氮族元素第一节氮和磷

学科：化学教学内容：第一章氮族元素第一节氮和磷学习目的：1.对元素化合物内容的学习，应遵循结构决定性质，性质又决定用途的认知原则，建议同学们在学习本节内容时，从氮分子具有牢固的N≡N键，因而氮分子结构稳定入手，说明氮气在通常性况下性质不活泼，不与其他元素发生化学反应.但在一定条件下，如果氮气分子获得足够的能量使共价键断裂，也能表现出非金属的一些性质等，从而理解并认识氮气的一些化学性质.提高运用知识解决一些化学问题的能力.知道白磷和红磷的性质、用途以及相互转化的条件.2.通过课本对目前汽车污染问题以及光化学烟雾等知识的介绍，了解环境保护知识的同时，增强环境意识，不仅能开阔视野，活跃同学们的思维，而且能进一步领会“化学——人类进步的关键”的涵义.学习方法指点：1.同学们可从N2的性质分析其结构，再由结构进一步认识N2的性质.结构性质具体反应(主要从化学键角度)(不活泼)(主要从反应条件分析)2.xf2*3NNN化合价升高化合价降低3.根据非金属元素及其化合物间的转化：非金属气态氢化物含氧酸氧化物以上即是学习非金属元素的单质和化合物的思路和方法.1.由于单质氮(N2)在常态下异常稳定，人们常误认为氮是一种化学性质不活泼的元素，实际上相反，元素氮有很高的化学活性，论非金属性，它仅次于氟和氧，使它和其它元素能形成很强的键，而氮分子(N2)的稳定性，则取决于N2分子结构，N2分子中3个共价键(N≡N)的键能很大(946kJ·moL-1)，当N2参加化学反应时，必须拆开(破坏)分子中的3个共价键，需要吸收很高的能量，因此，在通常情况下，N2的性质很不活泼，很难与其他物质发生化学反应，另一方面，N2分子的高度稳定性也是相对的，因为在目前人们还没有找到在常温下使N2活化的最优条件，因此用空气中的氮合成氮的化合物时还需在高能量的条件下进行，但在自然界中，例如植物根瘤上生活的一些氮细菌，能够在常温常压的低能量条件下把空气中的氮转化成氮的化合物，作为肥料供作物生长使用.现在化学家们正在进行这样的模拟工作，并已经取得了一定的进展.由此可见，氮元素的活动性与氮分子的稳定性是两个不同的概念，它们之间并不矛盾.2.相同质量的镁条分别在氯气、氮气和空气中充分燃烧，所得固体产物的质量由大到小的顺序是；过量的镁条分别在相同状况下相同体积的氯气、氮气和空气中充分燃烧，生成的固体产物的质量由大到小的顺序是.分析：根据2Mg+O2点燃2MgO,3Mg+N2点燃Mg3N2可知，当Mg为1moL时，在O2中燃烧，质量增加16克；在N2中燃烧，质量增加9.33克.相同质量的镁条在O2、N2和空气中充分燃烧生成固体物质质量由大到小的顺序是：O2＞空气＞N2.当气体物质的量为1moL时，生成MgO2moL(质量80g)，生成Mg3N21moL(质量为100g)，故生成固体产物的质量由大到小的顺序是：N2＞空气＞O2.总结：本题考查氮气的化学性质.解答本题时，运用物质的量进行计算时可迅速作出判断；同时本题也是有关平均值的计算问题.3.将装有50mLNO2、NO混合气体的量筒倒立于水槽中，反应后气体体积缩小为30mL，则原混合气体中NO2和NO的体积比是()A.5∶3B.3∶5C.3∶2D.2∶3分析：判断此题可根据化学方程式，运用差量法进行计算，由所得结果来确定正确的选项.解：设混合气体中NO2的体积为x差量法：3NO2+H2O＝2HNO3+NO△υ3mL1mL3mL-1mL=2mLx50mL-30mL=20mLmLmLxmL2023x=30mL则窄混合气体中NO为50mL-30mL＝20mL所以：υ(NO2)∶υ(NO)=30∶20＝3∶2总结：差量法是根据化学反应中反应物和生成物的相差量跟反应物的消耗量或生成物的增加量之间的比例关系为解题思路而建立起来的解题方法.关键是找准变化量，把题中的已知差量与化学方程式中的化学计量数对应差量列出比例关系，进行计算，是一种简捷的解题方法.解答本题除了用差量法外，还可以用列方程法求解.