鲁科版化学必修1自然界中的元素1

鲁科版化学必修1自然界中的元素1内容摘要：

化，而稀 HNO3不能将 NO氧化。 故浓 HNO3的还原产物为 NO2而不是 NO，也说明浓 HNO3氧化性比稀 HNO3强。 73 学生 P39 1． NO2或 NO2与 N2(非 O2且不溶于水 )的混合气体溶于水时，可依据 3NO2＋ H2O===2HNO3＋ NO，利用气体体积差值进行计算。 氮的氧化物与水反应的有关计算 74 2． NO2和 O2混合气体溶于水的计算 由 4NO2＋ O2＋ 2H2O===4HNO3可知，当体积比： V(NO2)∶V(O 2) 3． NO与 O2同时通入水中 2NO＋ O2===2NO2,3NO2＋ H2O===2HNO3＋ NO 总反应方程式为： 4NO＋ 3O2＋ 2H2O===4HNO3 当体积比： V(NO)∶V(O 2) 75 4． NO NO、 O2三种混合气体通入水中 (1)可先将 NO和 O2转化为 NO2，再按上述各种情况分别处理。 (2)也可先将 NO2和 H2O反应转化为 NO，按 4NO＋ 3O2＋2H2O===4HNO3情况处理。 (3)还可以利用混合气体中 N、 O原子个数比进行分析判断： N∶O 76 将盛有 12 mL NO2和 O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余 2 mL无色气体，则原混合气体中 O2的体积和剩余的 2 mL气体分别是 A． mL； NO B． mL； O2 C． mL； O2 D． 4 mL； NO 【 示范解析 】 解题依据的化学反应原理为： 4NO2＋ O2＋ 2H2O===4HNO3 3NO2＋ H2O===2HNO3＋ NO 77 设 O2的体积为 x，剩余的气体有两种可能： ①若剩 O2，则 解得 x＝ 4 mL，选项 B、 C不正确。 ②若剩 NO，则 V剩 ＝ 解得 x＝ mL，选项 D不正确，选项 A正确。 【 答案 】 A 78 【拓展】 氮的氧化物溶于水的几种情况，不仅可用来进行气体体积的求算，还可进行生成的 HNO3浓度计算，比如：标况下盛 NO2的烧瓶，倒扣在水中，充分反应后所得 HNO3浓度 (不考虑 2NO2 N2O4及 HNO3的扩散 )应为： 若 NO2与 O2体积比 4∶1( 或小于 4∶1) 充满烧瓶，倒扣于水中所得HNO3溶液的浓度 (标况 )应为：＝ 79 同温同压下，在 3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的 2种气体，它们是① NO和 NO2，② NO2和 O2，③ NH3和 N2。 现将3支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为 V V V3，则下列关系正确的是 ( ) A． V1＞ V2＞ V3 B． V1＞ V3＞ V2 C． V2＞ V3＞ V1 D． V3＞ V1＞ V2 【 解析 】 假定各试管的体积为 2 L，则： ① 3NO2＋ H2O===2HNO3＋ NO 80 ② 4NO2＋ O2＋ 2H2O===4HNO3 V2＝ ③ NH3易溶于水， N2难溶于水， V3＝ 1 L 所以 V1＞ V3＞ V2。 【 答案 】 B (一 )氨气的制取 1．用铵盐制取 氨气的制取与喷泉实验 (实验平台 5) 81 (1)反应原理 (化学方程式 )： Ca(OH)2＋ 2NH4Cl CaCl2＋ 2NH3↑ ＋ 2H2O (2)实验装置 (如图 )： 82 (3)验满方法：将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，若试纸变蓝色，说明氨气已收集满了。 (或用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近管口，若产生白烟，则已集满 ) (4)干燥方法：通过以下任一装置。 83 (5)棉花的作用：减缓 NH3与空气对流，收集纯净的 NH3。 2．用浓氨水来制取 可利用浓氨水与固体强碱或生石灰来制取 NH3。 (1)实验装置 84 (2)反应原理 浓 NH3H 2O与 NaOH固体、 CaO制取 NH3是因将浓氨水滴到固体氢氧化钠 (或 CaO)固体上，一方面固体氢氧化钠溶解放热 (CaO不仅放热而且还吸收浓 NH3H 2O中的 H2O)，温度升高，氨气的溶解度减小，有利于氨气放出；另一方面，与水作用后生成碱，使溶液中 c(OH－ )增大，化学平衡 NH3＋ H2O NH3H 2O NH4＋ ＋ OH－左移，有利于氨气放出。 浓氨水与生石灰反应的化学方程式为： NH3H 2O＋ CaO===Ca(OH)2＋ NH3↑ 85 深化提醒 制氨气时，选用的铵盐及碱都有一定的要求。 选铵盐时，不选（ NH4） 2CO NH4HCO NH4NO3等，因它们受热易分解，使产生的 NH3中混有较多的杂质气体，另外 NH4NO3易爆炸；选碱时，用碱石灰而不用 NaOH或 KOH，因 NaOH、 KOH具有吸湿性，易结块，不利于产生氨气，且在高温下均能腐蚀玻璃。 86 (二 )喷泉实验 1．喷泉形成的原理：容器内外存在较大的压强差，在这种压强差的作用下，使液体通过尖嘴管喷涌。 2．分类 (1)负压型 (即接纳喷起液体空间压强低于大气压，而待喷液体与大气相通 )：通常是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。 如 87 气体 HCl NH3 CO ClH2S、 SO2 NO2＋O2 CH2===CH2 吸收剂 溶液 水或NaOH 水、盐酸 NaOH溶液 水 溴水 88 装置如图 (夹持装置略 )： 89 (2)正压型 即接纳喷起液体的空间与大气相通，而待喷液体所受压强高于大气压，通常是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，容器内产生大量气体。 如喷雾器、人造喷泉、火山喷发等。 装置如图： 90 (2020 威海模拟 )实验室制氨气通常有三种方法：①用固体氢氧化钙和氯化铵反应，装置同课本；②称取 g碳酸氢铵固体放入试管内，再加入 8 g氢氧化钠固体，常温下即能产生氨气，装置如图甲；③在锥形瓶中注入 50 mL浓氨水，再加入 10 g氢氧化钠固体，装置如图乙。 选取三个 250 mL的干燥的烧瓶及瓶塞，用于收集三种制法的氨气。 91 请填空： (1)写出②法制取氨气的化学方程式________________________________________________________； (2)说明用③法制取氨气的原理________________________________________________________； (3)检验氨气已收集满的方法是________________________________________________________； (4)集满氨气的烧瓶做喷泉实验，装置如图丙 (烧杯内盛酚酞溶液 )，其现象是_________________________________________________________。 92 【 思路点拨 】 本题主要考查 NH3的性质，通过氨气的实验室制取也考查了 NH4＋ 和 OH－ 的反应。 解题的关键是第②种方法和第①种相似，只是铵盐和碱不同，比第①种方法反应快，不用加热；第③种制氨方法，一定要用浓氨水和固态 NaOH。 【 自我解答 】 (1)NH4HCO3＋ 2NaOH===Na2CO3＋ NH3↑ ＋ 2H2O (2)在浓氨水中存在着下列平衡： NH3＋ H2O NH3H 2O NH4＋ ＋ OH－ 当加入氢氧化钠固体，增大溶液中 c(OH－ )，使氨水中的平衡向左移动； NaOH固体溶解时又放热，使氨水溶液温度升高，氨气溶解度减小而有大量氨气逸出 93 (3)将润湿的红色石蕊试纸沾在玻璃棒上，然后靠近瓶口，试纸变蓝说明已满 (或用玻璃棒蘸浓盐酸接近集气瓶口冒白烟，表示氨气已收集满 ) (4)图丙装置中圆底烧瓶内的长玻璃管喷出“泉水”，喷泉呈红色 1．①法制取 NH3为何不用 NaOH? 2．若将丙图中的胶头滴管去掉，应如何引发喷泉。 【 提示 】 1.① 反应太快，不易控制反应速率。 ②价格比 Ca(OH)2昂贵。 94 2．打开弹簧夹，用手 (或热毛巾等 )将烧瓶捂热，氨气受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨气与水接触，即发生喷泉。 1．