第5章 第2节 讲评拓展课2 氮及其化合物的转化、计算和综合应用-【名师导航】2023-2024学年高中化学必修第二册同步课件(人教版2019)

第五章　化工生产中的 重要非金属元素 第一节　硫及其化合物 新知探究课1　硫和二氧化硫 探究任务 1．理解含氮化合物的转化及应用。 2．认识并理解硝酸与金属反应，掌握金属与硝酸反应的相关计算方法。 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 探究要点·典例导航 01 探究任务1　含氮物质的转化及应用 探究任务2　硝酸与金属反应的再认识　 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 3 含氮物质的转化及应用 [要点精讲] 1．工业制HNO3的反应原理及流程 其主要流程是将氨和空气的混合气(氧∶氮≈2∶1)通入灼热(760～840 ℃)的铂铑合金网，在合金网的催化作用下，氨被氧化成一氧化氮(NO)，生成的一氧化氮结合反应后残余的氧气继续被氧化为二氧化氮，随后将二氧化氮通入水中制取硝酸。各步反应的化学方程式如下： 4NH3＋5O24NO＋6H2O 2NO＋O2===2NO2 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 4 2．氮及其化合物相互转化 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 3．氮及其化合物的“价—类”二维图 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 [典例导航] 【例1】　氮元素化合价—物质类别关系图如下，图中a、b、c和d分别代表一种含氮化合物。 下列说法中正确的是(　　) A．a催化氧化可以生成b B．从化合价角度分析，a与b能发生氧化还原反应 C．从物质类别角度分析，d可以和a、b、c发生反应 D．d→a→b→c转化过程中物质类别和化合价均发生变化 √ 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 B　[由题图可知，a、b、c、d分别为NH3、NO2、HNO3、NH3·H2O；由题图可知，a、b分别为NH3、NO2，氨催化氧化生成一氧化氮不是二氧化氮，A错误；a、b中氮元素化合价分别为－3、＋4，氮元素存在中间价态，能发生氧化还原反应，B正确；d为一水合氨，一水合氨和氨不能反应，C错误；d为碱，是一水合氨，一水合氨生成氨过程中各元素化合价没有发生改变，D错误。] 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 [对点即练] 1．在指定条件下，下列含氮化合物间的转化能一步实现的是(　　) A．NO2HNO3 B．NONaNO3 C．稀HNO3NO2 D．NH3NO2 √ 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 A　[NO2与水反应生成硝酸，A项正确；NO与NaOH溶液不反应，B项错误；铜与稀硝酸反应生成NO，C项错误；氨的催化氧化产物为NO和水，D项错误。] 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 硝酸与金属反应的再认识 [要点精讲] 1．硝酸与金属反应的一般规律 (1)HNO3与金属反应一般不能产生氢气。 (2)在金属活动性顺序表中，位于氢元素后面的金属，如铜、汞、银等与硝酸反应的产物和硝酸的浓度有关。高浓度时，主要生成NO2；低浓度时，主要生成NO，具体产物还要根据题目情境进行分析。 (3)浓硝酸在与某些金属反应时会体现酸性和氧化性，同时在常温下会使金属表面产生一层致密的氧化物薄膜，来阻止反应的发生。 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 2．金属与硝酸反应的计算 (1)金属与硝酸反应计算的思维流程 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 (2)金属与硝酸反应的常用计算方法 原子守恒法 硝酸与金属的反应中，以两部分形式存在：①酸，存在形式为；②氧化剂，反应中被还原 得失电子 守恒法 金属与硝酸发生反应，金属失去电子的数目恰好等于硝酸中氮原子得到电子的数目 电荷守恒法 硝酸与金属反应，当硝酸过量时，反应后溶液中(忽略OH－)：n(H＋)＋an(Xa＋)＝(Xa＋为金属离子) 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 离子方程式计算法 金属与HNO3、HCl或其他酸混合反应时，Fe与在其他酸提供H＋的情况下仍能继续发生反应，所以这类题目可以应用离子方程式来解答，先做过量判断，然后根据能完全反应的、金属、H＋进行对应的计算 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 [典例导航] 【例2】　铁与不同浓度硝酸反应时，各种还原产物的相对含量与硝酸溶液浓度的关系如图，下列说法错误的是(　　) A．若少量铁粉与足量9.75 mol·L-1溶液反 应后得到标准状况下2.24 L的气体，则参加 反应的硝酸的物质的量一定大于0.1 mol B．常温时，相同规格的铜片和铁片分别 投入相同浓度的浓硝酸中，金属性强的铁片的反应更剧烈 C．硝酸的浓度越大，其还原产物中高价态的N元素成分越多 D．