高二年级教学案第一章《氮族元素》 教师版.docx
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高二年级教学案第一章《氮族元素》教师版
第一节氮和磷
学习目标:
1、以物质结构元素周期律为指导,掌握氮族元素的性质及变化规律;
2、掌握氮气分子的结构特点和性质,以及氮的氧化物的性质;
3、了解氮的氧化物的污染与防治;
4、了解磷的性质。
重点:
氮气及氮的氧化物的性质
难点:
氮的氧化物溶于水的计算
第一课时
[复习]请同学们试说出在元素周期表中,同一主族元素有何递变规律?
同一周期元素有何递变规律?
一、氮族元素
[思考]请同学们把书打到第1页并阅读,试回答下列问题:
(1).氮族元素位于元素周期表中位置,氮族元素包括哪几种元素及它们的元素符号?
(2).氮族元素原子结构有何相同点、不同点?
1.周期表中位置:
第VA族,包括:
氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)。
原子结构示意图:
2.原子结构与性质关系:
a.相同点:
最外层均为5个电子。
b.不同点:
随核电荷数的递增,电子层数的增多,原子半径的增大,
得电子能力越来越弱——元素非金属性越来越弱,单质氧化性越来越弱;
失电子能力越来越强——元素的金属性越来越强,单质的还原性越来越强。
[思考]根据以上事实回答:
氮族元素性质的相似性和递变性?
a.性质的相似性:
a.最高正价为+5,最低负价为—3(Sb、Bi无负价)
b.最高价氧化物通式为R2O5(但正+3价Bi稳定)
c.最高价氧化物对应水化物的通式为H3RO4或HRO3(用R代表氮族元素)
d.气态氢化物的通式RH3,且稳定性为:
NH3>PH3>AsH3.
[注意]主要化合价:
P、As:
-3,+3,+5价;Sb、Bi:
+3,+5价;N:
-3,+1→+5价。
b.性质的递变性:
a.非金属性依次减弱,金属性依次增强(从表中亦可看出,N、P表现为明显的非金属,As虽为非金属,但已表现出一些金属性,而Sb、Bi已明显表现出金属性)
b.气态氢化物的稳定性由强到弱:
NH3>PH3>AsH3.
c.氢化物的还原性由弱到强:
NH3 d.最高价氧化物对应水化物的酸性由强到弱: HNO3>H3PO4>H3AsO4>H3SbO4 [思考] (1)N、O、F是同周期元素,根据O、F元素的单质与H2反应的能力,以及元素周期表中同周期元素的递变规律,分析O、N元素的非金属性强弱。 答案: N、O、F与H2反应条件要求逐渐降低,并且形成的氢化物稳定性: NH3 N (2)根据S、Cl单质与H2反应的能力,和最高价氧化物的水化物的酸性递变规律以及元素周期表中同周期元素的递变规律,分析P元素的非金属性强弱。 答案: P、S、Cl与H2化合条件要求逐渐降低,且形成的氢化物稳定性: PH3 H3PO4 P 结论: 氮族元素的非金属性比同周期卤素、氧族元素弱 请将相关的知识填入空格内 元素名称 元素符号 原子半径 nm 化合价 最高价氧化物的水化物 单质的性质 色态 密度 熔点0C 沸点0C 氮 N 0.075 -3,+1,+2, +3,+4,+5 HNO3 无色气体 1·251 g·L-1 -209.9 -195.8 磷 P 0.110 -3,+3,+5 H3PO4 白磷: 白色或黄色固体 红磷: 红棕色固体 1.82g·cm-3 (白磷) 2.34g·cm-3 (红磷) 44.1 (白磷) 280 (白磷) 砷 As 0.121 -3,+3,+5 H3AsO4 灰砷: 灰色固体 5.727g·cm-3 817 2.8MPa 613 (升华) 锑 Sb 0.141 +3,+5 Sb(OH)3 银白色 金属 6.684g·cm-3 630.7 1750 铋 Bi 0.152 +3,+5 Bi(OH)3 银白色或微显红色金属 9.80g·cm-3 271.3 1560 [练习] 1、氮族元素中原子半径最大的非金属是( C ) A、氮 B、磷 C、砷 D、铋 2、下列关于氮族元素的说法中不正确的是(C) A、原子的最外层均有5个电子,最高价均为+5价 B、非金属性比同周期的氧族元素和卤族元素弱 C、原子半径比同周期的氧族元素、卤族元素小 D、稳定性: NH3>PH3 3、已知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、C ) A、BiH3很稳定 B、Bi(OH)3显弱碱性 C、铋酸酸性比锑酸酸性强 4、试写出氮的五种价态的氧化物的化学式: N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5 二、氮气的结构和性质 (一)氮气 1、物理性质: 无色无味气体,难溶于水,与空气密度相近。 