内容正文:
(3)①取部分滤液于试管中,向其中加入 KSCN
溶液,溶液无变化,可知不含有 Fe3+ ;②将上述溶
液分为两份,一份中滴入氯水,另一份中滴加稀硫
酸,两份溶液均变为红色,可知溶液中含有 Fe2+
和 NO-3 ,因为氯水将 Fe2+ 氧化为 Fe3+ 使溶液显
红色,而 在 酸 性 条 件 下 NO-3 能 将 Fe2+ 氧 化 为
Fe3+ ;③另取部分滤液于试管中,向其中加入浓
NaOH 溶液并加热,在试管口放置湿润的红色石
蕊试纸,有气体生成,该气体使湿润的红色石蕊试
纸变蓝,可知溶液中含有 NH+4 .根据以上实验现
象,可以判断滤液中存在 Fe2+ 、NH+4 、NO-3 ;步骤
②中滴加稀硫酸后溶液会由浅绿色变成红色,是
因为溶液中 NO-3 在酸性条件下氧化 Fe2+ 生成
Fe3+ ,Fe3+ 遇 KSCN 溶液显红色.
答案:(1)防止空气中的 O2 对Fe和 NO-3 的反应
产生干扰,避免影响反应产物的判断
(2)Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O
4Fe(OH)3
(3)(ⅰ)Fe2+ 、NH+4 、NO-3 (ⅱ)3Fe2+ +4H+ +
NO-3 3Fe3+ +NO↑+2H2O、Fe3+ +3SCN-
Fe(SCN)3
[素养培优五] 硝酸与金属反应的计算
[核心素养]
通过硝酸与金属的反应原理、反应过程的分析以
及金属与硝酸、硫酸的混酸反应的分析,建立金属与
硝酸计算中应用原子守恒、电子守恒的思维模型,培
养证据推理与模型认知的化学核心素养.
[问题探究]
将1.92g铜片投入一定量的浓硝酸中,当收集到
1.12L气体(已换算为标准状况)时,金属铜恰好全部
溶解.
(1)反应中被还原的 HNO3 物质的量为多少?
(2)反应中消耗的 HNO3 物质的量为多少?
(3)确定所得气体的成分及体积.
提示:(1)Cu与浓 HNO3 反应时,还原产物 NO2,随
着反应的进行硝酸变稀,其还原产物为 NO,则n(被
还原的 HNO3)=n(还原产物)=
1.12L
22.4L/mol=0.05
mol.(2)Cu与浓 HNO3 反应,生成 Cu(NO3)2 和氮
氧化物,根据氮原子守恒,n(HNO3)=2n(Cu)+n(氮
氧化物)=2× 1.92g64g/mol+0.05mol=0.11mol
.
(3)设生成 NO2 的物质的量为x,生成 NO 的物质的
量为0.05mol-x,则由得失电子守恒:x+3×(0.05
mol-x)= 1.92g64g/mol×2
,解得x=0.045mol,则
V(NO2)=0.045mol×22.4L/mol=1.008L,
V(NO)=0.005mol×22.4L/mol=0.112L.
◉[探究体会]
1.金属与 HNO3 反应的一般通式
(1)金属+浓硝酸金属硝酸盐+NO2↑+H2O
(2)金属+稀硝酸金属硝酸盐+NO↑+H2O
2.有关 HNO3 参与的氧化还原反应的常用计算方法
(1)原子守恒法
HNO3 与金属反应时,一部分 HNO3 起酸性作
用,以 NO-3 的形式存在于溶液中;一部分作为氧
化剂转化为还原产物,这两部分中氮原子的总物
质的量等于反应消耗的 HNO3 中氮原子的物质
的量.
(2)电子得失守恒法
HNO3 中氮原子获得电子的总物质的量等于金属
失去电子的总物质的量.
(3)离子方程式计算法
金属与 H2SO4、HNO3 的混合酸反应时,由于硝酸
盐中 NO-3 在 H2SO4 提供 H+ 的条件下能继续与
金属反应,因此此类题目应结合离子方程式来计
算,先做过量判断,然后根据完全反应的物质进行
相关计算.
