氮和磷第二課時

氮和磷（第二課時）

[教學目標]

1．知識目標

（1）掌握一氧化氮、二氧化氮的性質及相互轉化的關系。

（2）掌握白磷、紅磷的性質以及它們之間的相互轉化關系。了解磷的含氧酸的性質，了解常見的磷酸鹽。

2．能力和方法目標

（1）通過NO₂、NO、O₂跟水反應的分析，掌握氮的氧化物、氧氣和水反應的有關計算方法。

（2）通過比較白磷、紅磷的結構和性質，提高比較能力，提高判斷同素異形體的能力。通過氮族、氧族和鹵族元素的比較，提高運用元素周期律分析和解決問題的能力。

[教學重點、難點] NO₂、NO、O₂跟水反應的有關計算。

[教學過程]

[復習和引入新課]

復習上節課N₂的化學性質，總結氮的氧化物的性質。

[教師提問]你能寫出哪些氮的氧化物的化學式？其中氮元素的價態分別是多少？

氮的氧化物中屬于酸酐的有哪些？

NO和NO₂如何轉化？NO₂、溴蒸氣怎樣鑒別？

如何收集NO、NO₂？

[邊討論邊總結]

 

（一）二氧化氮跟水的反應

[演示實驗]二氧化氮跟水反應。裝置如下圖所示（一支10mL量筒）。

（1）輕輕搖動量筒，觀察現象（水位逐漸上升，紅棕色逐漸變淺）。

（2）用大拇指按住量筒口，取出量筒倒轉振蕩，再插入水中，觀察現象。（水位迅速上升至量筒容積約 ，剩余 體積的無色氣體）。

（3）將量筒口用橡膠塞塞住，從水中取出量筒，往量筒中滴入紫色石蕊試液，觀察現象（溶液變紅）。

通過以上實驗的分析引出下列問題。

 

（二）NO₂、NO、O₂跟反應的計算

分析反應原理：

1．二氧化氮跟水反應：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO

2．二氧化氮、氧氣同時跟水反應：4NO₂+O₂+H₂O = 4HNO₃

3．一氧化氮、氧氣同時跟水反應：4NO+3O₂+H₂O = 4HNO₃

遇到這類計算題時，首先要弄清所涉及的反應原理是哪種情況，再進行計算。如，二氧化氮跟氧氣的混合氣體溶于水時，可能有以下向種情況：

 

[例題講解]

[例1]將盛有氮氣和二氧化氮混合氣體的試管倒立于水中，經過足夠時間后，試管內氣體體積縮小為原體積的一半，則原混合氣體中氮氣和二氧化氮的體積比是　　　　。

[分析]氮氣跟水不反應，所以可根據“3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO”用體積差法進行計算。

答案為：1:3。

[例2]

將容積為50mL的量筒內充滿NO₂和O₂的混合氣體，倒置量筒在盛滿水的水槽里，足夠時間后，量筒里剩余氣體體積為5mL。則混合氣體中NO₂和O₂體積比可能是　　　。

 

 

[分析]二氧化氮、氧氣混合氣體例置于水中，最后殘留氣體可能有二種情況，一是氧氣，二是一氧化氮。所以應先假設，再立式計算。

[解答]（1）若剩余的5mL氣體是O₂，則共有45mLNO₂、O₂混合氣體跟水反應，根據4NO₂+O₂+H₂O = 4HNO₃可得出：

V（NO₂）= ×45mL=36mL

V（O₂）= ×45mL+5mL=14mL

 

所以，原混合氣體中NO₂和O₂體積比為18:7。

（2）若剩余的5mL氣體是NO，則NO₂、O₂混合氣體跟水反應時是NO₂過量，過量的NO₂再跟水反應。根據反應“3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO”可得出，共有15mLNO₂過量。

即，在NO₂、O₂混合氣體跟水反應的過程中共消耗氣體35mL。根據4NO₂+O₂+H₂O = 4HNO₃可得出：

V（O₂）= ×35mL=7mL

V（NO₂）= ×35mL+15mL= 43mL

所以，原混合氣體中NO₂和O₂體積比為43:7。

（三）磷

[引導]讓學生閱讀教材中有關磷的內容。

[展示]給學生展示白磷和紅磷樣品，讓學生觀察。再完成“磷的兩種同素異形體性質的比較表”。

[學生總結并填表]