比较常见气体在常温常压下的溶解度。 难溶气体: N2(1: 0.02);H2(1: 0.02);微溶气体: O2(1: 0.2) 可溶气体: Cl2(1: 2)、H2S(1: 2.6)、CO2(1: 1);易溶气体: SO2(1: 40) 极易溶气体: HCl(1: 500)、NH3(1: 700) 2、结构: 电子式,结构式: ;分子中三键键能大,分子稳定,通常情况下,化学性质很不活泼。 3、化学性质: 在常温时,化学性质很不活泼;在高温或放电时可与某些物质反应。 ①与H2反应: 此反应是个可逆反应,工业上利用这一反应原理合成氨。 ②与O2反应: N2+O22NO(NO: 无色、不溶于水的有毒气体,很容易与空气中氧气反应) 2NO+O2=2NO2(红棕色,有刺激性气味气体,有毒,易溶于水,生成硝酸) 3NO2+H2O=2HNO3+NO(工业上利用这一反应制取硝酸) ③与某些金属反应: 3Mg+N2Mg3N2 Mg3N2为离子化合物,电子式: 思考: (1)把盛有NO2的试管倒立于水槽中,有何现象? 用拇指堵住试管口取出试管,试管口向上,移开拇指有何现象? 向试管内的溶液中滴加紫色石蕊试液有何现象? 答案: 水面上升,试管上部为无色气体;无色气体又变红色;变红色 (2)从氧化还原反应角度分析上述反应,可知“氮气既能表现氧化性,也能表现还原性” (3)写出镁在空气中燃烧的反应? (答案: 略) (4)中国有句农谚,叫做“雷雨发庄稼”,谁能解释这句话的含义? 请大家阅读教材第4页内容,再来理解这句农谚。 [答案]以上几个反应是在自然界中经常发生的重要反应。 在电闪雷鸣的雨天,会产生放电现象,由于放电,使空气中的N2和O2反应生成了NO,NO又被O2氧化成NO2。 NO2与水反应生成硝酸,随雨水淋洒到土壤中,并与土壤中的矿物质作用生成能被植物吸收的硝酸盐。 这样就使土壤从空气中得到氮,促使植物的生长。 (5)在新疆与青海两省交界处有一狭长山谷,当地牧民经常遇到在风和日丽的晴天顷刻间电闪雷鸣,狂风大作,人畜皆遭雷击而倒毙。 奇怪的是这里牧草茂盛,四季长青。 被当地牧民称为“魔鬼谷”。 请用化学方程式表示“魔鬼谷”牧草茂盛,四季长青的原因: (答案同上) 4、氮的固定: 将游离态的氮转变为化合态的氮的方法。 途径: 自然固氮: 如——雷雨固氮、生物固氮;人工固氮: 合成氨工业。 5、氮气的用途: 在工业上是合成氨、制硝酸的重要原料;在焊接和粮食贮存中作保护气;在医学上液氨作冷冻剂。 6、氮的存在 游离态: 大气中N2的体积比为78%、质量比为75%。 化合态: 无机物中(如硝酸钾等),有机物中(如蛋白质、核酸等)。 [小知识]光化学烟雾污染: NO和NO2是大气污染物。 空气中的NO和NO2污染物主要来自石油产品和煤燃烧的产物、汽车尾气以及制硝酸工厂的废气等。 近年来,光化学烟雾污染问题已引起人们的注意,而空气中的NO2是造成光化学污染的主要因素。 NO2在紫外线照射下,会发生一系光化学反应,产生一种有毒的烟雾——光化学烟雾,刺激呼吸器官,使人生病甚至死亡。 目前,随着汽车的增多,每天排放到大气中的废气(包括NO2)越来越多,汽车尾气污染问题已日益严重。 在世界的某些大城市,已经出现光化学元素烟雾,我国的一些城市也有了这种危险。 所以,加强对汽车尾气的治理已十分迫切。 目前,许多城市都已严格规定了汽车尾气的排放标准,并加强了检查力度。 一些城市的新闻机构还按时报告空气质量状况或发布空气质量日报,以使人们能清楚地了解生活环境的状况,增强环境保护意识。 [课堂练习] 1、氮的固定是指(D) A.植物从土壤中吸收含氮养料B.豆科植物根瘤菌将含氮化合物转变为植物蛋白质 C.将氨转变为硝酸及其他氮的化合物D.