◉[探究体验]
38.4mg铜与适量的浓硝酸反应,铜全部反应后,
共收集到22.4mL(标准状况)气体,反应消耗的
HNO3 物质的量可能是 ( )
A.1.0×10-3 mol B.1.6×10-3 mol
C.2.2×10-3 mol D.2.4×10-3 mol
解析:C [n(HNO3)=n(作酸用 HNO3)+n(作氧
化剂 用 HNO3)=2n[Cu(NO3)2]+n(NO)+
n(NO2)=2n(Cu)+n(气体)=2×6.0×10-4 mol
+1.0×10-3 mol=2.2×10-3 mol.]
[素养提升]
下列环境污染和氮元素无关的是 ( )
A.水体富营养化 B.光化学烟雾
C.温室效应 D.酸雨
解析:C [引起温室效应的气体主要有 CO2、CH4
等,和氮元素无关;由硫氧化物形成硫酸型酸雨,由
氮氧化物形成硝酸型酸雨,和氮元素有关.]
161
第三章 物质的性质与转化
[微项目三] 论证重污染天气“汽车限行”的合理性
———探讨社会性科学议题
学业水平目标 学科核心素养
能够综合应用氮及其化合物的性
质及转化关系探讨相关的社会性
科学议题
1.科学态度与社会责任
能够从科学、环境、经济、社会等多个方面,权衡不同观点的利与弊,有
依据地做出决策
2.根据推理与模型认知,在寻求证据支持观点的过程中,能够综合运用信
息查找、问卷调查、访谈等多种方法获得必要资料.能够对资料进行加
工分析,依据观点证据和结论之间的逻辑关系进行有条理的阐述
[项目研析]
一、社会性科学议题及其分析框架
1.社会性科学议题
“社 会 性 科 学 议 题”(SocioscientificIssues,简 称
SSI),指由利用当代科学技术研究开发所引起的一
系列社会伦理道德、经济发展及自然生态环境等紧
密相关的社会性问题.如重污染天气“汽车限行”、
北方冬季为防止产生雾霾天气,实行天然气燃炉取
暖代替传统燃煤锅炉取暖等,都是与化学密切相关
的社会性科学议题.
2.社会性科学议题的分析框架
正确认识
科学议题
→
多角度寻
找利与弊
→
对利与弊
进行论证
→
权衡利弊
作出决策
二、论证重污染天气“汽车限行”的合理性
1.科学认识议题,寻找利与弊
(1)应对重污染天气“汽车限行”议题涉及的科学问题
有环境保护、经济发展、社会问题等.
(2)该议题涉及的物质及其变化
N2
①
④ NO
形成光化学烟雾→
形成雾霾→
②
→NO2
③
→形成酸雨
写出相关反应的化学方程式:
①N2+O2
放电
2NO;
②2NO+O2 2NO2;
③3NO2+H2O2HNO3+NO;
④2NO+2CO
催化剂
2CO2+N2.
(3)分别从环境、经济、社会等视角列举应对重污染天
气采取“汽车限行”措施的利与弊,填写下表:
视角 利 弊
环境
减少有害气体排放,减
轻 空 气 污 染 和 温 室
效应
经济
①促使人们购买第二
辆 汽 车,汽 车 销 量 增
加,促进经济发展;
② 降 低 社 会 总 运 输
成本
① 导 致 汽 车 保 有 量
增加;
② 造 成 私 家 车 相 关
行业就业减小
社会 缓解道路交通压力
增加公共交通压力,
导致人们出行不便
2.科学论证利与弊
(1)科学议题中各种观点论证的方法
依据观
点收集
资料
→
分析推
理形成
证据
→
进行质疑
反驳推理
→
再进一步
推理论证
→
形成最
终观点
(2)“汽车限行”能减轻空气污染观点的论证
①收集相关资料:汽车行驶过程中会产生氮氧化
物;大量汽车行驶会产生较多的氮氧化物;氮氧化
物会污染大气,是光化学烟雾、酸雨、雾霾形成的
原因等.
