高三化學(xué)教案：《氮族元素》教學(xué)設(shè)計

　　1.氨水顯弱堿性的理解不全面。

　　氨氣溶于水形成氨水，氨水少部分電離出OH-、NH4+，所以氨水具有弱堿性。注意以下兩點：

　　(1)氨水遇Al3+、Fe3+、Mg2+分別可以生成Al(OH)3、Fe(OH)3、Mg(OH)2沉淀，但氨水中滴加Ag+溶液開始出現(xiàn)沉淀AgOH，繼續(xù)滴加沉淀即溶解生成銀氨溶液;(2)氨水遇酸、酸性氧化物可以成鹽，又根據(jù)氨水與酸的量關(guān)系分別得到正鹽和酸式鹽。如：用氨水吸收少量二氧化硫的離子方程式NH3.H2O+SO2=NH4++HSO3-是錯誤的。

　　2.NO、O2被水吸收的分析錯誤。

　　NO、O2被水吸收實質(zhì)上發(fā)生如下反應(yīng)：2NO+O2=2NO2，3NO2+2H2O=2HNO3+NO。生成NO還可以繼續(xù)氧化，生成NO2再溶于水，這是一個循環(huán)反應(yīng)。如無任何氣體剩余，最終產(chǎn)物應(yīng)為HNO3，恰好反應(yīng)的量的關(guān)系：4NO+3O2+2H2O=4HNO3，實際反應(yīng)中可以有NO或O2剩余，但不能兩者兼有之。

　　3.氮可以形成多種氧化物。NO2可以與水反應(yīng)生成硝酸，但NO2不是硝酸的酸酐。掌握酸酐的判斷方法。NO2與溴蒸氣不能用濕潤的KI淀粉試紙檢驗。

　　4.NO3-在酸性溶液中具有強(qiáng)氧化性，可以將Fe2+氧化為Fe3+、SO32-氧化為SO42-，將I-、Br-、S2-氧化為I2、Br2、S。

　　5.檢驗NH4+離子，可加入燒堿溶液后，必須加熱，再用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗NH3，否則不一定有NH3放出。

　　【典型例題評析】

　　例1Murad等三位教授最早提出NO分子在人體內(nèi)有獨特功能，近年來此領(lǐng)域研究有很大發(fā)展，因此這三位教授榮獲了1998年諾貝爾醫(yī)學(xué)及生理學(xué)獎。下列關(guān)于NO的敘述不正確的是(1999年全國高考題)

　　A.NO可以是某些含低價N物質(zhì)氧化產(chǎn)物B.NO不是亞硝酸酐

　　C.NO可以是某些含高價N物質(zhì)的還原產(chǎn)物D.NO是棕色氣體

　　思路分析：本題看似很深奧，實際不然，考查的落點是中學(xué)化學(xué)常見物質(zhì)NO的有關(guān)性質(zhì)。根據(jù)NO中氮元素的化合價(+2)處于氮元素中間價態(tài)，應(yīng)用氧化還原反應(yīng)原理可推知：NO既可能是低價含N物質(zhì)的氧化產(chǎn)物，又可能是高價含N物質(zhì)的還原產(chǎn)物;根據(jù)酸酐概念亞硝酸酸酐應(yīng)是N2O3;NO應(yīng)是無色氣體。

　　答案：D

　　方法要領(lǐng)：要答好這類“高起點，低落點”試題，首先要克服心理障礙，找準(zhǔn)題中化學(xué)知識運用的著落點，其次，要掌握好重要基本概念和基本理論。這類試題所涉及的基本理論通常是結(jié)構(gòu)理論(包括原子結(jié)構(gòu)中的質(zhì)量數(shù)=中子數(shù)+質(zhì)子數(shù)，質(zhì)子數(shù)、核電荷數(shù)、核外電子數(shù)之間關(guān)系等)、分子結(jié)構(gòu)中微粒成鍵規(guī)律、氧化還原反應(yīng)規(guī)律;所涉及的概念通常是原子相對原子質(zhì)量、同位素、同素異形體等。

　　例2右圖為裝有活塞的密閉容器，內(nèi)盛22.4mL一氧化氮。若通入11.2mL氧氣(氣體體積均在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測定)，保持溫度、壓強(qiáng)不變，則容器內(nèi)的密度(1993年上海高考題)

　　A.等于1.369g/LB.等于2.054g/L.

