高 三 化 学
【教学内容】
高三化学《氮和磷》
【教学目标】
1．掌握氮族元素的名称、符号、原子结构及原子结构的递变与单质物理性质、化学性质的关系。
2．掌握N2，氮的氧化物、NH3、铵盐、硝酸等的结构、性质和用途
3．掌握磷的同素异形体的结构、性质及用途
【知识讲解】
一、氮气
1．氮元素存在形态
空气中含大量N2，是工业生产中N2的主要来源。
思考：①工业上如何从空气中分离得到纯净N2？
②实验室如何制取N2？
[①工业制取N2有两种方法：一种是将空气液化，然后蒸发，首先挥发出N2，另一种方法是将木炭在空气中燃烧，将所得气体通过碱洗后得到N2。
②实验室制取N2一般也有两种方法：一种是将NH3通过灼热的CuO，
2NH3 + 3CuO == N2 + 3Cu + 3H2O得到N2，另一种方法是：NH4Cl饱和溶液和NaNO2饱和溶液混合加热，NH4Cl + NaNO2 == NaCl + N2↑+ 2H2O ]
2．N2物理性质：难溶于水，难液化，密度比空气略小——与空气密度相近，只能用排水法收集N2。
思考：请举出与N2密度相近的二种气体以及与CO2密度相近的二种气体。（N2式量为28，则式量为28的还有CO、C2H4，CO2的式量为44，则式量为44的有C3H8和N2O）
3．N2化学性质
（1）稳定性——很难与其它物质发生化学反应，为什么？（因为N=N叁键键能很大，很难打断该共价键）
（2）一定条件下具有氧化性：
N2
+ 3H2 ===== 2NH3 ——
工业上合成氨
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与活泼金属反应 3Mg + N2 ==== Mg3N2 6Na + N2 ==== 2Na3N
（3）具有氧化性 N2 + O2 ==== 2NO
4．氮的氧化物——N2O（笑气）、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5，其中属于酸酐的只有N2O3（HNO2）、N2O5（HNO3）
思考：酸分子内或分子间羟基与羟基脱水后形成的物质称为酸酐，则
H—C—OH CO，CO能否称为酸酐？为什么？已知硝酸的结构式为
HO—N 则其对应的酸酐的结构式如何表示？
（不能称为酸酐，因为它是羟基与碳原子相连的氢原子脱水所形成的物质。
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N—OH + H—O—N
N—O—N （N2O5）+ H2O ）
（1） NO ①不与酸、碱反应，常温迅速与O2化合2NO + O2 == 2NO2
②碱性条件： NO + NO2 + 2OH－ == 2NO2－ + H2O
③ NO + CO2 + Na2O2 == Na2CO3 + NO2
思考：NO和CO2的混合气体，通过足量的Na2O2后，剩余气体体积为原来的一半，则NO和CO2的体积比为
A．1:1 B．1:3 C．2:1 D．≤1:1的任意比
（答 D ）
④4NO + 3O2 + 2H2O == 4HNO3
⑤实验室制法：3Cu + 8HNO3（稀）== 3Cu(NO3)2+2NO + 4H2O
只能用排水法收集NO，为什么？（排空气NO + O2 — NO2）
（2）NO2——不可能为纯净物2NO2 == N2O4
强氧化性：NO2 + KI —— NO2 + SO2 —— （古老生产H2SO4方法）
4NO2 + O2 +2H2O == 4HNO3
实验室制法： Cu + 4HNO3（浓）== Cu（NO3）2+ 2NO2 + 2H2O （只能用排空气法收集）
二、氨
1．分子结构：三角锥形 N—锥顶， H—锥底， 键角—107°18′
极性分子
思考：下列气体与对应的液体能进行喷泉实验的是
A．NH3和H2O B．HCl和水 C．Cl2和H2O D．CO2和NaOH溶液
（答： A、B、D）
2．化学性质
（1）NH3 + H2O == NH3·H2O ==NH4+
+OH－ （中学唯一的碱性气体）
思考：①为什么能在浓氨水中加入NaOH固体可制取NH3？
（增大OH－浓度使氨水中平衡向左移动）
②氨水成分与液氨是否相同？给氨水加热[OH－]、电离度如何变化？若煮沸呢？已知使稀氨水PH值减小，电离度增大，则[NH4+]如何变化？（不同，氨水混合物，液氨纯净物。加热[OH－]、
均增大，若煮沸，氨水挥发，[OH－]要减小。[NH4+]可能增大，也可能减小）
（2）酸 NH3 + H+ == NH4+ （挥发性酸反应有白烟生成）
（3）盐溶液 NH3 + H2O + Fe3+ —— NH3 + H2O + Al3+ —— [制Al(OH)3]
Ag+ + NH3 + H2O —— （先沉淀后溶解）
NH3 + H2O + CO2 + NaCl == NaHCO3↓+ NH4Cl （侯氏制碱）