当硝酸浓度为12.2 mol·L-1时，硝酸溶液主要的还原产物是NO和NO2，且二者物质的量之比为1∶1 √ 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 B　[若少量铁粉与足量9.75 mol·L-1溶液反应后得到标准状况下2.24 L的气体，则n(NOx)＝＝0.1 mol，即被还原的硝酸为0.1 mol，则参加反应的硝酸的物质的量大于0.1 mol，A正确；常温时，相同规格的铜片和铁片分别投入相同浓度的浓硝酸中，铜片的反应更剧烈，铁片要发生钝化，阻止反应的继续进行，B错误；由题图可知，硝酸的浓度越大，其还原产物中高价态的N元素成分越多，C正确；由题图可知，当硝酸浓度为12.2 mol·L-1时，主要的还原产物是NO和NO2，且二者物质的量之比为1∶1，D正确。] 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 【例3】1.52 g铜镁合金完全溶解于50 mL 63%的浓硝酸(硝酸密度为1.40 g/mL)中，得到标准状况下NO2和N2O4的混合气体1 120 mL。向反应后的溶液中加入1.0 mol/L NaOH溶液，当金属离子全部沉淀时，得到2.54 g沉淀。下列说法不正确的是(　　) A．该合金中n(Cu)∶n(Mg)＝2∶1 B．该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是13.0 mol/L C．NO2和N2O4的混合气体中，NO2的体积分数是80% D．得到2.54 g沉淀时，加入NaOH溶液的体积是640 mL √ 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 B　[设铜、镁的物质的量分别为x、y，则①64x＋24y＝1.52　②64x＋24y＋34x＋34y＝2.54，解得x＝0.02 mol，y＝0.01 mol，设N2O4、NO2的物质的量分别为a、b，则根据得失电子守恒：2x＋2y＝2a＋b，a＋b＝0.05，则a＝0.01 mol，b＝0.04 mol。由上述分析可知，Cu和Mg的物质的量分别为0.02 mol、0.01 mol，二者物质的量之比为2∶1，A正确；c(HNO3)＝ mol/L＝，B错误；由上述分析可知，N2O4、NO2的物质的量分别为0.01 mol、0.04 mol，则NO2的体积分数是×100%＝80%，C正确；沉淀达最大时，溶液中只有硝酸钠，根据原子守恒：n(NaOH)＝n(HNO3)－(2a＋b)＝0.7 mol－0.06 mol＝0.64 mol，氢氧化钠溶液体积为640 mL，D正确。] 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 [对点即练] 2．Cu与浓硝酸反应生成氮的氧化物，这些氧化物恰好溶解在NaOH溶液中得到NaNO3和NaNO2的混合溶液，反应过程及有关数据如图所示。(已知：标准状况下N2O4为液态) 下列有关判断正确的是(　　) A．常温下，Cu遇浓硝酸发生钝化，不可能发生上述反应 B．若铜片为44.8 g，则生成0.3 mol NaNO3 C．标准状况下收集的氮氧化物为20.16 L D．反应过程中生成的NaNO2是氧化产物 √ 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 B　[常温下，Cu遇浓硝酸发生反应，生成硝酸铜、二氧化氮和水，不发生钝化，A错误；Cu与浓硝酸反应生成氮的氧化物，这些氧化物恰好溶解在NaOH溶液中得到NaNO3和NaNO2的混合溶液，n(Cu)＝＝0.7 mol，n(NaOH)＝0.5 L×2 mol/L＝1 mol，由电子守恒可知，44.8 g Cu失去的电子等于HNO3到NaNO2得到的电子，则0.7 mol×(2－0)＝n(NaNO2)×(5－3)，解得n(NaNO2)＝0.7 mol，由Na原子守恒可知n(NaOH)＝n(NaNO2)＋n(NaNO3)，则n(NaNO3)＝1 mol－0.7 mol＝0.3 mol，若铜片为44.8 g，则生成0.3 mol NaNO3，B正确；标准状况下四氧化二氮是液体，不能根据V＝nVm进行计算物质的量，C错误；N由＋4价降为＋3价生成NaNO2，反应过程中生成的NaNO2是还原产物，D错误。] 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 3．研究金属与稀硝酸的反应，实验如下。 (1)Ⅰ中的无色气体是_________________。 [解析]　铜与硝酸反应生成无色气体为一氧化氮，遇空气变红棕色为二氧化氮。 序号 实验试剂(20 ℃) 实验现象 Ⅰ 过量铜粉、2 mL 0.5 mol/L HNO3 无色气体(遇空气变红棕色)，溶液变为蓝色 Ⅱ 过量铁粉、2 mL 0.5 mol/L HNO3 6 mL无色气体(经检测为H2)，溶液几乎无色 NO(或一氧化氮) 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 (2)Ⅱ中生成H2的离子方程式是_____________________________。 [解析]　Ⅱ中铁与溶液中的氢离子发生氧化还原反应生成H2，离子反应方程式为 Fe＋2H＋===Fe2+＋H2↑。 Fe＋2H＋===Fe2+＋H2↑ 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 (3)研究Ⅱ中的氧化剂。 ①甲同学通过理论分析，认为也能被还原，其依据是_________________________________________________________________。 ②乙认为该浓度的硝酸中H＋的氧化性大于，所以没有发生反应。根据Ⅰ和Ⅱ，丙同学认为乙的说法不正确，其理由是_______________________________________________________________。 ③丙同学通过实验证实了反应后的溶液中含有，生成的离子方程式是_____________________________________________。 铜的还原 性弱于铁，但有NO气体放出，说明也能被还原 硝酸浓 度相同，铜的还原性弱于铁，但Ⅰ中溶液变蓝，同时没有氢气放出 ===＋3H2O 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 [解析]　①硝酸根离子发生反应，则Ⅰ中溶液变蓝，铜的还原性弱于铁，说明硝酸根离子具有氧化性；②如硝酸根离子没有发生反应，则Ⅰ中溶液不会变蓝，溶液变蓝说明铜被氧化，其实验证据是硝酸浓度相同，铜的还原性弱于铁，但Ⅰ中溶液变蓝，同时没有氢气放出；③中N元素的化合价为最高价，具有氧化性，因此被还原；取Ⅱ中反应后的溶液，加入足量NaOH溶液并加热，产生有刺激性气味并能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体，则证明溶液中含有，即还原产物为。 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 (4)丙同学进一步研究了Al与反应的情况。 序号 实验试剂(20 ℃) 实验现象 Ⅲ 铝粉、稀硝酸 溶液无色，试管上方呈浅红棕色 Ⅳ 铝粉、NaNO3溶液、几滴NaOH 产生大量气泡，能使湿润红色石蕊试纸变蓝 Ⅴ 铝粉、NaNO3溶液 产生气泡，能使湿润红色石蕊试纸变蓝 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 根据实验Ⅰ～Ⅴ，金属与反应时，影响还原产物不同的因素有_______________________________。 [解析]　根据对比实验可知金属的还原性，溶液的酸碱性都影响硝酸根的还原产物。 金属的还原性、溶液的酸碱性等 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 (5)将一定质量的铁粉加入装有100 mL某浓度稀硝酸的容器中充分反应，容器中剩余铁粉，收集到NO气体448 mL(标准状况下)，所得溶液溶质的化学式是__________，稀硝酸的物质的量浓度为_________。 [解析]　铁与稀硝酸发生氧化反应，铁粉过量，故产物为，化学方程式为===＋2NO↑＋4H2O，产生的气体为NO，物质的量为0.02 mol，根据方程式，硝酸的物质的量为0.08 mol，物质的量浓度为＝0.8 mol/L。 Fe(NO3)2 0.8 mol/L 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 知能反馈·随堂评估 02 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 28 1 2 3 4 √ 1．下列各组物质发生反应，当溶液足量时，金属一定有剩余的是(　　) A．铝与冷的浓硝酸 B．铜与热的浓硫酸 C．铁与氯化铁溶液 D．锌与浓盐酸 A　[A项，铝在冷的浓硝酸中会钝化，金属一定有剩余；B项，热的浓硫酸足量，可以完全将铜氧化；C项，氯化铁溶液足量，可以和铁反应生成FeCl2，金属没有剩余；D项，浓盐酸足量，可以完全将锌转化为氯化锌。] 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 √ 1 2 3 4 2．关于氮及其化合物的转化，下列说法不正确的是(　　) A．豆科植物的根瘤菌能把空气中N2转化为NH3或铵盐 B．土壤中的硝酸盐可被细菌分解转化为N2返回大气中 C．陆地和海洋中的植物能吸收含氮化合物制造蛋白质 D．用NH3生产HNO3的过程中N元素只发生氧化反应 D　[豆科植物的根瘤菌把空气中N2转化为NH3或铵盐为生物固氮的主要方式，故A正确；人类生产生活排放到土壤中的硝酸盐或者生物固氮产生的硝酸盐可被细菌分解转化为N2返回大气中，故B正确；陆地和海洋中的植物能吸收含氮化合物制造蛋白质，如豆类植物，故C正确；用NH3生产HNO3的过程中，氨气被催化氧化成NO，NO再被氧化为NO2，再利用NO2与水反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，制得硝酸，其中氮元素有被氧化，也有被还原，故D错误。] 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 30 √ 1 2 3 4 3．锌与稀硝酸反应生成Zn、NH4NO3和水。当生成1 mol Zn时，消耗的硝酸的物质的量为(　　) A．2 mol B．1 mol C．2.25 mol D．2.5 mol D　[锌与稀硝酸反应生成Zn(NO3)2、NH4NO3和水，该反应化学方程式为===＋NH4NO3＋5H2O，所以当生成1 mol Zn(NO3)2时，消耗的硝酸的物质的量为＝2.5 mol。] 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 31 1 2 3 4 4．(素养题)当硝酸与金属或非金属反应时，反应物或反应条件不同，硝酸被还原的产物也不同。请回答下列问题： (1)金属Zn与某浓度的硝酸反应时无气体产生，那么硝酸的还原产物为_________________(填化学式)。 [解析]　金属Zn与某浓度的硝酸反应时无气体产生，生成的气体易溶于溶液，所以该气体是NH3，那么硝酸的还原产物为NH4NO3(或)。 NH4NO3(或) 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 1 2 3 4 (2)某混酸由200 mL 3 mol·L-1的稀硝酸和200 mL 2.5 mol·L-1的稀硫酸均匀混合而成(忽略溶液的体积变化)。将其分成两等份，分别与铜和铁反应，还原产物只有NO，则最多能溶解_______mol Cu，________g Fe，并写出离子方程式_____________________________ ____________________。 0.3 16.8 ===3Fe2+ ＋2NO↑＋4H2O 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 1 2 3 4 [解析]　某混酸由200 mL 3 mol·L-1的稀硝酸和200 mL 2.5 mol·L-1的稀硫酸均匀混合而成(忽略溶液的体积变化)，n(HNO3)＝3 mol·L-1×0.2 L＝0.6 mol，n(H2SO4)＝2.5 mol·L-1×0.2 L＝0.5 mol。将其分成两等份，分别与铜和铁反应，还原产物只有NO，铜和硝酸能发生反应但和稀硫酸不反应，铜和稀硝酸反应的离子方程式为===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O，根据离子方程式知，参加反应的氢离子和硝酸根离子的物质的量之比是8∶2，实际上混合溶液中氢离子和硝酸根离子的物质的量之比是8∶3，说明 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 1 2 3 4 硝酸根离子过量，以氢离子为标准计算溶解的铜的物质的量，因为混合酸被均分为两份，所以其物质的量减半，设铜的物质的量为===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O，x＝，x＝0.3 mol，则最多能溶解0.3 mol Cu；向混合酸中加入铁，过量铁和酸反应生成亚铁离子，所以铁和硝酸的反应与铜和硝酸的反应相同，把铜换成铁即可，溶解铁的物质的量也是0.3 mol，其质量为0.3 mol×56 g/mol＝16.8 g，离子方程式为===3Fe2+＋2NO↑＋4H2O。 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 1 2 3 4 (3)200 mL 16 mol·L-1的浓硝酸与3.2 g Cu反应，反应过程中还原产物只有NO2，则反应结束后，产生气体的体积为________(标准状况下)，溶液中＝________(忽略HNO3的挥发)。 [解析]　原溶液中硝酸的物质的量＝16 mol/L×0.2 L＝3.2 mol，200 mL 16 mol·L-1的浓硝酸与3.2 g Cu反应，反应过程中还原产物只有NO2，说明浓硝酸过量，铜不足量，根据氧化还原反应中得失电子守恒，铜失去的电子数＝硝酸根离子得到的电子数，设二氧化氮的体积是V，×2＝×1，V＝2.24 L，则反应结束后， 2.24 L 30∶31 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 1 2 3 4 产生气体的体积为2.24 L(标准状况下)，2.24 L二氧化氮消耗硝酸根离子0.1 mol，参加反应的硝酸根和氢离子的物质的量之比为1∶2，所以消耗氢离子的物质的量为0.2 mol，所以溶液中还剩余氢离子的物质的量为3.2 mol－0.2 mol＝3 mol，硝酸根的物质的量为3.2 mol－0.1 mol＝3.1 mol，所以反应后的溶液中＝3 mol∶3.1 mol＝30∶31。 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 1 2 3 4 (4)用试管将(3)反应产生的NO2收集满并倒立在足量的水中，待试管中液面不再上升时，试管中剩余气体的体积约为原气体体积的________。试管中的液体的物质的量浓度为________________(假设试管中的液体不对外扩散，此反应条件下1 mol气体的体积为25.0 L)。如果NO2中混有N2O4气体，试管中的液体的物质的量浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”)。 0.04 mol·L-1 增大 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 1 2 3 4 [解析]　用试管将(3)反应产生的NO2收集满并倒立在足量的水中，待试管中液面不再上升时，二氧化氮和水反应的方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，根据方程式知，生成的一氧化氮体积是二氧化氮的，即试管中剩余气体的体积约为原气体体积的。根据方程式知，设气体的体积为V，生成硝酸的物质的量为，c＝＝0.04 mol·L-1，试管中的液体的物质的量浓度为0.04 mol·L-1。如果NO2中混有N2O4气体，导致氮元素的物质的量增大，试管中的液体的物质的量浓度将增大。 讲评拓展课2　氮及其化合物的转化、计算和综合应用 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 $$