将空气中的氮气转变为含氮化合物 2.不属于氮的固定的变化是(D) (A)根瘤菌把氮气转化为氨(B)氮气和氢气在适宜条件下合成氨 (C)氮气和氧气在放电条件下合成NO(D)工业上用氨和二氧化碳合成尿素 3、在通常状态下,氮气的化学性质很不活泼,其原因是: (C) A、氮气分子是双原子分子B、氮原子的半径较小 C、氮分子中的N≡N键很牢固D、氮元素有多种化合价 4.现有M、R两种第ⅤA族元素,下列事实不能说明M的非金属性比R强的是(C、D)。 A、酸性: H3MO4>H3RO4B、气态氢化物稳定性: MH3>RH3 C、气态氢化物还原性: MH3>RH3D、化学反应中M比N易得电子 5、关于氮族元素(用R代表)的下列叙述正确的是(A) A.最高化合价是+5B.氢化物的通式为RH5 C.非金属性由上到下递增D.其含氧酸均为一元强酸 6、按As、P、N顺序减弱的是( B ): A、单质的氧化性 B、气态氢化物的还原性 C、气态氢化物的稳定性 D、最高价含氧酸的酸性 7、某元素R原子的最外层上有5个电子,它的含氧酸的钾盐的化学式不可能是( D ) A、KRO3 B、K3RO4 C、KRO2 D、K2RO4 8.下列关于砷(As)元素的叙述中,正确的是(A)。 A、在AsCl3分子中,砷原子最外层电子数为8 B、砷的相对原子质量为74.92,由此可知砷原子核内有42个中子 C、砷的氢化物的化学式为AsH3,它是一种强氧化剂 D、砷酸(H3AsO4)是强酸,其酸性与硫酸相似 第二课时 (二)、氮的氧化物 [思考]: 你能写出哪些氮的氧化物的化学式? 其中氮元素的价态分别是多少? 氮的氧化物中属于酸酐的有哪些? (教师解释酸酐概念) 氧化物 N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 化合价 +1 +2 +3 +4 +4 +5 酸酐 亚硝酐 硝酐 练习: 下列氧化物中属于酸酐的是(C) A、NOB、NO2C、P2O5D、N2O4 1、二氧化氮跟水的反应 [实验]: 装置如图所示(一支10mL量筒充满NO2)。 (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)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)。 写出此反应的化学方程式: 3NO2+H2O==2HNO3+NO 2、NO与NO2性质的比较: 请填入相关内容 NO NO2 物理性质 无色不溶于水,有毒气体 红棕色,易溶于水,有刺激性气味,有毒气体 与水 不反应 3NO2+H2O==2HNO3+NO O2,H2O 4NO+3O2+2H2O==4HNO3 4NO2+O2+2H2O==4HNO3 氧化性 2NO+2CO2===N2+2CO2(催化剂) (汽车尾气处理) 与KI,H2S反应 还原性 2NO+O2==2NO2 与KMnO4反应 收集方法 用排水法收集 用排空气法收集 特性 能与血液中的血红蛋白结合,中毒原理与CO相同 2NO2 N2O4+Q 思考: 1、NO2和溴蒸气都是红棕色有刺激性气味的气体,怎样加以区别? 答: a、溶于水: 在没有氧气存在的条件下,分别将NO2和Br2溶于水,NO2溶于水后的剩余气体为无色,而Br2溶于水后不仅溶液有颜色,而且剩下的气体也有颜色。 b、通入AgNO3溶液(最好): 可将两气体少许分别通入盛有AgNO3溶液的两个试管中,其中有一试管中出现浑浊,则原气体是Br2蒸气,另一试管无明显现象,原气体是NO2。 c、苯: 可将两气体少许分别通入盛有有机溶剂如苯的两个试管中,其中一个试管液体由无色变成棕红色,则通入的气体为溴蒸气,另一试管液体仍为无色,则气体为NO2。 2、实验室只能用排水法收集NO,为什么? 。 练习: ①NO和CO2的混合气体,通过足量的Na2O2后,剩余气体体积为原来的一半,则NO和CO2的体积比为(D) A.1: 1B.1: 3C.2: 1D.≤1: 1的任意比 ②某集气瓶内装的混合气体呈红棕色,加入足量的水后,盖上玻璃振荡,得棕色溶液,气体颜色消失,再打开玻璃后,瓶中气体又变为红棕色。 