程式为4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(l)

ΔH=-904kJ·mol-1。

二、硝酸1.物理性质。硝酸是一种无色、易挥发、具有刺激性气味的液体,能与水以任意比互溶。2.化学性质。(1)不稳定性。硝酸应贮存在低温、避光处。市售浓硝酸的质量分数约为69%,常因溶有少量NO2而略显黄色。【自主思考4】

久置硝酸中因溶有NO2而略显黄色,你知道NO2是如何产生的吗?你又有什么方法能除去黄色?怎样保存硝酸?提示:硝酸不稳定,受热或见光会发生分解,生成NO2气体。要去除浓硝酸的黄色,可向浓硝酸中通入过量的氧气,4NO2+O2+2H2O══4HNO3。硝酸应保存在棕色试剂瓶中,并置于阴凉处。(2)强氧化性。①与金属反应(除Pt、Au以外)。②常温下使铁、铝钝化。可用铝质或铁质容器盛放浓硝酸。③与非金属反应。C与浓硝酸反应的化学方程式为C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。【自主思考5】

浓硝酸与Cu、C的反应中,表现出的性质是否相同?提示:不完全相同。浓硝酸与Cu反应时表现强氧化性和酸性。浓硝酸与碳反应只表现强氧化性。3.用途。重要的化工原料,常用来制造氮肥、染料、塑料、炸药、硝酸盐等。4.工业制备。工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸,如下图所示:写出上述转化中每一步反应的化学方程式,并分析含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应。①N2+3H22NH3,N2发生还原反应;②4NH3+5O24NO+6H2O,NH3发生氧化反应;③2NO+O2══2NO2,NO发生氧化反应;④3NO2+H2O══2HNO3+NO,NO2既发生氧化反应又发生还原反应。【效果自测】

1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)NH3与水作用可以形成喷泉,说明NH3极易溶于水。(

)(2)任何铵盐受热均生成NH3。(

)(3)活泼金属与所有稀酸反应均生成H2。(

)(4)不活泼金属与酸一定不能反应。(

)(5)浓硫酸和浓硝酸均可用铁质、铝质器具盛放的原因是两者与Fe、Al不反应。(

)√××××(6)过量的铜与浓硝酸反应有NO生成。(

)(7)利用硝酸与Na2SO3反应可制得SO2气体。(

)√×2.实验室模拟合成氨装置如图所示,试回答下列问题。(1)装置甲的作用是:①

;

②

;

③

。

(2)从乙处导出的气体是

,检验产物的简单化学方程式是

。

答案:(1)①干燥气体②使两种气体充分混合③观察气泡以调节氢气、氮气流速(2)NH3、N2和H2混合气体NH3+HCl══NH4Cl解析:(1)浓硫酸具有吸水性,可对N2、H2起到干燥的作用;通过观察气泡,可控制N2、H2的流速,使其达到合适的混合比例;通过该装置还可使两种气体得到充分混合。(2)从乙出来的气体含反应生成的NH3及未反应的N2和H2。用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近,如发现玻璃棒上方有白烟,则证明有氨气,化学方程式为NH3+HCl══NH4Cl。3.回答下列问题。(1)铜与足量浓硝酸反应时,表现酸性的硝酸与作氧化剂的HNO3物质的量之比为

。

(2)铜粉放入稀硫酸中,加热后无明显变化,但加入某盐一段时间后,发现铜粉减少,则该盐不可能是

(填字母)。

A.FeCl3

B.NaCl C.KNO3

D.Cu(NO3)2(3)一定量的浓硝酸与足量的铜充分反应,生成气体的成分有

,写出反应的离子方程式:

。

向反应后的溶液中加入稀硫酸,如果反应,写出反应的离子方程式:

。

答案:(1)1∶1(2)B(3)NO2、NO

合作探究·释疑解惑探究任务1探究任务2

探究任务1氨气的主要性质和喷泉实验问题引领1.按图组装实验装置,并轻轻挤压滴管的胶头后,立即形成红色喷泉,该实验能说明氨气的哪些性质?提示:能说明氨气极易溶于水;氨气溶于水所得的氨水呈碱性。2.如果只提供如图甲所示装置,引发喷泉的操作是什么?在图乙所示装置的锥形瓶中加入酒精,将锥形瓶置于一水槽中,向水槽中加入冷水后,再加入什么物质也能产生喷泉?甲乙提示:图甲所示装置需先打开止水夹,用热毛巾捂住圆底烧瓶至有气泡从水中冒出后,再移去热毛巾;图乙所示装置,将锥形瓶置于水槽中,可向水槽中加入冷水后再加入浓硫酸或NaOH固体,浓硫酸或NaOH固体等溶于水放出大量的热,使酒精汽化,增大了锥形瓶内的气体压强,从而引发喷泉。归纳提升1.氨的化学性质。(1)氨是中学阶段常见气体中唯一的碱性气体,也是中学阶段唯一一种能与酸反应生成盐、能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,在推断题中经常用到。氨与酸反应的实质是NH3与H+结合形成

