高中人教版 (2019)第二节 氮及其化合物图文课件ppt

这是一份高中人教版 (2019)第二节 氮及其化合物图文课件ppt，共51页。PPT课件主要包含了必备知识·自主学习，NO2，②硝酸的强氧化性，物理性质，硝酸的性质，化学性质，分类属于强酸，价态最高价，特性不稳定性，具有酸的通性等内容，欢迎下载使用。
一、硝酸1.物理性质
2.硝酸的化学性质(1)硝酸的酸性硝酸溶于水的电离方程式为______________(2)硝酸的不稳定性 浓硝酸见光或受热会分解,化学方程式为___________________________
HNO3====H++
4HNO3 4NO2↑+O2↑+2H2O
(3)硝酸的强氧化性①实验探究
4HNO3(浓)+Cu====Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
8HNO3(稀)+3Cu====3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
4HNO3(浓)+C CO2↑+4NO2↑+2H2O
3.硝酸的用途与工业制法(1)用途:
(2)工业制法:①工业流程: ②写出有关化学方程式:N2→NH3:____________________。NH3→NO:____________________。NO→NO2:______________。NO2→HNO3:____________________。
N2+3H2 2NH3
4NH3+5O2 4NO+6H2O
2NO+O2====2NO2
3NO2+H2O====2HNO3+NO
【自主探索】　(1)实验室中如何保存浓硝酸?提示:保存浓硝酸用棕色瓶、磨口玻璃塞保存,并置于阴凉处。(2)(知识串联)为什么长时间放置的浓硝酸呈黄色?如何除去浓硝酸中的黄色?提示:浓硝酸常呈黄色是因为HNO3分解生成的NO2溶于HNO3中,去掉黄色的方法是通入少量O2(空气),使其发生反应:4NO2+O2+2H2O====4HNO3。
(3)(情境思考)第二次世界大战中,玻尔被迫离开将要被德国占领的祖国。为了表示他一定要返回祖国的决心,他决定将诺贝尔金质奖章溶解在一种溶液里,装于玻璃瓶中。后来,纳粹分子窜进玻尔的住宅,那瓶溶有奖章的溶液就在眼皮底下,他们却一无所知。战争结束后,玻尔又从溶液中还原提取出金,并重新铸成奖章。那么,玻尔是用什么溶液使金质奖章溶解的呢?原来他用的溶液叫王水。王水是浓硝酸和浓盐酸按1∶3的体积比配制成的混合溶液。该混合物能溶解哪些常见金属?提示:王水能使不溶于硝酸的金、铂等溶解。
无色、有刺激性气味的液体，具有挥发性，可以任意比例溶于水
具有强氧化性，能与金属、非金属、还原性化合物反应
二、SO2与NO2对大气的污染1.SO2和NO2的主要来源、危害和防治
【自主探索】　(情境思考)1930年12月,时值隆冬,大雾笼罩了整个比利时马斯河谷工业区。这种反常气候变化造成人员大量伤亡,当时有关研究部门认为硫的氧化物是主要的致害物质。硫的氧化物主要成分是什么?容易形成哪种污染现象? 提示:硫的氧化物主要成分是二氧化硫和三氧化硫,容易形成酸雨。
　知识点一　多角度突破HNO3的强氧化性 1.规律(1)浓硝酸 NO2,稀硝酸 NO。(2)硝酸的浓度越大,反应温度越高,其氧化性越强。(3)还原剂一般被氧化成最高价态。
2.浓硝酸(1)金属单质:浓硝酸与金属反应生成的气体主要是NO2。①与不活泼金属单质2HNO3(浓)+Ag====AgNO3+NO2↑+H2O4HNO3(浓)+Cu====Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O②铁和铝常温下遇浓硝酸钝化,钝化是化学变化。
(2)非金属单质:浓硝酸在加热情况下能与非金属单质反应,本身被还原为NO2,非金属单质一般被氧化成最高价含氧酸或最高价氧化物。C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2OS+6HNO3(浓) H2SO4+6NO2↑+2H2O。
3.稀硝酸常温下稀硝酸与绝大多数金属单质反应生成的气体主要是NO,不产生氢气。(1)稀硝酸与铜反应8HNO3(稀)+3Cu====3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。