②根据资料推理:
汽车尾气中
有氮氧化物
→
氮氧化物
进入大气
→
形成酸雨、雾霾、
光化学烟雾等
③反驳及其证据:汽车中装有净化装置,会将氮氧
化物转化为氮气再排放.
④再论证再推理:汽车净化装置中的催化剂容易
中毒,不能有效的吸收氮氧化物,且我国汽车更换
净化装置的比率很低.
⑤形成最终观点:“汽车限行”措施能够减轻空气
污染.
3.权衡利弊,作出决策
(1)你认为重污染天气实行“汽车限行”的措施有利的
方面有哪些?
答案:①缓解交通压力;②减少氮氧化物的排放
量;③减轻空气污染等.
261
化学(LK)必修第一册
(2)重污染天气实行“汽车限行”的弊端有哪些?
答案:①使人们出行不便;②导致汽车保有量增
加;③公共交通压力增大等.
(3)请你权衡上述利弊,做出决策.
答案:“汽车限行”措施能够减轻空气污染,减少氮
氧化物的排放量,有利于社会的可持续发展,有利
于未来人类的生存和发展.出行不便是个人问
题,汽车保有量是局部问题,增加公共交通压力,
恰恰可以促进政府改善公共设施.因此,应该支
持为应对重污染天气而采取的 “汽车限行”的
措施.
◉[探究体验]
1.中国科学院官方微信于2017年3月发表«灰霾专
题»,提出灰霾中细颗粒物的成因,部分分析如下图
所示.
(1)根据上图信息可以看出,下列哪种气体污染物
不是由机动车行驶造成的 .
a.SO2 b.NOx
c.VOCs d.NH3
(2)机动车大量行驶是污染源之一.汽车发动机废
气稀燃控制系统主要工作原理如下图所示,写出稀
燃过程中 NO发生的主要反应的化学方程式 .
(3)科学家经过研究发现中国霾呈中性,其主要原
因如下图所示:
请判断 A的化学式并说明判断理由:
.
(4)煤 燃烧排放的 烟 气 含 有 SO2 和 NOx,采 用
NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、
脱硝.将含有SO2 和 NOx 的烟气通入盛有 NaClO2
溶液的反应器中,反应一段时间后,测得溶液中离
子浓度的有关数据如下(其他离子忽略不计):
离子 Na+ SO2-4 NO-3 H+ Cl-
浓度/(molL-1)5.5×10-3 8.5×10-4 y 2.0×10-4 3.4×10-3
①SO2 和 NaClO2 溶液反应的离子方程式为
.
②表中y= .
解析:(1)根据示意图可知SO2 不是由机动车行驶
造成的.(2)稀燃过程中 NO发生的主要反应的化
学方程式为2NO+O2 2NO2.(3)反应前S元
素为+4价,N 元素为+4价,反应后 HONO 中 N
元素为+3价,化合价降低;有化合价的降低,必有
元素化合价升高,所以是 S元素从+4升高到+6
价,故 A 物质为SO2-4 .本题也可根据质量守恒推
出 A 的化学式为 SO2-4 .(4)①SO2 具有还原性,
NaClO2 具有强氧化性,两者发生氧化还原反应,离
子方 程 式 为 2SO2 +ClO-2 +2H2O 2SO2-4 +
Cl- +4H+ .②溶液显电中性,阳离子所带的正电
荷数值与阴离子所带的负电荷数值相等,故1×
5.5×10-3+1×2.0×10-4=2×8.5×10-4+y×1
+1×3.4×10-3,所以y=6×10-4.
答案:(1)a (2)2NO+O2 2NO2
(3)SO2-4 ,因为反应前S为+4价,N 为+4价,反
应后 HONO中 N元素为+3价,化合价降低,则必
有元素化合价升高,是S元素从+4升高到+6价,
以SO2-4 形式存在
(4)①2SO2 +ClO-2 +2H2O 2SO2-4 +Cl-
+4H+
②6×10-4
2.某城市对大气进行监测,发现该市首要污染物为可
吸入颗粒物 PM2.5(直径小于等于25μm 的悬浮
颗粒物),其主要来源为燃煤、机动车尾气等.因
此,对 PM2.5、SO2、NOx 等进行研究具有重要意
义.请回答下列问题:
(1)PM2.5分散在空气中形成的分散系
(填“属于”“不属于”)胶体.