。(2)氨易与酸反应生成盐,故不能用浓硫酸来干燥氨。(3)浓硝酸、浓盐酸等挥发性酸遇氨会产生白烟,利用这点可以检验氨的存在。硫酸、磷酸等难挥发性酸虽能与氨反应生成铵盐,但不会产生白烟。(4)除催化氧化外,氨的还原性还体现在与Cl2、CuO、NOx的反应中。2.喷泉实验的条件。形成喷泉的条件是使容器内外产生较大压强差,有下列两种情况。(1)容器内气体极易溶于水或容器内气体易与溶液中的溶质发生化学反应。①喷泉形成原理:气体与水或其他液体接触→气体溶解或发生化学反应→容器内压强减小→外部液体进入形成喷泉②常见气体与吸收剂的组合。

(2)容器内的液体由于受热挥发(如浓盐酸、浓氨水、酒精等)或由于发生化学反应,产生气体。容器内产生大量气体,压强迅速增大,促使容器内液体迅速向外流动,形成喷泉。喷雾器、人造喷泉、火山喷发等均是利用此原理。气体HClNH3CO2、H2S、SO2、Cl2NO2∶O2=4∶1吸收剂水或NaOH溶液水或盐酸NaOH溶液水典型例题【例题1】

如图所示,利用培养皿探究氨气的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水,立即用另一表面皿扣在上面。下表中对实验现象所做的解释正确的是(

)。答案:A解析:向NaOH固体上滴几滴浓氨水后,产生NH3。NH3遇挥发出来的HCl生成NH4Cl固体颗粒而产生白烟;H2SO4难挥发,因此浓硫酸附近无明显现象,但NH3与H2SO4能反应;氨水能使MgCl2、FeCl2等溶液变浑浊;NH3与水反应生成的NH3·H2O电离出OH-而显碱性,但NH3不是碱。【变式训练1】

关于下列实验的说法不正确的是(

)。A.氨气是无色、有刺激性气味的气体,密度比空气的小B.实验1中,由喷泉现象可知氨气极易溶于水,且溶解速率大C.实验1中,烧瓶内溶液中的含氮微粒有NH3、NH3·H2O和D.实验2中,酚酞溶液被漂白褪色D解析:氨气为无色、有刺激性气味的气体,密度比空气的小,A项正确;由喷泉现象可知氨气极易溶于水,且溶解速率大,B项正确;氨气与水结合生成NH3·H2O,部分NH3·H2O发生电离,则烧瓶内溶液中的含氮微粒有NH3、NH3·H2O和

,C项正确;加热会降低气体的溶解度,促进NH3·H2O分解释放出NH3,使溶液的碱性减弱,红色逐渐变浅,直至褪色,D项错误。方法技巧氨的三个常见易错点。(1)NH3是非电解质,溶于水生成电解质NH3·H2O,并部分发生电离而使氨水呈弱碱性。(2)喷泉实验的实质是短时间内烧瓶内外产生明显的压强差,从而引起烧杯中的溶液倒吸。(3)涉及一水合氨的离子方程式的书写:①作为反应物,用化学式NH3·H2O表示;②作为生成物,若反应物为浓溶液或反应条件为加热,写成NH3↑+H2O;若反应物为稀溶液且为常温下的反应,写成NH3·H2O。探究任务2硝酸的强氧化性问题引领资料一:当硝酸与金属反应时,硝酸被还原的程度取决于酸的浓度和还原剂还原性的强弱。对于同一还原剂来说,酸越稀,硝酸被还原的程度越大。资料二:在金属活动性顺序中,位于氢后的金属铜、汞、银等,与浓硝酸反应时,主要得到二氧化氮;与稀硝酸反应时,主要得到一氧化氮。所以说,当硝酸与铜、汞、银等金属反应时,浓硝酸比稀硝酸的氧化性强。资料三:当活泼金属锌、镁等与硝酸反应时,硝酸浓度不同,还原产物不同;前期有气体(NO2)产生,而后期则有铵盐生成。下图显示了铁与不同浓度的硝酸反应时的还原产物。资料四:Fe、Co、Ni、Al等金属遇到浓硝酸会产生钝化现象。是因为在常温下,浓硝酸与这些金属接触,能够使金属表面生成一薄层致密的氧化物保护膜,这层保护膜可以阻止内部金属继续与硝酸反应。结合上述四则资料回答下列问题。1.浓、稀硝酸分别与铜反应时,其还原产物相同吗?提示:产物不同。浓硝酸与铜反应的还原产物是NO2,稀硝酸与铜反应的还原产物是NO。2.硝酸的氧化性与浓度有关吗?提示:与浓度有关,浓硝酸的氧化性比稀硝酸强。3.将浓硝酸加入紫色石蕊试液中,溶液先变红后褪色,这表现了HNO3的什么性质?提示:酸性和强氧化性。归纳提升1.硝酸氧化性的体现。硝酸具有强氧化性,主要是指HNO3中的+5价的氮元素有很强的得电子能力,所以浓硝酸、稀硝酸都具有强氧化性。(1)浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红,后褪色。(2)浓硝酸与非金属单质C、S、P等在加热条件下反应,反应规律:非金属单质+浓硝酸