　　C.在1.369g/L和2.054g/L之間D.大于2.054g/L

　　思路分析：題給的密閉容器中通入O2后發(fā)生2個化學(xué)反應(yīng)：2NO+O2=2NO2

　　2NO2N2O4。為便于計算和推導(dǎo)，可將題給22.4mLNO轉(zhuǎn)換為22.4LNO，將題

　　給11.2mLO2轉(zhuǎn)換為11.2LO2，即容器內(nèi)盛有1molNO，充入0.5molO2。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，容器內(nèi)的總質(zhì)量為：1mol×30g/mol+0.5mol×32g/mol=46g。

　　假定1molNO與0.5molO2恰好完全反應(yīng)，則生成1molNO2。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下1molNO2的體積為22.4L，此時混合氣體的密度為46g/22.4L=2.054g/L。但是，由于反應(yīng)2NO2N2O4的存在，且保持溫度、壓強(qiáng)不變，因此使平衡混合氣體的體積小于22.4L，故其密度必定大于2.054g/L。

　　答案：D

　　方法要領(lǐng)：解本題時最容易忽略2NO2N2O4的平衡(這是一個隱含的平衡)，而誤選B。

　　在涉及到的NO2或N2O4有關(guān)量的計算問題，一般要考慮可逆反應(yīng)2NO2N2O4的存在對有關(guān)量(氣體物質(zhì)的量、體積、密度、式量等)的影響，這是同學(xué)們應(yīng)重視的一個知識點。

　　例3已知磷酸分子中的三個氫原子都可以跟重水分子(D2O)中的D原子發(fā)生氫交換，又知次磷酸(H3PO2)也可跟D2O進(jìn)行氫交換，但次磷酸鈉(NaH2PO2)卻不再能跟D2O發(fā)生氫交換。又此可推斷出H3PO2的分子結(jié)構(gòu)是(1994年全國高考題)

　　思路分析：由H3PO4在有三個氫原子可以與D2O發(fā)生氫交換及題給H3PO2分子結(jié)構(gòu)知：-OH中的H原子能與D2O發(fā)生H交換�，F(xiàn)H3PO2能與D2O發(fā)生H交換而NaH2PO2則不能(說明NaH2PO2分子中沒有羥基H原子)，可以類推出H3PO2中只有一個-OH，從而選B。

　　答案：B

　　方法要領(lǐng)：本題題給信息的實質(zhì)是：含氧酸分子中的H原子，只有與氧原子結(jié)合形成羥基-OH結(jié)構(gòu)時，才有酸性。由于次磷酸H3PO2只能電離出一個H+，它是一元酸;NaH2PO2中的H原子不能電離，也不能與堿反應(yīng)，NaH2PO2屬于正鹽。同理CH3COOH分子中只有一個-OH，乙酸是一元酸。因此“含氧酸分子中含有幾個H原子，就是幾元酸”的說法是錯誤的。

　　此題為信息給予題，它以一般學(xué)生沒有接觸過的知識實例作為原型(磷酸分子中3個-OH中的H可D2O發(fā)生H交換)，要求學(xué)生在原型的啟發(fā)下求解。這類題一般思路為：分析原型→找出規(guī)律[只有活潑的氫(能電離的H)才能發(fā)生氫交換]→比較問題和原型→建立聯(lián)系→應(yīng)用規(guī)律→完成遷移。

　　例4用以下三種途徑來制取相等質(zhì)量的硝酸銅：(1996年高考化學(xué)試測題)

　　(1)銅跟濃硝酸反應(yīng);(2)銅跟稀硝酸反應(yīng);(3)銅先跟氧氣反應(yīng)生成氧化銅，氧化銅再跟硝酸反應(yīng)。以下敘述中正確的是

　　A.三種途徑所消耗的銅的物質(zhì)的量相等

　　B.三種途徑所消耗的硝酸的物質(zhì)的量相等

　　C.所消耗的銅的物質(zhì)的量是：途徑(3)>途徑(1)>途徑(2)

　　D.所消耗的硝酸的物質(zhì)的量是：途徑(1)>途徑(2)>途徑(3)