硝酸与金属反应的一般规律 (1)金属与 HNO3反应一般不生成 H2，浓 HNO3一般被还原为 NO2，稀HNO3一般被还原为 NO，极稀的 HNO3可被还原成 NH3，生成 NH4NO3。 硝酸与金属、非金属反应的一般规律 95 (2)足量金属与一定量浓硝酸反应时，随着硝酸浓度的降低，产物也发生改变。 (3)金属与 HNO3反应的一般通式为： ①金属＋浓硝酸 ―→ 金属硝酸盐＋ NO2↑ ＋ H2O 反应中，表现氧化性 (被还原 )的 HNO3占 ；表现酸性生成硝酸盐的 HNO3占。 ②金属＋稀硝酸 ―→ 金属硝酸盐＋ NO↑ ＋ H2O 反应中，表现氧化性 (被还原 )的 HNO3占 ；表现酸性生成硝酸盐的 HNO3占。 96 2．硝酸与非金属反应的规律 (1)浓硝酸能与碳、硫、磷等非金属单质反应，一般生成最高价含氧酸或最高价氧化物、二氧化氮和水。 (2)与非金属反应， HNO3表现强氧化性，不表现酸性。 3．硝酸与金属反应产物的确定 (1)足量浓硝酸做氧化剂时，其还原产物是 NO2；稀硝酸做氧化剂时，其还原产物通常为 NO。 (2)一定量浓硝酸参加反应，其还原产物可能是 NO NO的混合物。 若硝酸很稀且与活泼金属反应，则还原产物较复杂，可能是 NO、 N2O、 N NH3等，且硝酸越稀，还原产物的价态越低。 97 深化提醒 金属与 HNO3的反应运用“守恒法”求解，一般有 （ 1）电子守恒 金属失电子数 =生成气体的 HNO3得电子数。 （ 2）氮原子守恒 耗 HNO3的量 =盐中 NO3的量（表现酸性的 HNO3） +气体中的 N原子（被还原的 HNO3）的量。 （ 3）电荷守恒 HNO3过量时，反应后溶液中（不考虑 OH）有： c（ NO3） =c（ H+）+n c（ Mn+）（ Mn+代表金属离子）。 金属与硝酸反应，求算离子浓度、 pH等，金属与 NO H+混合溶液反应的计算常用离子方程式分析。 98 (2020 烟台模拟 ) 将 g铜与 140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解产生的 NO和 NO2混合气体在标准状况下的体积为 L。 请回答： (1)NO的体积为 ______L， NO2的体积为 ______L。 (2)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入 V mL a molL － 1的 NaOH溶液，恰好使溶液中的 Cu2＋ 全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为 __________molL － 1。 (3)欲使铜与硝酸反应生成的气体在 NaOH溶液中全部转化为NaNO3，至少需要 30%的双氧水 __________g。 99 【思路点拨】 解答该题时要灵活运用两个守恒： (1)电子守恒：铜失电子的量与 HNO3得电子的量相等。 (2)原子守恒： n(反应的 Cu)＝ n(Cu2＋ )， n(反应的 HNO3)＝ n(NO3－ )＋ n(NO)＋ n(NO2)。 【 解析 】 设混合气中 NO和 NO2的物质的量分别为 x和 y，则 x＋ y＝ ；只要 Cu完全溶解， g铜的物质的量为 g247。 64 g/mol＝ mol， Cu失去电子总数必然等于 N元素得到电子总数，据此有 3x＋ y＝ 2＝ 2 mol 解得： x＝ mol， y＝ mol。 所以 V(NO)＝ L/mol mol＝ L V(NO2)＝ L/mol mol＝ L。 100 (2)根据元素守恒，硝酸在与 Cu发生反应时 N元素一部分生成NO、 NO2气体放出，另一部分 N元素以 NO3－ 形式留在溶液中，当该溶液与 NaOH反应时，必生成 NaNO3，所以溶液中的 n(NO3－ )与n(NaOH)必然相等，则 n(HNO3)＝ n(NaNO3)＋ n(NO)＋ n(NO2)＝n(NaOH)＋ n(NO)＋ n(NO2)＝ (aV10 － 3＋ ) mol 101 (3)根据得失电子守恒： NO、 NO2变成 NaNO3时失去的电子总数与Cu跟 HNO3反应时 Cu失去的电子总数相等，即： mol 2＝ mol。 H2O2在反应中必须得到这些电子，由于 H2O2中的 O元素显－ 1价，被还原成－ 2价时每摩尔 H2O2要得 2 mol电子，可知需 H2O2的物质的量为 mol，即需要 30%的双氧水的质量为。