361
第三章 物质的性质与转化
(2)将PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样.
若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及
其平均浓度如下表:
离子 K+ Na+ NH+4 SO2-4 NO-3 Cl-
浓度(mol/L) 4×10-6 6×10-6 2×10-5 4×10-5 3×10-5 2×10-5
根据表中数据判断待测试样为 (填“酸”或
“碱”)性,表示该试样酸碱性的c(H+ )或c(OH- )
= mol/L.
(3)煤燃烧排放的烟气含有 SO2 和 NOx,形成酸
雨,污染大气,采用 NaClO2 溶液在碱性条件下可
对烟气进行脱硫,脱硝,效果非常好.完成下列对
烟气脱硝过程的离子方程式.
ClO-2 + NO+
Cl- + NO-3 + .
(4)为减少SO2 的排放,常采取的措施有:
①将煤转化为清洁气体燃料.写出焦炭与水蒸气
反应的化学方程式 .
②洗涤含SO2 的烟气.以下物质可作洗涤剂的是
.
a.Ca(OH)2 b.Na2CO3
c.CaCl2 d.NaHSO3
(5)汽车尾气中 NOx 和CO的生成及转化.
①汽车启动后,汽缸温度越高,单位时间内 NO 排
放量越大,写出汽缸中生成 NO反应的化学方程式
.
②汽车燃油不完全燃烧时产生CO,目前,在汽车尾
气系统中装置催化转化器可减少 CO 和 NO 的污
染,其反应的化学方程式为 .
解析:(1)PM2.5的直径小于2.5×10-6 m,所以分
散在空气中形成的分散系不属于胶体.(2)根据电
荷守恒得:c(H+ )+c(K+ )+c(Na+ )+c(NH+4 )
2c(SO2-4 )+c(NO-3 )+c(Cl- ),将表中数据带
入得:c(H+ )=10-4 mol/L,所以待测试样显酸性;
(3)N 元素化合价从+2价升高到+5价,失去3个
电子,Cl元素化合价从+3价降低到-1价,得到4
个电子,根据电子得失守恒可知反应的离子方程式
为 3ClO-2 +4NO+4OH- 3Cl- +4NO-3 +
2H2O;(4)①焦炭与水蒸气反应的化学方程式为 C
+H2O(g)
高温
CO+H2.②二氧化硫是酸性氧化
物,所 以 具 有 酸 性 氧 化 物 的 通 性 能 够 与 碱 反 应:
SO2+Ca(OH)2 CaSO3↓+H2O;二氧化硫溶
于水生成亚硫酸,所以也能够与碳酸钠反应:SO2
+Na2CO3 Na2SO3+CO2,与氯化钙、亚硫酸氢
钠不反应,因此可以用氢氧化钙溶液和碳酸钠溶液
做洗涤剂;(5)①汽缸中生成 NO 反应的化学方程
式为 N2+O2
高温
2NO.②CO 和 NO 催化氧化生
成氮气和二氧化碳,反应的化学方程式为2CO+
2NO
催化剂
2CO2+N2.