　　思路分析：本題是評價制備方案的優(yōu)劣。從綠色化學(xué)角度看(1)要節(jié)約原料;(2)是副產(chǎn)品對環(huán)境污染小。(1)Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，(2)3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，(3)2Cu+O2=2CuO,CuO+2HNO3=Cu(NO3)2+H2O。若生成3molCu(NO3)2，可得消耗原料量及生成污染物NOx的量(見下表)：

　　Cu(NO3)2CuHNO3NOx

　　(1)3mol3mol12mol6mol

　　(2)3mol3mol8mol2mol

　　(3)3mol3mol6mol0mol

　　由上表知：(1)耗HNO3最多，生成污染物最多;(3)耗HNO3最少，沒有污染物。

　　答案：A、D

　　方法要領(lǐng)：本題考查對硝酸性質(zhì)、用途的理解及氧化還原反應(yīng)知識，通過分析比較選擇出最佳途徑的能力。

　　從不同濃度硝酸與銅的反應(yīng)可以看出，在硝酸與銅的反應(yīng)中，硝酸充當(dāng)了氧化劑和提供硝酸根兩種作用，因稀硝酸與銅反應(yīng)時，氮元素的化合價由+5降為+2價，故作為氧化劑消耗的硝酸較少，而(3)中氧氣為氧化劑，硝酸全部用提供酸根用，故消耗硝酸的為(1)>(2)>(3)。

　　例5在下圖裝置中，燒瓶中充滿干燥氣體a，將滴管中的液體b擠入燒瓶內(nèi)，輕輕振蕩燒瓶，然后打開彈簧夾f，燒杯中的液體b呈噴泉狀噴出，最終幾乎充滿燒瓶。則a和b分別是(1995年全國高考題)

　　思路分析：產(chǎn)生噴泉的條件：氣體在液體中的溶解度很大，產(chǎn)生足夠的壓強(qiáng)差(負(fù)壓)。CO2在水中溶解度不大，不能產(chǎn)生噴泉，但在NaOH溶液中因發(fā)生CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O，其溶解度顯著增大，此時形成噴泉。題干要求液體充滿燒瓶。

　　答案：B、D

　　方法要領(lǐng)：中學(xué)階段，在水中能形成噴泉現(xiàn)象常見的有NH3、HCl、HBr、HI、SO2等溶解度大的氣體;CO2、H2S、Cl2等在水中溶解度不大的氣體，不能形成噴泉，但若將水改成NaOH溶液，這些氣體在堿性溶液中溶解度顯著增大，從而形成噴泉;此外，噴泉實驗裝置若發(fā)生改變，也可能使本來不能形成噴泉的氣體形成噴泉，因此，要從產(chǎn)生噴泉的條件認(rèn)識形成噴泉的本質(zhì)。

　　例6同溫同壓下，兩個等體積的干燥圓底燒瓶中分別充滿①NH3，②NO2，進(jìn)行噴泉實驗，經(jīng)充分反應(yīng)后，瓶內(nèi)溶液的物質(zhì)的量濃度為(1998年上海高考題)

　　A.①>②B.①<②C.①=②D.不能確定

　　思路分析：設(shè)圓底燒瓶的體積為VL，所含氣體的物質(zhì)的量為xmol。則：

　　c(NH3)=x/Vmol/L而3NO2+H2O=2HNO3+NO，c(HNO3)=[2/3xmol]÷[2/3VL]=x/Vmol/L。

　　答案：C

　　方法要領(lǐng)：只要在同溫同壓下，單一氣體(或某一氣體中混有空氣)如進(jìn)行噴泉實驗(在H2O中)后所得溶液的濃度均相同。它與液體上升高度無關(guān)。如是標(biāo)準(zhǔn)狀況則濃度為1/22.4mol/L。

　　注意：若誤以為NO2與H2O生成HNO3的物質(zhì)的量為2/3x，而忽視了溶液的體積也是2V/3L的話，就會得出兩者濃度不等的結(jié)論。

　　例7某試劑廠有銀(含雜質(zhì)銅)和硝酸(含雜質(zhì)Fe3+)反應(yīng)制取硝酸銀.步驟如下(1996年上海高考題)

　　依據(jù)上述步驟,完成下列填空：

　　(1)溶解銀的硝酸應(yīng)該用硝酸(填濃或稀)。原因是(填序號，下同)

　　(a)減少過程中產(chǎn)生NOX的量(b)減少原料銀的消耗量(c)節(jié)省硝酸物質(zhì)的量

　　(2)步驟B加熱保溫的作用是.