解：设混合气体中NO2的体积为xmL，NO的体积为ymL.根据反应方程式中NO2和NO)(20)(303031502NOyNOxyxyx所以υ(NO2)∶υ(NO)＝3∶2一题多解是训练思维提高能力的一种好方法.通过分析比较、启发思路，掌握多种解题方法，则可根据题目的特点，选用最简捷的方法解题，以提高学习效率.对于NO2、NO混合气体跟水反应，或单纯NO2跟水反应的计算，均可根据反应方程式：3NO2+H2O=2HNO3+NO应用差量法或列方程式进行计算.但要抓住化学计量数之间的关系.典例精评：例1砷为第四周期第VA族，根据砷在周期表的位置推测，砷不可能具有的性质是：A.砷在通常情况下是固体B.As2O5对应水化物酸性比H3PO4C.可以有-3、+3、+5D.AsH3比PH3解析：根据同主族元素性质递变性，酸性：H3PO4比H3AsO4强，稳定性PH3大于AsH3.故选BD例2A.氮元素是活泼的非金属元素，因此N2的化学性质也很活泼.B.NO2溶于水生成硝酸，所以NO2是硝酸的酸酐.C.雷雨时，发生氮的固定变化可增加土壤中硝酸盐类氮肥的含量.D.氮气可做古代书籍、文档、纸张的保护气.解析：氮原子结构示意图为，原子半径小，在化学反应中易得到3e或通过3个共用电子对而形成8电子稳定结构，所以氮元素是活泼的非金属元素；而氮分子的结构式为N≡N，N≡N键能大，因而分子的结构很稳定，在通常情况下，氮气的化学性质很不活泼.B中NO2溶于水：3NO2+H2O＝2HNO3+NO，发生了氧化—还原反应，氮元素的化合价发生了改变，所以NO2不是HNO3的酸酐.在HNO3中N为+5价，对应的氧化物N2O5才是酸酐.C中，夏天雷雨时，由于天空闪电，激发了N2与O2的反应生成NO，即使N2生成NO.而NO幼易与空气中O2化合成NO2，NO2又溶于雨水中形成HNO3.整个过程符合氮的固定概念，由于雨水中含有一定量的HNO3，所以增加了土壤中氮肥的含量.D中，由于N2的化学性质不活泼，很难与周围物质发生反应，所以可以用来做古代书籍、文物的保护气.故选CD例3一定条件下，将等体积NO和O2的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积约为原总体积的()A.41B.43C.81D.83解析一：反应叠加法.此题涉及到反应2NO+O2＝2NO2，3NO2+H2O＝2HNO3+NO的多次循环，将这两个化学方程式叠加得4NO+3O2+2H2O＝4HNO3由此可知，等体积(设均为4体积)NO和O2的混合气体终了O2剩余，剩余O2的体积(为1体积)为原混合气体总体积的81.故正确答案为C.解析二：电子守恒法.设NO和O2的物质的量均为nmoL，若nmoLNO完全转化为HNO3，将失去了3nmoL电子，若将nmoLO2完全转化为HNO3，将得到4nmoL电子，则O2有剩余.设剩余O2为x，则根据得失电子守恒原则得4(n-x)=3n，解得x=4nmoL，从而得nx2＝nn24/=81，即剩余O2的体积为原总体积的1/8.故正确答案为C.解析三：组成比例法.因生成HNO3的酸酐是N2O5，则氮的氮化物和O2与足量的水反应生成HNO3时，其中参加反应的氮原子与参加反应的非水氧原子数之比符合N2O5的组成，即N∶O＝2∶5.而题目中给的NO和O2为等物质的量(设为n)，则N∶O＝n∶(n+2n)＝1∶3，显然O2过量.设剩余O2为x，则有n：［n+2(n-x)］＝2∶5，解得x=4n，从而得到nx2=nn24/=81.故正确答案为C.例4取一根镁条置于坩埚内点燃，得到氧化镁和氮化镁混合物总质量为0.470g，冷却后加入足量水，将反应产物加热蒸干并灼烧，得到氧化镁质量为0.486g.(1)写出氮化镁与水反应生成氢氧化镁和氨的化学方程式.(2)计算燃烧所得混合物中氮化镁的质量分数.