答案:(1)不属于 (2)酸 10-4
(3)3ClO-2 +4NO +4OH- 3Cl- +4NO-3
+2H2O
(4)①2C+H2O(g)
高温
CO+H2 ②a、b
(5)①N2+O2
高温
2NO ②2CO+2NO
催化剂
2CO2+N2
一、铁及其化合物的转化关系
二、硫及其化合物的转化关系
三、氮及其化合物的转化关系
专题提升
[专题一] SO2 和CO2 的比较
SO2 CO2
物
理
性
质
气味 有刺激性气味 无味
毒性 有毒 无毒
溶解性 易溶 可溶
461
化学(LK)必修第一册
化
学
性
质
与水的
反应
SO2+H2O
H2SO3
CO2+H2O
H2CO3
与碱的
反应
SO2 气体通入澄清
的石灰水中,先生成
沉淀,当气体过量时
沉淀又溶解:
Ca(OH)2+SO2
CaSO3↓+H2O
CaSO3+SO2+H2O
Ca(HSO3)2
CO2 气体通入澄清
的石灰水中,先生
成沉淀,当气体过
量时沉淀又溶解:
Ca(OH)2+CO2
CaCO3↓+H2O
CaCO3+CO2+H2O
Ca(HCO3)2
氧化性
SO2+2H2S
3S↓+2H2O CO2+C
高温
2CO
还原性
2SO2+O2
催化剂
△
2SO3,二氧化硫能被
酸性高锰酸钾溶液、
氯水、溴水、碘水等
氧化剂氧化
无
漂白性 有,不稳定 无
对环境
的影响
形成酸雨 引起温室效应
◉[强化训练]
1.某同学设计的微型实验装置验证SO2 的性质,通过
分析实验,下列结论表达正确的是 ( )
A.a棉球褪色,验证SO2 具有氧化性
B.b棉球褪色,验证SO2 具有还原性
C.c棉球蓝色褪去,验证 SO2 具有酸性氧化物的
性质
D.可以使用高锰酸钾溶液或烧碱溶液吸收尾气
解析:D [a棉球中品红褪色,验证SO2 具有漂白
性,A 项错误;b棉球褪色,SO2 与碱液反应,碱性
减弱,溶液褪色,验证SO2 具有酸性氧化物的性质,
B项错误;碘与SO2 和水反应生成氢碘酸和硫酸,
碘单质反应完全c棉球蓝色褪色,验证SO2 的还原
性,C项错误;SO2 具有强的还原性,能够被高锰酸
钾溶液氧化成硫酸,SO2 具有酸性氧化物的性质,
可以被碱液吸收,D项正确.]
[专题二] 浓盐酸、浓硫酸、浓硝酸“三酸”比较
中学化学中常涉及“三酸变稀”问题,具体有以下
几种情况.
(1)不活泼金属如 Cu等与浓硫酸的反应:只发生
Cu+2H2SO4(浓)
△
CuSO4+SO2↑+2H2O,随
着反应的进行,浓硫酸变为稀硫酸,而 Cu与稀硫
酸不反应.
(2)活泼金属如Zn等与浓硫酸的反应:先发生反应
Zn+2H2SO4(浓)
△
ZnSO4+SO2↑+2H2O,随
着反应的进行,硫酸浓度变小,再发生反应Zn+
H2SO4 ZnSO4+H2↑.
(3)MnO2 和浓盐酸反应制Cl2:只发生反应 MnO2+
4HCl(浓)
△
MnCl2+Cl2↑+2H2O,随着反应
的进行,盐酸浓度变小,MnO2 与稀盐酸不反应.
(4)金属如 Cu与浓硝酸的反应:先发生反应 Cu+
4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,随
着反应 的 进 行,硝 酸 浓 度 变 小,再 发 生 反 应
3Cu+8HNO3 (稀)3Cu(NO3)2 +2NO↑
+4H2O.
◉[强化训练]
2.下列有关浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸的认识
正确的是 ( )
A.浓硫酸、浓硝酸与金属反应时,主要
是S或 N得电子
B.如右图,①中为三种酸的一种,②中为浓氨水,则
大烧杯中均观察到白烟
C.浓盐酸、浓硫酸都可用来干燥氧气
D.常温下,浓硫酸或浓 HNO3 中投入 Fe片,均会
产生大量的气体
解析:A [A.浓硫酸、浓硝酸均是氧化性酸,与金
属反应时,主要是S或 N 得电子,A 正确;B.浓硫
酸难挥发,不能观察到白烟,B错误;C.浓盐酸易挥
发,不能用作干燥剂,C错误;D.常温下,浓硫酸或
浓 HNO3 中投入 Fe片发生钝化,均不会产生大量
的气体,D错误.]