(2)稀硝酸与铁反应①反应过程:先发生:Fe+4HNO3(稀)====Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,后发生:Fe+2Fe(NO3)3====3Fe(NO3)2②反应物用量与产物的关系
4.硝酸与还原性化合物的反应
【规律方法】金属与硝酸反应的规律(1)硝酸与金属反应时,一般既表现强氧化性,又表现酸性,参加反应的硝酸部分被还原,还有一部分仍以 形式存在。(2)浓硝酸与金属反应的过程中,浓度逐渐减小,还原产物有可能是NO和NO2的混合物,最终溶液中仍有 。(3)金属与硝酸反应时,金属被氧化为最高价态。
【合作探究】1.向Fe(NO3)3溶液中逐渐加入足量铁粉,则溶液颜色有何变化?提示:由2Fe3++Fe====3Fe2+可知,溶液颜色由棕黄色变成浅绿色。2.(教材二次开发)教材“硝酸具有很强的氧化性,硝酸的浓度不同,与金属反应的产物也不同”,浓硝酸、稀硝酸与Cu反应产物分别为NO2、NO,反应中稀硝酸化合价降低较多,说明稀硝酸氧化性比浓硝酸强,对吗?(宏观辨识与微观探析) 提示:浓硝酸氧化性比稀硝酸强,与Cu反应时浓HNO3反应更剧烈。
(情境应用)硝酸铜的无水物和水合物都是蓝色晶体,但性质有很大不同。水合硝酸铜常用于在学校中演示原电池反应。但都有氧化性,与炭粉、硫黄或其他可燃性物质加热打击和摩擦时,发生燃烧爆炸。 你能写出由铜粉制备硝酸铜的可能途径吗?试评价哪种途径更好?
提示:途径一:3Cu+8HNO3(稀)====3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。途径二:Cu+4HNO3(浓)====Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。途径三:2Cu+O2 2CuO,CuO+2HNO3====Cu(NO3)2+H2O。途径三更优。原因是制备等量的Cu(NO3)2消耗的硝酸最少且无污染性气体产生。
【典例示范】【典例】(2020·金华高一检测)某化学兴趣小组对废铁屑做如图所示的处理。相关分析正确的是(　　)A.滤液的溶质是Fe(NO3)3B.该实验中发生的反应都为氧化还原反应C.沉淀X为Fe(OH)2D.沉淀X受热分解得到FeO
【解题指南】解答本题要明确如下四点:(1)硝酸具有强氧化性,能够把铁氧化成Fe3+;(2)Fe3+具有强氧化性,能够被铁还原成Fe2+;(3)Fe(OH)2具有强还原性,能够被氧气氧化成Fe(OH)3;(4)铁的氢氧化物受热分解成相应价态的铁的氧化物和水。
【解析】选C。硝酸少量,说明铁过量,则此时铁和稀硝酸反应生成Fe(NO3)2,反应的化学方程式为3Fe+8HNO3====3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O,故A错误;Fe(NO3)2和过量氨水发生复分解反应生成Fe(OH)2白色沉淀,反应的离子方程式为Fe2++2NH3·H2O====Fe(OH)2↓+2 ,故B错误;沉淀X为Fe(OH)2,故C正确;Fe(OH)2具有强还原性,在空气中加热时首先被氧气氧化成Fe(OH)3,Fe(OH)3受热分解成Fe2O3和H2O,反应的化学方程式依次为4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3,2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O,故D错误。
　【母题追问】(1)在铁和稀硝酸的反应中,硝酸表现何种性质?提示:在该反应中部分硝酸中氮元素的化合价降低变成NO,表现氧化性;部分硝酸变成Fe(NO3)2,氮元素的化合价不变,表现酸性。(2)向滤液中加入少量的稀盐酸,有何现象?提示:滤液的溶质是Fe(NO3)2,含有Fe2+和 ,加入少量的稀盐酸后,溶液中的H+与 结合成HNO3,HNO3把Fe2+氧化成Fe3+,自身被还原成NO。所以现象为溶液由浅绿色变成棕黄色,并且有无色气泡产生,气泡在液面处变成红棕色。