磷的兩種同素異形體白磷和紅磷的比較

 

白磷

紅磷

分子結構

P₄正四面體型，分子晶體

結構復雜，分子晶體

顏色

白色蠟狀固體

暗紅色粉未

密度（g·cm^-3）

1.82

2.34

溶解性

不溶于水，易溶于CS₂

不溶于水，也不溶于CS₂

毒性

劇毒

無毒

著火點

40℃，易自燃

240℃，可燃

還原性

易被氧化，發磷光

不易被氧化

保存

少量保存在水中

貯存在密閉瓶中

相互轉化

隔絕空氣條件下，白磷加熱到260℃可轉化為紅磷，紅磷加熱到416℃以上（升華）可得到白磷。

 

[演示實驗]

（1）白磷、紅磷的燃燒。

（2）紅磷轉化為白磷。

（3）五氧化二磷的吸水性。

在教師引導下，通過上述實驗現象的觀察和分析，讓學生完成下列反應的化學方程式：

磷在空氣中燃燒：4P+5O₂ 2P₂O₅（白煙現象）

磷在氯氣中燃燒：2P+3Cl₂ 2PCl₃

2PCl₃+Cl₂ 2PCl₅（白色煙霧現象）

五氧化二磷吸水：  P₂O₅+3H₂O H₃PO₄  

 

磷酸是中強酸，跟堿反應可生成正鹽、一氫鹽、二氫鹽等三類鹽。

 

教師通過下列來引導學生，讓比較氮族、氧族和鹵族元素的性質差異。

磷（氮族）、硫（氧族）、氯（鹵族）的比較

 

磷

硫

氯

跟氫氣化合難易程度

很難跟H₂直接化合

硫蒸氣在加熱時才能跟H₂直接化合

Cl₂和H₂混合，在光照或點燃情況下迅速反應發生爆炸

氣態氫化物的穩定性

PH₃不穩定，易分解

H₂S較不穩定，加熱可分解

HCl很穩定，加熱到1000℃時才開始分解

最高價氧化物對應水化物的酸性

 

H₃PO₄是中強酸

H₂SO₄是強酸

HClO₄為最強的含氧酸

結論

從氮族到鹵族，非金屬性逐漸增強

 

[鞏固練習]

1．根據下列氮及其化合物間的轉化關系，寫出有關化學方程式。

答案：略。

2．關于磷的下列敘述中，正確的是（   ）

（A）紅磷沒有毒性而白磷有劇毒       （B）白磷在空氣中加熱到260℃可轉變為紅磷

（C）白磷可用于制造安全火柴         （D）少量白磷應保存在水中

答案：AD。

3．在城市空氣中含有濃度較大的一氧化碳、氮的氧化物等大氣污染物，這些污染物的主要來源是（    ）。

（A）硫酸工業排放的廢氣      （B）氨氧化法制硝酸中吸收塔排放的廢氣

（C）汽車尾氣                （D）煤炭不完全燃燒產生的廢氣

答案：C。

4．在一定溫度和壓強下，將裝有N₂和NO₂混合氣體的試管倒立于水槽中，最后試管內氣體的體積縮小為原體積的 ，則混合氣體中N₂與NO₂的體積比是（  ）。

（A）2:3      （B）3:2      （C）3:5       （D）5:3

答案：A。

5．下列關于砷（As）元素的敘述中，正確的是（   ）。

（A）在AsCl₃分子中，砷原子最外層電子數為8

（B）砷的相對原子質量為74.92，由此可知砷原子核內有42個中子

（C）砷的氫化物的化學式為AsH₃，它是一種強氧化劑

（D）砷酸（H₃AsO₄）是強酸，其酸性與硫酸相似 

答案：A。

6．將VLNO和NO₂的混合氣體通過水吸收后，得到amL無色氣體A。將此無色氣體A與等體積O₂混合，再通過水充分吸收后，收集到5mL無色氣體B。試回答：

（1）A氣體是__________________，B氣體是_________________________。

（2）A氣體的體積是______________________mL

（3）V值的取值范圍是____________________。

答案：（1）A是NO；B是O₂。（2）20mL。（3）20<V<60。

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