化学必修 第一册第3章 物质的性质与转化第3节 氮的循环导学案

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物质特殊的转化关系与常见气体的制备探 究 任 务1．学会从物质类别、元素价态角度认识物质转化的规律、特点，会书写有关反应方程式，建立变化观念与平衡思想的核心素养。2．了解常见气体的制备原理、仪器装置，依据气体的性质选择净化、收集尾气处理方法，培养科学探究与创新意识的核心素养。物质特殊的转化关系1．直线型转化关系“ABC(酸或碱)”NH3(N2)NONO2HNO3；H2S(S)SO2SO3H2SO4；CH4(C)COCO2H2CO3；NaNa2ONa2O2NaOH。2．三角型转化关系“”【例1】　非金属单质A经如图所示的过程转化为含氧酸D，已知D为强酸，请回答下列问题：(1)若A在常温下为固体，B是能使品红溶液褪色的有刺激性气味的无色气体。①D的化学式是________________。②在工业生产中，B气体的大量排放会形成________而污染了环境。(2)若A在常温下为气体，C是红棕色的气体。①A、C的化学式分别是A________、C________。②D的浓溶液在常温下可与铜反应并生成C气体，请写出该反应的化学方程式：______________________________________________________________________________________________________________________________。该反应________(填“属于”或“不属于”)氧化还原反应。[解析]　(1)若B是能使品红溶液褪色的有刺激性气味的无色气体，则B是SO2，C是SO3，D是H2SO4；若大量排放SO2，则会形成酸雨。(2)若C是红棕色气体，则C为NO2，B为NO，A为N2，D为HNO3，浓硝酸可与Cu反应：4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，此反应有化合价升降变化，属于氧化还原反应。[答案]　(1)①H2SO4　②酸雨　(2)①N2　②NO2②Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O　属于1．已知某物质X能发生如下转化：下列有关上述转化关系中物质及其反应的叙述错误的是(　　)A．若X为N2或NH3，则A为硝酸B．若X为S或H2S，则A为硫酸C．若X为非金属单质或非金属氢化物，则A不一定能与金属铜反应生成YD．反应①和②一定为氧化还原反应，反应③一定为非氧化还原反应D　[A项，若X为N2或NH3，Y为NO，Z为NO2，则A为硝酸，正确；B项，若X为S或H2S，Y为SO2，Z为SO3，则A为硫酸，正确；C项，若X为非金属单质或非金属氢化物，A为硝酸或硫酸时，稀硝酸与Cu反应生成Y，浓硝酸和Cu反应不生成Y，且Cu与稀硫酸不反应，则A不一定能与金属铜反应生成Y，正确；D项，反应①和②一定为氧化还原反应，反应③若为二氧化氮和水的反应也为氧化还原反应，错误。]2．Ⅰ.常见无机物A、B、C、D、E、X存在如图转化关系。已知A、B、C、D的焰色试验都呈黄色，其中A为单质，X是常见的无色无味气体(部分生成物和反应条件略去)。请回答：(1)组成单质A的元素符号为________。(2)写出由C转化为D的化学方程式：_________________________。Ⅱ.A、B、C、D为四种常见物质。A是金属单质，且A的合金用量最大。这四种物质具有如图所示的转化关系(部分生成物和反应条件略去)。请回答：(1)向溶液C中滴加硫氰酸钾溶液，溶液变________色。(2)写出图中反应C＋A―→B的离子方程式：______________________________________。[解析]　Ⅰ.A、B、C、D的焰色试验都呈黄色，均含有Na元素，其中A为单质，则A为Na，钠与水反应生成NaOH与氢气，可推知E为H2，B为NaOH，X是常见的无色无味气体，能与NaOH连续反应，可知X为CO2，C为Na2CO3，D为NaHCO3。Ⅱ.A、B、C、D为四种常见物质。A是金属单质，且A的合金用量最大，则A为铁。铁与氯气反应生成氯化铁，C为FeCl3，铁与盐酸反应生成氯化亚铁，B为FeCl2，D与一氧化碳反应生成铁，则D可能为铁的某种氧化物。[答案]　Ⅰ.(1)Na　(2)Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3Ⅱ.(1)红　(2)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋1．5种常见物质X、Y、Z、E、F均含有同一元素M，已知Y是单质，Z是NO(一氧化氮)，在一定条件下它们有如下转化关系：X可能是一种氢化物吗？X―→Y可能是非氧化还原反应吗？试举例说明。[提示]　Z是NO，E是NO2，F是HNO3，Y可能是N2或NH3。