解法一：设原混合物中MgO、Mg3N2的质量分别为x、y，则Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3Mg3N2——3MgO(Mg守恒)1003×40y1.2y根据题意：gyxgyx486.02.1470.0解得：y=0.080gW(Mg3N2)=gg470.080.0×100%＝17%解法二：设原混合物中Mg3N2的质量为xMg3N2——3MgO△m10020x(0.486g-0.470g)x=0.080gW(Mg3N2)=17%考点预测：本节考点：①氮族元素性质的递变规律.②N2的重要性和固氮.③氮的氧化物(NO、NO2)的性质.④磷的同素异体的性质.考查方式：①以元素、单质及化合物的性质以及相互转化关系为常考内容.②氮的氧化物与水的反应以及氮的氧化物与氧气的混合气体溶于水的有关计算.【同步达纲练习】基础知识强化练习：1.氮族元素包括___________________、____________________、__________________、___________________、___________________5种元素，它们的原子最外电子层上的电子数是____________________.位于周期的____________________族.其最高价氧化物的通式是____________________，气态氢化物的通式为____________________，最高价氧化物对应水化物的通式是____________________.2.一种淡蓝色的蜡状物质，在空气中燃烧生成一种白色粉末X，将X溶于热水中生成含氧酸Y，若将X溶于冷水中，则生成含氧酸Z.则X为____________________，Y为____________________，Z为____________________.3.在通常状况下，氮气的化学性质很不活泼，其原因是()A.B.C.氮分子中的N≡ND.4.下列关于红磷和白磷的说法中，错误的是()A.B.红磷和白磷都不溶于水，但都易溶于CS2C.D.白磷和红磷的着火点不同，但燃烧后都生成P2O55.能证明氮元素比磷元素非金属性强的事实是()A.NH3在空气中不能燃烧，而PH3B.C.D.6.下列变化中不属于氮的固定的是()A.B.C.D.7.大力推广使用无磷洗涤剂，是因为含磷、氮物质的大量使用，会造成湖泊的()A.B.C.D.8.自然界中氮的原子量为14.0037，则氮的两种同位素，N147和N157中N147所占的物质的量的百分比为()A.50%B.48.3%C.99.63%D.0.37%9.以下根据实验现象的推断，正确的是()A.B.在潮湿的空气中能形成白雾的气态氢化物C.D.10.某种气态氮的氧化物中，氮的质量分数是0.304(30.4%)，在标准状况下的密度为2.054g·L-1.求此氮的氧化物的化学式.素质优化练习：1.将盛满NO2的大试管倒扣在盛水的水槽里，充分吸收后，试管内溶液的浓度为()(设试管内溶液没有逸出)A.0.036mol·L-1B.0.045mol·L-1C.0.033mol·L-1D.0.018mol·L-12.在标准状况下将充满NO、NO2和O2组成的混合气体的烧瓶倒立于水槽中经充分反应后，水充满烧瓶，设其产物不扩散，则烧瓶中溶液溶质物质的量浓度数值M大小范围是()A.O＜M＜4.221B.281＜M＜241C.2.391＜M＜4.221D.2.391＜M＜2813.铋(Bi)是氮族元素中原子序数最大的元素，试推测铋单质或其化合物可能具有的性质是()A.B.C.D.铋的两种常见氧化物Bi2O3与Bi2O54.下列各项性质的递变规律错误的是()A.沸点：NH3＜PH3＜AsH3B.非金属性：N＞P＞AsC.还原性：AsH3＞PH3＞NH3D.酸性：HNO3＞H3PO4＞H3AsO45.将0.1mol红磷在一定量的氯气中燃烧，其质量增加15克，则其生成物是()A.只有PCl5B.只有PCl3C.PCl3和PCl5D.6.将充有nmLNO和mmLNO2气体