该混合气体可能是下列混合气中的(A) A、N2NO2Br2B、NON2NO2C、NOO2NO2D、N2O2Br2 3、磷 (1)磷的同素异形体: 白磷和红磷 名称 白磷(P4) 红磷 结构 正四面体型键角400 由4个P原子组成,分子式: P4 复杂 颜色状态 白色蜡状固体 红色粉末状固体 溶解性 不溶于水,易溶于CS2 不溶于水,不溶于CS2 毒性 剧毒 无毒 着火点 点燃 低(400)易自燃 点燃 高(2400)可燃 与O2反应 P4+5O2====2P2O5 易被氧化,发磷光 4P+5O2=====P2O5 不易被氧化 与Cl2反应 点燃 2P+3Cl2====2PCl3(无色油状液体)现象: 白色 PCl3+Cl2==PCl5(固体)烟雾 保存 少量用水密封保存 贮存在密闭容器中 用途 制造磷酸、燃烧弹和烟幕弹 制造农药和安全火柴 相互转化 (2)磷的氧化物P2O5: 白色粉末状固体,吸湿性很强,可做酸性干燥剂,为酸性氧化物。 冷水: P2O5+H2O=2HPO3(有毒) 热水: P2O5+3H2O=2H3PO4(无毒) (3)磷酸 a、物理性质: 纯净的磷酸为无色透明晶体,易溶于水,属高沸点酸(制HBr、HI) b、化学性质: 三元中强酸,具有酸的通性。 如: H3PO4+3NaOH=Na3PO4+3H2O H3PO4+2NaOH=Na2HPO4+2H2O H3PO4+NaOH=NaH2PO4+H2O c、磷酸盐: 可形成三种盐——正盐,一氢盐、二氢盐。 磷酸盐和磷酸一氢盐除钾、钠、铵盐外,一般不溶于水;所有的磷酸二氢盐均易溶于水。 d、磷的用途: 白磷(如制磷酸、燃烧弹、烟雾弹);红磷(制安全火柴,农药) 思考: 以第三周期为例比较氮族、氧族和卤族元素的性质差异。 磷(氮族)、硫(氧族)、氯(卤族)的比较 磷 硫 氯 跟氢气化合难易程度 很难跟H2直接化合 硫蒸气在加热时才能跟H2直接化合 Cl2和H2混合,在光照或点燃情况下迅速反应发生爆炸 气态氢化物的稳定性 PH3不稳定,易分解 H2S较不稳定,加热可分解 HCl很稳定,加热到1000℃时才开始分解 最高价氧化物对应水化物的化学式及酸性强弱 H3PO4是中强酸 H2SO4是强酸 HClO4为最强的含氧酸 结论 从氮族到卤族,非金属性逐渐增强 【课堂练习】 1.红磷和白磷在一定条件下可以相互转化,这一变化属于( B)。 A.物理变化 B.化学变化 C.氧化还原反应 D.非氧化还原反应 2.0.1mol红磷在一定量的氯气中燃烧,质量增加了15g,其产物为( C )。 A.只有 B. C. 和 D.无法确定 3.安全火柴盒的侧面所涂的物质是某一混合物,其中含有( B )。 A.白磷和三硫化二锑 B.红磷和三硫化二锑 C.氯酸钾、二氧化锑和硫等 D.硝酸钾、二氧化锑和硫等 4、能证明氮元素比磷元素非金属性强的事实是 ( A、D ) A、NH3在空气中不能燃烧,而PH3在空气中能燃烧 B、氮气在常温下是气体,而磷单质是固体 C、氮气在空气中不能燃烧,磷在空气里可以燃烧 D、硝酸的酸性比磷酸强 【巩固练习】 1、通常情况下,磷单质比氮气化学性质活泼,其理由是(C) A.氮气是双原子分子B.原子半径P>N C.氮分子中有三个共价键,其键能大D.相对原子质量P>N 2、据报道,科学家已成功合成了少量N4,有关N4的说法正确的是(A) A.N4是N2的同素异形体B.N4是N2的同位素 C.相同质量的N4和N2所含原子个数比为1︰2D.N4的摩尔质量是56g 3、下列现象的产生与人为排放大气污染物——氮氧化物无关的是(A) A.闪电B.光化学烟雾C.酸雨D.臭氧层空洞 4、下列气体不会造成大气污染的是(B) A.二氧化硫B.氮气C.一氧化碳D.一氧化氮 5、Murad等三位教授最早提出NO分子在人体内有独特功能,近年来此领域研究有很大进展,因此这三位教授荣获了1998年诺贝尔医学及生理学奖。 关于NO的下列叙述不正确的是(D) A.NO可以是某些含低价N物质氧化的产物B.NO不是亚硝酸酐 C.NO可以是某些含高价N物质还原的产物D.NO是红棕色气体 6、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,从某种意义上讲,可将P2O5、SO2、SO3、CO2、Cl2O7等归为一类,则下列氧化物中与它们同属一类的是(C) A、COB、NOC、N2O5D、NO2 7、农业及城市生活污水中含磷。 