　　(a)有利于加快反應(yīng)速率

　　(b)有利于未反應(yīng)的硝酸揮發(fā)

　　(c)有利于硝酸充分反應(yīng),降低溶液中[H+]

　　(3)步驟C中是為了除去Fe3+、Cu2+等雜質(zhì),沖稀靜置時發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是

　　(a)置換反應(yīng)(b)水解反應(yīng)(c)氧化還原反應(yīng)

　　產(chǎn)生的沉淀物化學(xué)式.

　　思路分析：(1)根據(jù)反應(yīng)方程式：Ag+2HNO3(濃)=AgNO3+NO2↑+H2O、3Ag+4HNO3(稀)=3AgNO3+NO↑+2H2O可知：每生成1molAgNO3，如用濃HNO3，消耗HNO32mol，產(chǎn)生1molNO2;如用稀HNO3，只需HNO34/3mol，放出NO1/3mol。故用稀硝酸比用濃硝酸好，原因為(a)、(c)。

　　(2)根據(jù)溫度對反應(yīng)速率的影響，加熱保溫是使反應(yīng)加快，促使HNO3與Ag反應(yīng)，而不希望HNO3損失，因此其目的是(a)、(c)。

　　(3)由水解原理，溶液濃度小，促進(jìn)水解，使Fe3+、Cu2+生成難溶的Fe(OH)3、Cu(OH)2而除去。

　　答案：(1)稀，(a)、(c)(2)(a)、(c)(3)(b)，F(xiàn)e(OH)3、Cu(OH)2

　　方法要領(lǐng)：聯(lián)系工業(yè)生產(chǎn)流程，運用化學(xué)知識，理解化學(xué)原理解答生產(chǎn)中的問題是高考的熱點。用到的化學(xué)原理有：反應(yīng)速率;水解反應(yīng);物質(zhì)分離和提純的方法。試題的能力要求較高，立意新。考生應(yīng)首先將整個流程看懂，在理解每一操作步驟的目的和作用的同時，須聯(lián)系各步驟的相互關(guān)系和作用。明確前一操作是后一操作過程的基礎(chǔ)和條件。如：過量的Ag與稀HNO3混合其目的是使HNO3充分反應(yīng)，步驟B加熱保溫的原因也是為這一目的而設(shè)置的。它使NOx不斷逸出，降低酸度，有利于下一步用水沖稀，使雜質(zhì)離子水解完全，并通過靜置而沉降。以上三個步驟一環(huán)緊扣一環(huán)。

　　本題通過AgNO3生產(chǎn)的步驟、過程，考查考生對金屬(Ag、Fe、Cu)與HNO3反應(yīng)的理解程度。在步驟C中，雖然Ag+也參與水解，但AgOH很不穩(wěn)定分解：AgOH→Ag2O，合并于過量銀中循環(huán)使用。

　　題中給出了生產(chǎn)的過程圖，提供了解題線索。解題時應(yīng)根據(jù)銀與不同濃度HNO3的反應(yīng)及產(chǎn)生，考慮生產(chǎn)實際中的價值及產(chǎn)物對社會環(huán)境的影響，不難選擇問題(1)中的答案為稀HNO3及其原因。借助化學(xué)反應(yīng)的原理及條件，離子的性質(zhì)等知識，從而順利解答出問題(2)和(3)。

　　例8實驗室用氨氣還原氧化銅的方法測定銅的近似相對原子質(zhì)量,反應(yīng)的化學(xué)方程式為:2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O(1996年上海高考題)

　　試回答:(1)如果選用測定反應(yīng)物CuO和生成物H2O的質(zhì)量[m(CuO)、m(H2O)]時，請用下列儀器設(shè)計一個簡單的實驗方案。

　�、賰x器連接的順序(用字母編號表示,儀器可重復(fù)使用);d中濃硫酸的作用是，;實驗完畢時觀察到a中的現(xiàn)象是;

　�、诹谐鲇嬎鉉u的相對原子質(zhì)量的表達(dá)式;

　�、巯铝星闆r將使測定結(jié)果偏大的是。(以下選擇填空不限1個正確答案，均用字母編號填寫)