如Y是N2则可通过反应8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl转化为N2，所以X可能是氢化物NH3；如Y是NH3则可通过反应Ca(OH)2＋2NH4Cl2NH3↑＋CaCl2＋2H2O转化为NH3，此反应为非氧化还原反应。2．已知A、B、C、D之间的转化关系如图所示：(1)若A为Fe，D为H2，则B一定为酸吗？[提示]　不一定，B也可能是H2O。(2)若A、B、C、D均为10电子微粒，且C是可使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，则A、B、C、D各是什么微粒？写出其转化方程式。[提示]　C为NH3，可由OH－和NH反应生成：NH＋OH－NH3↑＋H2O。常见气体的制备1．常见气体的实验室制法①　　　　　　　②　　　　　　③④　　　　　　　⑤　　　　　　⑥制取物质试剂反应原理(化学方程式)发生装置氯气MnO2、浓盐酸MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋2H2O＋Cl2↑⑤或⑥氢气Zn、稀盐酸(稀硫酸)Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑(Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑)②或③或④二氧化碳CaCO3、稀盐酸CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O②或③或④氨NH4Cl、Ca(OH)22NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O①氧气KMnO42KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑①H2O22H2O22H2O＋O2↑②2．气体的干燥 液态干燥剂固态干燥剂装置常见的干燥剂浓硫酸(酸性)无水氯化钙(中性)碱石灰(碱性)可干燥的气体H2、O2、Cl2、SO2、CO2、CO、CH4、N2等H2、O2、Cl2、SO2、N2、CO、CO2、CH4等H2、O2、N2、CH4、NH3等不可干燥的气体还原性的气体及碱性气体，如HBr、HI、H2S、NH3等NH3等Cl2、SO2、CO2、NO2等3．气体的净化易溶于水的气体杂质可用水吸收；酸性气体杂质可用碱性物质吸收；碱性气体杂质可用酸性物质吸收；能与杂质气体发生反应生成沉淀或可溶性物质的物质，也可作为吸收剂；水蒸气为杂质气体时，可用干燥剂吸收。4．气体的收集收集方法收集气体的类型收集装置可收集的气体排水法难溶于水或微溶于水，且不与水反应的气体O2、H2、N2、Cl2(饱和NaCl溶液)、NO、CO2(饱和NaHCO3溶液)、CO等排空气法向上排空气法与空气不反应且相对分子质量大于空气平均相对分子质量的气体Cl2、SO2、NO2、CO2等向下排空气法与空气不反应且相对分子质量小于空气平均相对分子质量的气体H2、NH3等【例2】　如图所示，A、B、C是实验室常用的三种制取气体的装置。提供的药品有：大理石、浓盐酸、稀盐酸、锌粒、二氧化锰、氯化铵、熟石灰。现欲利用这些药品分别制取NH3、Cl2、H2、CO2四种气体，试回答下列问题：A　　　　B　　　　C(1)选用A装置可制取的气体有________；选用B装置可制取的气体有________；选用C装置可制取的气体有________。(2)标号①、②的仪器名称分别为________、________。(3)写出制取氨气的化学方程式：___________________________________。若要获得干燥氨气，可选用下列干燥剂中的________(填序号)。a．生石灰　　　　b．浓硫酸　　　　c．五氧化二磷[解析]　A装置是固体或固体混合物加热制取气体的装置，B装置是液体与固体不加热制取气体的装置，C装置是液体与固体或液体与液体混合物加热制取气体的装置。氨气是碱性气体，可用碱性干燥剂干燥，但不能用酸性干燥剂干燥。[答案]　(1)NH3　H2、CO2　Cl2(2)分液漏斗　圆底烧瓶(3)2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O　a1．实验室制备下列气体时，所用方法正确的是(　　)A．制氧气时，用Na2O2或H2O2作反应物可选择相同的气体发生装置B．制氯气时，用饱和NaHCO3溶液和浓硫酸净化气体C．制一氧化碳时，用向上排空气法收集气体D．制二氧化氮时，用水或NaOH溶液吸收尾气A　[用过氧化钠和过氧化氢制备氧气时，均可采用固液不加热的制气体装置，A项正确；氯气溶于水生成盐酸和次氯酸，盐酸与碳酸氢钠溶液反应生成CO2，B项错误；一氧化碳密度与空气密度接近，不能用排空气法收集，C项错误；不能用水吸收制取二氧化氮的尾气，因为二氧化氮与水生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮不溶于水造成污染，D项错误。]