对于处理污水时要不要除去磷,有以下几种意见,你认为正确的是(D) A、磷是生物的营养元素,不必除去B、含磷的污水是很好的肥料,不必处理 C、磷对人无毒,除去与否都无关紧要 D、含磷的污水排到自然水体中能引起藻类增殖,使水变质,必须除去。 8、白磷易溶于 形成溶液,磷元素在该溶液中存在的形式是(A ) A. 分子B.磷原子C. 分子D. 或 分子 9、亚磷酸(H3PO3)与NaOH溶液反应只生成Na2HPO3和NaH2PO3两种盐,则可推断亚磷酸是(B) A、一元酸B、二元酸C、三元酸D、不能确定 10、下列各组气体分别通入水中,其中一种气体消失,另一种气体体积增大的是(B) ①HCl、CO2②O2、F2③NO、NO2④H2S、SO2 A、①②B、②③C、③④D、①④ 11.在城市空气中含有浓度较大的一氧化碳、氮的氧化物等大气污染物,这些污染物的主要来源是(C)。 A、硫酸工业排放的废气B、氨氧化法制硝酸中吸收塔排放的废气 C、汽车尾气D、煤炭不完全燃烧产生的废气 12、在氮的氧化物中,氮、氧质量比为7: 12,则氮的化合价为( B ) A、+2 B、+3 C、+4 D、+5 13.砷为第四周期第VA族,根据砷在周期表中的位置推测,砷不可能具有的性质是: (B、D) A、砷在通常情况下是固体 B、As2O5对应水化物酸性比H3PO4强 C、可以有—3、+3、+5等多种化合价 D、AsH3比PH3稳定 15.Na3N是离子化合物,它能与水反应生成氨气。 以下关于Na3N的说法中正确的是(A、C) A.Na3N与盐酸反应时可生成两种盐 B.在Na3N与水的反应中Na3N是还原剂 C.在Na3N分子中Na+的半径比N3-的半径小 D.Na+与N3-的电子层结构都与氩原子的结构相同 16.下列大气污染物中,能与人体血红蛋白结合而引起中毒的气体是(A、D) A、NO B、CO2 C、NO2 D、CO 17.将足量的NO2和一定量的SO2混合气体通入氯化钡中,产生的沉淀(C)。 A、不可能是亚硫酸钡B、一定是亚硫酸钡 C、一定是硫酸钡D、一定是亚硫酸钡和硫酸钡 18.在体积为V升的密闭容器中通入a摩尔NO和b摩尔O2,反应后容器内氮原子数和氧原子数之比为(C) A、a/b B、a/2b C、a/(a+2b) D、a/2(a+b) 19.某氮的氧化物和一氧化碳在催化剂的作用下充分反应,生成氮气和二氧化碳。 若测得氮气和二氧化碳的物质的量之比为1: 2,则该氮的氧化物是(B) A、N2O B、NO C、NO2 D、N2O5 20.某元素的最高价氧化物为R2O5,该元素的气态氢化物中含氢的质量分数为8.82%,又知该元素的原子核内质子数比中子数少1,试推断: ⑴该元素的名称是磷,在元素周期表中的位置是第3周期VA族。 ⑵该元素的最高价氧化物对应水化物的酸性与同周期非金属元素最高价含氧酸的比较,由小到大的顺序应为(写化学式): 21、某主族元素R,其最高正价与最低负价绝对值之差为2,则其最高价氧化物的化学式为__;其最高价氧化物对应水化物的化学式为_____;其气态氢化物的化学式为__,电子式为_________________。 (R2O5、 HRO3或H3RO4 、RH3 、略) 22、农作物生长发育需要大量的氮养分,除了可用人工固氮方法(合成氨)获得氨态氮外,自然界雷电现象也是一种固氮途径,经由雷电固定的氮是硝态氮(硝酸或硝酸盐形式),其相关的化学方程式为 N2+O22NO,2NO+O2=2NO2,3NO2+H2O=2HNO3+NO 23、工厂里常采用NaOH溶液吸收NO、NO2,使其转化为化工厂产品NaNO2。 请写出其化学反应方程式_NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O___________,其原子经济百分数为_100%__。 第三课时 有关NO、NO2、O2……混合气体溶于水的计算 1、NO2混合气体溶于水: 依据反应方程式: 3NO2+H2O===2HNO3+NO 例1、标准状况下,将充满NO2气体的体积为V的试管倒置于盛水的水槽内,假设溶质不扩散。 求剩余气体的体
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