　　(a)CuO未全部還原為Cu(b)CuO受潮(c)CuO中混有Cu

　　(2)如果仍采用上述儀器裝置,其他方案可選用測定的物理量有

　　(a)m(Cu)和m(CuO)(b)m(N2)和m(H2O)(c)m(Cu)和m(H2O)(d)m(NH3)和m(H2O)

　　思路分析：根據(jù)本題的意圖是需要測定反應(yīng)物氧化銅和生成物水的質(zhì)量，從而利用氨和加熱條件下的氧化銅在化學(xué)反應(yīng)中的關(guān)系求出銅的相對原子質(zhì)量。氧化銅的質(zhì)量可直接從所取的藥品稱量中得知，測反應(yīng)生成的水的質(zhì)量時，應(yīng)考慮制得的氨氣中混有的水蒸氣對測量有干擾作用，應(yīng)予以排除，反應(yīng)后的氣體中必然夾雜著未反應(yīng)完的氨氣，吸收水蒸氣時也要考慮不能用濃硫酸作吸收劑，否則會同時吸入水蒸氣和氨氣，造成測量數(shù)據(jù)偏大。

　　(1)①NH4Cl和Ca(OH)2反應(yīng)可生成NH3，經(jīng)堿石灰干燥后(不能用濃H2SO4干燥)，因為濃H2SO4要吸收NH3)把NH3通入a裝置發(fā)生主體反應(yīng)，將反應(yīng)后生成的水蒸氣用C吸收(不能用濃H2SO4吸收)，因為還有未反應(yīng)的NH3也可被濃H2SO4吸收，這樣測量水的質(zhì)量就偏大，多余的NH3用濃H2SO4吸收，同時也防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入第二個C裝置中。

　�、�2NH3+3CuO=N2+3Cu+3H2O(設(shè)銅的相對原子質(zhì)量為x)

　　3(x+16)3×18

　　m(CuO)m(H2O)x=18m(CuO)/m(H2O)-16

　　或考慮計算銅的相對原子質(zhì)量的思路是：

　　n(CuO)=m(H2O)/18M(CuO)=m(CuO)/n(H2O)=18m(CuO)/m(H2O)M(Cu)=M(CuO)-16如果測量反應(yīng)前后硬質(zhì)玻璃管的質(zhì)量，則可測出反應(yīng)生成的銅的質(zhì)量，從測得的氧化銅的質(zhì)量可計算銅的相對原子質(zhì)量為：

　　M(Cu)=m(Cu)/n(CuO)=18m(Cu)/m(H2O)。

　　從測得的生成的水的質(zhì)量，也可計算銅的相對原子質(zhì)量為：

　　M(Cu)=m(Cu)/n(H2O)=18m(Cu)/m(H2O)。

　�、垡�使測定結(jié)果偏大，則m(H2O)m要偏小，其中(a)導(dǎo)致m(H2O)偏小(b)導(dǎo)致m(H2O)偏大(c)相當(dāng)于m(H2O)偏小。故選a、c。

　　(2)由于氣體的質(zhì)量難于測量，也難于收集，所以(b)(d)是不可選用的。

　　答案：(1)①bcacd吸收未反應(yīng)的氨防止空氣中水分進(jìn)入固體由黑色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色②③a、c(2)a、c

　　方法要領(lǐng)：本題意在考查定量測定的能力和運用信息的能力。儀器的選擇要從生成反應(yīng)物及能夠準(zhǔn)確測量生成物來考慮，B裝置產(chǎn)生混有水蒸氣的氨氣，因?qū)嶒炛幸獪y定后一反應(yīng)產(chǎn)生的水蒸氣，故應(yīng)先將氨氣中的水蒸氣除去，通過C得純NH3后再通過A與CuO反應(yīng)，因要測定生成的水的量，故再通過一次和C相同的裝置(不是同一裝置)只吸收水蒸氣而不吸收多余的氨氣，NH3有污染，不能排放到大氣中，同時為防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入干燥管、確保實驗準(zhǔn)確性，故最后再通過濃H2SO4，這是此類定量實驗中應(yīng)密切注意的，問題②、③關(guān)系式法不難得到結(jié)論，問題(2)中b和d均與Cu或關(guān)系，無法計算。