【误区警示】硝酸的强氧化性(1)浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红,后褪色。(2)反应温度越高,硝酸浓度越大,其氧化性越强。(3)硝酸与铁反应,当硝酸过量时产物为Fe(NO3)3,铁过量时为Fe(NO3)2。(4) 在中性和碱性溶液中不表现强氧化性,但在酸性溶液中表现强氧化性。因此,在离子共存问题中,当溶液中有H+、 存在时,Fe2+、S2-、I-、 、Br-等还原性离子不能存在。
【素养训练】1.下列反应中硝酸既能表现出酸性又表现出氧化性的是(　　)A.使石蕊试液变红B.与铜反应放出NO气体,生成Cu(NO3)2C.与Na2CO3反应放出CO2气体,生成NaNO3D.与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2【解析】选B。在上述反应A、C项中HNO3均表现出酸性。在B、D项中HNO3中氮元素的化合价均降低,表现出氧化性,并且在B项中又有Cu(NO3)2和水生成,说明此反应中HNO3还表现出酸性。
2.下列反应的化学方程式书写正确的是(　　)A.铁与稀硝酸反应:Fe+2HNO3====Fe(NO3)2+H2↑B.稀硫酸与Ag反应:2Ag+H2SO4 ==== Ag2SO4+H2↑C.稀硝酸和碳酸钙反应:2HNO3+CaCO3 ==== Ca(NO3)2+CO2↑+H2OD.稀硝酸和FeO反应:2HNO3+FeO ==== Fe(NO3)2+H2O【解析】选C。金属与硝酸反应一般不会生成氢气,A项错误;金属活动性顺序中氢之后的金属不能与稀硫酸反应,B项错误;稀硝酸具有强氧化性,与FeO发生氧化还原反应,将FeO氧化为Fe(NO3)3,本身被还原为NO,D项错误。
3.已知Fe3+溶液为棕黄色,Fe2+溶液为浅绿色,向Fe(NO3)2溶液中逐滴加入少量稀盐酸时,溶液的颜色变化应该是(　　)A.颜色变浅　　　　　B.变为红色C.没有改变　　　　D.变为棕黄色【解析】选D。Fe(NO3)2溶液中加入稀盐酸, 在H+存在时具有强氧化性,能将Fe2+氧化为Fe3+,溶液由浅绿色逐渐变为棕黄色。
　知识点二　硝酸与金属反应的计算 1.原子守恒法在解题中的应用HNO3与金属反应时,一部分HNO3起酸的作用,以 的形式存在于溶液中,另一部分HNO3作为氧化剂转化为还原产物,这两部分HNO3中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量。n(HNO3)总=x·n[M(NO3)x]+n(NO2)+n(NO)。2.电子守恒法在解题中的应用HNO3与金属的反应属于氧化还原反应,HNO3中氮原子得到的电子的物质的量等于金属失去的电子的物质的量,即金属失电子的物质的量=n(NO2)+3n(NO)。
3.“电荷守恒法”在解题中的应用HNO3过量时,反应后溶液中(不考虑OH-)有:c( )=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)。4.“离子方程法”在解题中的应用金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时,由于硝酸盐中 在H2SO4提供H+的条件下能继续与金属反应,因此此类题目应用离子方程式来计算,先做过量判断,然后根据完全反应的金属或H+或 进行相关计算,且溶液中要符合电荷守恒。
【合作探究】1.(思维升华)将1.92 g铜粉与一定量的浓硝酸反应,当铜粉完全反应时收集到气体1.12 L(标准状况下),则所消耗硝酸的物质的量是多少?(证据推理与模型认知)提示:0.11 ml。铜与HNO3反应时,消耗的HNO3转变为Cu(NO3)2和氮的氧化物(NO2或NO)。n(Cu)= =0.03 ml;n(气体)= =0.05 ml;所以共耗HNO3的物质的量n(HNO3)=0.03 ml×2+0.05 ml=0.11 ml。
2.(情境应用)浓硝酸是强氧化剂,遇有机物、木屑等能引起燃烧。含有痕量氧化物的浓硝酸几乎能与除铝和含铬特殊钢之外的所有金属发生反应。某金属单质跟一定浓度的硝酸反应,假定只有单一的还原产物。当参加反应的金属与被还原的硝酸的物质的量之比为2∶1时,还原产物可能是什么?提示:N2O3、N2O。设金属的化合价为+n,硝酸的还原产物中氮的化合价为+x,则由得失电子守恒得:2×(n-0)=1×(5-x),即x=5-2n。讨论:①当n=1时,x=3,硝酸的还原产物为N2O3;②当n=2时,x=1,硝酸的还原产物为N2O;③当n=3时,x=-1,不合理,舍去。由于金属离子一般不出现+4以及以上的价态,故不再讨论。