[专题三] 铁及其重要化合物的性质及应用
铁
氧化物
FeO
Fe3O4
Fe2O3
盐 Fe3+ 与Fe2+ 之间的相互转化及检验方法
氢氧化物
Fe(OH)2
Fe(OH)3
不溶性碱→
◉[强化训练]
3.下列关于铁及其化合物的说法正确的是 ( )
①铁是地壳中含量最多的金属元素,因此在日常生
活中应用最广
②FeCl2 溶液存放时,在溶液中放入少量的铁粉,目
的是防止Fe2+ 被氧化
561
第三章 物质的性质与转化
③隔绝空气的情况下,FeCl2 溶液中加入 Na2O2 后
得到红褐色沉淀Fe(OH)3
④FeO、Fe2O3、Fe3O4 均为铁的氧化物,并且都是
碱性氧化物
⑤Fe(OH)2 和Fe(OH)3 热稳定性均较好
A.①③⑤ B.③④ C.②③ D.①②③
解析:C [铝是地壳中含量最多的金属元素,Na2O2
溶于水生成 NaOH,与 FeCl2 形成 Fe(OH)2,最 终
Fe(OH)2被氧化为 Fe(OH)3;Fe3O4 不是碱性氧
化物,Fe(OH)2、Fe(OH)3 的热稳定性都不好,受
热分解为各自对应的氧化物FeO和Fe2O3.]
[专题四] 无机推断
1.非金属元素化合物之间的相互转化关系
2.分析理解同一元素不同化合物之间的转化关系时,
一是从氧化还原反应的角度分析化合价不同的元
素的化合物之间的相互转化,如S
-2
← S
0
→S
+4
S
+6
,N
-3
→N
+2
N
+4
N
+5
, 等.二是从
非氧化还原反应的角度分析化合价相同的元素的
化合物之间的相互转化,如“NH3 NH3H2O
NH+4 (铵盐)”,“SO2 H2SO3 HSO-3
SO2-3 (亚 硫 酸 盐)”,“SO3 → H2SO4 →
SO2-4 (硫 酸 盐 ),NaOH Na2CO3
NaHCO3 等.”
◉[强化训练]
4.元素X的单质及X与 Y形成的化合物能发生如下
图所示的转化,则X为 ( )
A.Cu B.Fe C.S D.C
解析:B [由转化关系中XY2 和XY3 可知,X的化
合价为+2价和+3价,或+4价和+6价,所以选
项 A、D 错 误;由 X 发 生 置 换 反 应 生 成 XY2 即
FeCl2,由 X 发 生 化 合 反 应 生 成 XY3 即 FeCl3,
FeCl3 与Fe发生化合反应生成 FeCl2,由此确定 X
为Fe元素.]
[专题五] 常见气体的制备与性质的综合
常见气体的实验室制法
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+2HClZnCl2+H2↑
Zn+H2SO4 ZnSO4+H2↑
②或③或④
二氧
化碳
CaCO3、
稀盐酸
CaCO3+2HClCaCl2
+CO2↑+H2O
②或③或④
氨气
NH4Cl、
Ca(OH)2
2NH4Cl+Ca(OH)2
△
CaCl2+2NH3↑+2H2O
①
氧气
KMnO4 2KMnO4
△
K2MnO4+
MnO2+O2↑
①
H2O2 2H2O2
MnO2
2H2O+O2↑ ②
◉[强化训练]
5.实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如
下图所示(省略夹持和净化装置).仅用此装置和
表中提供的物质完成相关实验,最合理的选项是
( )
选项 a中的
物质
b中的
物质
c中收集
的气体
d中的
物质
A 浓氨水 CaO NH3 H2O
B 浓硫酸 Na2SO3 SO2 NaOH 溶液
C 稀硝酸 Cu NO2 H2O
D 稀盐酸 CaCO3 CO2 水
解析:B [由于氨气的密度小于空气,故应用向下
排空气法,A 项错;SO2 密度比空气的大,可以用向
上排空气法收集,能被 NaOH 溶液吸收,B项正确;
铜与稀硝酸反应生成 NO,C项错;二氧化碳在水中
的溶解度很小,尾气处理不合适,D项错.]
661
化学(LK)必修第一册