最高价氧化物或其含氧酸+NO2↑+H2O。如:C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。(3)除Au、Pt等少数金属外,硝酸几乎可以氧化所有的金属,如3Ag+4HNO3(稀)══3AgNO3+NO↑+2H2O。(4)金属与硝酸反应一般不生成H2,浓硝酸一般先被还原为NO2,浓度变稀后稀硝酸一般被还原为NO,气体颜色由红棕色逐渐变淡。(5)常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化,因此可用铝质或铁质容器贮存浓硝酸。(6)低价金属氧化物或盐与硝酸发生氧化还原反应,如3FeO+10HNO3(稀)══3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O,而不是发生复分解反应生成Fe(NO3)2。3.硝酸与铁反应时,产物硝酸盐符合以下规律:Fe的用量Fe过量Fe不足Fe与HNO3两者恰好完全反应硝酸盐产物Fe(NO3)2Fe(NO3)3Fe(NO3)2或Fe(NO3)3或两者混合物典型例题【例题2】

下列各项叙述正确的是(

)。A.FeO与浓硝酸的反应属于复分解反应B.单质碳与浓硝酸加热,生成的气体为CO2和NO的混合物C.浓硝酸常显淡黄色体现了浓硝酸的不稳定性D.常温下,铁与浓硝酸反应生成Fe(NO3)2和NO2答案:C解析:A项,FeO与浓硝酸发生氧化还原反应,FeO被氧化;B项,生成的气体为CO2和NO2;D项,常温下,铁在浓硝酸中发生钝化。【例题3】

(1)在浓硝酸中放入铜片,开始反应的化学方程式为

,实验现象为

。

(2)若铜有剩余,则反应后期的化学方程式为

。(3)若铜有剩余,待反应停止后,再加入少量溶质质量分数为25%的稀硫酸,这时铜片上又有气泡产生,原因是

。(4)若12.8g铜与一定量的浓硝酸反应,铜耗完时,共产生气体5.6L(标准状况),则所消耗HNO3的物质的量是

。

答案:(1)Cu+4HNO3(浓)══Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O溶液由无色变为蓝色,并有红棕色气体产生(2)3Cu+8HNO3(稀)══3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O(3)加入稀硫酸后,H2SO4电离出的H+与原溶液中的

构成HNO3,又能与过量的Cu反应(4)0.65mol【例题4】

铜与一定量浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体,这些气体与11.2LO2(标准状况)混合后通入水中,所有气体被水完全吸收生成硝酸。则消耗铜的质量为(

)。A.64g B.32g C.24g D.16g答案:A解析:题目所述反应过程中HNO3反应前后没有变化,说明作氧化剂的硝酸得到铜失去的电子生成了气体,生成的气体又失去电子全部与O2反应生成硝酸,即Cu失去的电子最终都被O2得到,由得失电子守恒可知n(Cu)×2=n(O2)×4,n(Cu)=

=1

mol,则消耗铜的质量=1

mol×64

g·mol-1=64

g。方法技巧硝酸与金属反应的常用计算方法。(1)化学方程式(若还原产物只有NO):3M+4xHNO3══3M(NO3)x+xNO↑+2xH2O。(2)思维模型。(3)计算方法。①得失电子守恒:硝酸与金属的反应属于氧化还原反应,氮原子得到的电子数目等于金属原子失去的电子数目。②原子守恒:硝酸与金属反应时,一部分以

的形式存在,另一部分转化为还原产物,这两部分中N的物质的量之和与反应中消耗的HNO3的物质的量相等。③电荷守恒:用Mn+代表金属离子,HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH-)有c()=c(H+)+n×c(Mn+)。【变式训练2】

将Mg、Cu组成的mg混合物投入适量稀硝酸中恰好完全反应,固体完全溶解时收集到的还原产物NO气体为0.896L(标准状况),向反应后的溶液中加入NaOH溶液使金属离子恰好沉淀完全,则形成沉淀质量为(

)。A.(m+2.28)g B.(m+2.04)gC.(m+3.32)g D.(m+4.34)g答案:B解析:根据生成NO的量计算确定转移的电子的物质的量,最后的沉淀为Cu(OH)2、Mg(OH)2,金属提供的电子的物质的量等于沉淀结合的氢氧根离子的物质的量,据此分析解答。硝酸被还原为NO气体且在标准状况下的体积为0.896