【典例示范】【典例】将6.4 g铜加入50 mL a ml·L-1的硝酸溶液中,铜全部溶解,得到NO2和NO的混合气体。将反应后溶液稀释至100 mL,测得 的浓度为3 ml·L-1。(1)混合气体中NO2和NO的总物质的量为________ ml(用含a的式子表示)。 (2)稀释后的溶液中H+的物质的量浓度为______________ ml·L-1。 【解题指南】解答本题注意以下两点:(1)注意硝酸的用量。(2)注意原子守恒法在解题中的应用。
【解析】因为得到NO2和NO混合气体,说明原硝酸溶液为浓HNO3。发生的反应有:Cu+4HNO3(浓)====Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O和3Cu+8HNO3(稀)====3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。由n(Cu)= =0.1 ml和反应后溶液中含有n( )=0.1 L×3 ml·L-1=0.3 ml可知:反应完毕后还有HNO3剩余。剩余n(HNO3)为0.3 ml-0.1 ml×2=0.1 ml。
(1)中,由N原子守恒得n(NO2)+n(NO)=n(HNO3)总-n( )余=(0.05a-0.3) ml。(2)中,因为与Cu2+组合的n( )=2n(Cu2+)=2×0.1 ml=0.2 ml,故溶液中与H+结合的n( )=0.3 ml-0.2 ml=0.1 ml,则c(H+)= =1.0 ml·L-1。答案:(1)0.05a-0.3 　(2)1.0
【母题追问】(1)若标准状况下,NO2和NO的混合气体体积为2.24 L,则 NO2和NO的体积各为多少?提示:1.12 L,1.12 L。设生成的NO、NO2的物质的量分别为n1,n2。由题意及关系式得:
则 解得n1=0.05 ml,n2=0.05 ml。则V(NO)=1.12 L,V(NO2)=1.12 L。
(2)若标准状况下,NO2和NO的混合气体体积为2.24 L,则上题中a的值是多少?提示:8。由(1)得NO2和NO的混合气体的物质的量是0.1 ml,由N原子守恒得n(NO2)+n(NO)=n(HNO3)总-n( )余=(0.05a-0.3) ml,即0.05a-0.3=0.1,则a=8。
【素养训练】　(2020·舟山高一检测)35.2 g FeS与1 000 mL 1.3 ml·L-1硝酸溶液恰好完全反应,反应后氧化产物为Fe2(SO4)3和Fe(NO3)3,则硝酸的还原产物为(　　)A.N2　　　B.N2O　　　C.NO　　　D.NO2
【解析】选B。n(FeS)= =0.4 ml,n(HNO3)=1.3 ml,硫元素从反应前的-2价升高到反应后的+6价,失去8个电子,升高总数为8,0.4 ml硫元素失去3.2 ml电子,铁元素从反应前的+2价升高到反应后的+3价,失去1个电子,升高总数为1,0.4 ml Fe元素失去0.4 ml电子,则根据氧化还原反应中电子得失相等,N元素共得到3.6 ml电子,因S～ Fe2(SO4)3,所以n[Fe2(SO4)3]= 。据铁守恒,Fe2(SO4)3中Fe物质的量= ,则还剩余的Fe元素必定在Fe(NO3)3中,Fe(NO3)3中Fe物质的量=0.4 ml- = ,所以Fe(NO3)3中氮元素物质的量= ×3=0.4 ml。
因为一共有1.3 ml N元素,所以被还原的N元素物质的量=1.3 ml-0.4 ml=0.9 ml,0.9 ml N元素共得到了3.6 ml电子,平均每ml N元素得到4 ml电子,即1个N原子得到4个电子,从+5价下降到+1价,而已知+1价的N元素只能形成N2O。
【加固训练】　　如图表示Cu与HNO3反应的量的关系,A、B、C、D四点中表示铜与稀硝酸反应中被还原的HNO3与Cu的量的关系的点是(　　) 【解析】选A。Cu与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu+8HNO3====3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,由化学方程式可知参加反应的HNO3只有 被还原,故被还原的HNO3与Cu的关系为3Cu～2HNO3(被还原)。