2．如下图是制取、净化并测量生成气体体积的装置示意图。利用上述装置进行下表所列实验，能达到实验目的的是(　　)物质实验　　a(液体)b(固体)c(液体)A稀盐酸锌粒浓硫酸B浓氨水生石灰浓硫酸C浓硫酸铜片NaOH溶液D稀硝酸铜片H2OA　[A、B、C、D项中产生的气体依次分别为H2、NH3、SO2、NO；B项NH3不能用浓硫酸干燥；C项浓硫酸与Cu反应需要加热；D项中产生的NO与O2反应，测得V(NO)不准确。]用下列一些实验装置制气体时能做到“随关随停”“随开随用”。1．实验室制备SO2用到的试剂是什么，原理是什么？能否用上述仪器装置制备？[提示]　实验室制备SO2用到的试剂是Na2SO3粉末和较浓的H2SO4，反应原理为Na2SO3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋H2O，因为Na2SO3为粉末状固体，故不能用上述装置制备。2．实验室制备H2S用到的试剂是什么，原理是什么？能否用上述仪器装置制备？[提示]　实验室制备H2S气体用FeS固体和稀硫酸，反应原理为FeS＋H2SO4===FeSO4＋H2S↑，因为FeS为块状固体，H2S难溶于反应液，FeSO4易溶于水，故可用上述装置制备。3．实验室制备CO2气体能否用Na2CO3和稀盐酸或石灰石和稀硫酸，为什么？[提示]　不能，Na2CO3和稀盐酸反应太快，不易控制，石灰石和稀硫酸反应生成CaSO4，它微溶于水，附着在CaCO3固体表面，阻碍反应进一步发生。1．用下列装置收集Cl2并进行尾气吸收，其中最合理的是(　　) A　　　 　　B　　　 　　C　　　 　　DC　[由于ρCl2＞ρ空气，故采用向上排空气法收集Cl2，即导气管在试管中“长进短出”，排除A、B两项；用NaOH溶液吸收Cl2，为防止倒吸应使用倒扣漏斗，排除D项。]2．为了净化和收集由盐酸和大理石制得的CO2气体，从下图中选择合适的装置并连接。合理的是(　　)A．a—a′→d—d′→e　 B．b—b′→d—d′→gC．c—c′→d—d′→g   D．d—d′→c—c′→fC　[由盐酸和大理石制得的CO2气体中会含有杂质H2O(g)和HCl，除杂的试剂分别为浓硫酸和饱和碳酸氢钠溶液，应先让气体通过饱和NaHCO3溶液除去HCl，再通过浓硫酸干燥。收集CO2时应用向上排空气法，所以正确答案为C选项。]3．如图为含有同一种元素的a、b、c、d四种物质的转化关系。其中a是单质，b、c是氧化物，d是酸，各步转化均为一步实现，则a可能是①C、②N2、③S中的(　　)―→―→―→A．①和③　 B．只有①C．①②③   D．①②C　[①CCOCO2H2CO3，符合转化关系；②N2NONO2HNO3，符合转化关系；③SSO2SO3H2SO4，符合转化关系；因此符合转化关系的为①②③，C正确。]4．已知X为一种常见酸的浓溶液，能使蔗糖粉末变黑。A与X反应的转化关系如图所示，其中反应条件及部分产物均已略去，则下列有关说法错误的是(　　)A．X使蔗糖变黑的现象主要体现了X的脱水性B．若A为铜，则X与A反应时只体现氧化性C．若A为碳单质，则C不宜用来扑灭由钠引起的着火D．将B气体通入品红溶液中，品红溶液褪色B　[已知X为一种常见酸的浓溶液，能使蔗糖粉末变黑，可知X为浓硫酸。浓硫酸能使蔗糖脱水炭化，故A不符合题意；若A为铜，铜和浓硫酸反应生成硫酸铜、SO2和H2O，X体现氧化性和酸性，故B符合题意；若A为碳单质，则C为二氧化碳，钠燃烧生成Na2O2，CO2和Na2O2反应放出O2，故CO2不宜用来扑灭由钠引起的着火，故C不符合题意；B为二氧化硫气体，有漂白性，通入品红溶液中，品红溶液褪色，故D不符合题意。]5．氯气是一种重要的化工原料，在生产和生活中应用十分广泛。已知：2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O，所以在实验室可用高锰酸钾固体和浓盐酸制氯气，实验装置图如图所示。(1)请为该实验选择合适的发生装置________(填“A”或“B”)。(2)要得到纯净、干燥的氯气，在发生装置和集气瓶之间还需要放置如下图中的________。A　　　　　　　　　　　BC　　　　　　　　　　　D(3)当集气瓶中收集满氯气时，可以观察到气体呈_________色。烧杯中所盛液体为________，其作用是_______________。[解析]　(1)由题知，该反应制取气体的类型为固体＋液体―→气体；反应不需加热，故应选择B装置。(2)氯气中可能混有HCl、H2O(g)，HCl用饱和NaCl溶液除去，H2O(g)用浓硫酸除去，要得到纯净、干燥的氯气，应先除去HCl，再除去H2O(g)。(3)氯气的颜色为黄绿色，烧杯中所盛液体为NaOH溶液，其作用是吸收多余的氯气。[答案]　(1)B　(2)D　(3)黄绿　NaOH溶液　吸收多余的氯气