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4 NH3 + 3O2(纯) === 2N2 + 6H2O
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2 NH3 + 3CuO === 3Cu + N2 + 3H2O
（5）液氨自电离NH3 + NH3 == NH4+ + NH2－
思考：已知NH4+与H3O+（H+）相当，NH3与H2O相当，NH2－与OH－相当。
N3－（NH2－）与O2－相当。试完成下列反应方程式
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③M(NH2)2——（M为金属） ④NH4Cl + MO ——
（答：2Na + 2NH3 == 2NaNH2 + H2，
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CH3COOC2H5
+ NH3 CH3—C—NH2 + CH3CH2OH
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2NH4Cl + MO == MCl2 + 2NH3↑+ H2O）
3．实验室制法
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2NH4Cl + Ca(OH)2 === CaCl2 + 2NH3↑+ 2H2O
（2）反应装置：与制取O2、CH4完全相同
思考：收集NH3时，试管口放一团棉化，起什么作用？
（防止氨气与空气对流，以便收集到较纯的NH3）
三、铵盐
1．结构：NH4+与酸根离子组成，含离子键、共价键和配位键，属于离子晶体，极易溶水，且溶于水吸热。
2．化学性质
（1）水解：NH4+ + H2O == NH3·H2O + H+
思考：①请写出NH4+在D2O中水解的离子方程式
（NH4+
+ D2O == NH3·HDO + D+ 或NH3·HDO + D3O+）
②试用平衡移动原理解释下列现象：氨水加入Mg2+溶液出现白色沉淀Mg(OH)2而Mg(OH)2加入到饱和NH4Cl溶液沉淀又能溶解。
③Mg(OH)2能溶于饱和NH4Cl溶液有两种解释，一种是：
Mg(OH)2（s）== Mg2+ + 2OH－，NH4+ + H2O
== NH3·H2O
+ H+，H+与OH－中和，促使Mg(OH)2的溶解平衡移动而溶解，另一种解释是：
Mg(OH)2（s）== Mg2+ + 2OH－，OH－ + NH4+
==NH3·H2O，使Mg(OH)2 溶解。
试问：你能否只用一种试剂验证哪种解释合理？
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（2）与碱反应：NH4+ + OH－ == NH3↑+ H2O
注意：①该反应要生成NH3，必须要有加热条件，否则只能写成NH3·H2O
②该反应有何重要应用？一是实验室利用该反应来制取NH3，二是利用该反应检验或鉴定NH4+，请你说出鉴定NH4+方法？
（取样品加入NaOH溶液加热，若有使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体产生，即含NH4+）
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(NH)2S == 2NH3 + H2↑+ S
若为氧化性酸形成的铵盐，受热分解发生氧化—还原反应，产物复杂一般不要求同学们掌握。
思考：①铵盐分解的实质是NH4+提供质子（H+）给酸根离子，则NH4F、NH4Cl、NH4Br、NH4I四种铵盐的热稳定性由大到小的顺序是_____________________
（NH4I> NH4Br> NH4Cl>NH4F，因为HF最弱，F－最易分解）
②硫酸铵受分解的产物是N2、SO2、NH3、H2O和SO3，问该反应中每转移1mol电子，有多少摩(NH4)2SO4分解？
（首先写出反应方程式 4(NH4)2SO4 == N2 + 3SO2
+ SO3 + 6NH3 + 7H2O，根据反应式，每生成1mol/N2转移6mol电子，即有4mol(NH4)2SO4分解，则转移1mol电子应有
即
mol(NH4)2SO4分解）
四、硝酸
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由于分解产生NO2又溶解到HNO3里，而呈黄色。久置的试剂颜色变化的较多。如：
Na2O2、 、Fe2+化合物、AgX、AgNO3等。
思考：久置变黄的硝酸如何除去黄色？
（通入过量O2，不能加水，否则浓HNO3变成稀HNO3）
（2）强氧化性——越浓氧化性越强
①使Fe、Al钝化 ②除Au 和Pt可溶解绝大多数金属。要使Au、Pt溶解可用王水
思考：①王水、实验室制取CH4、C2H4均存在1:3关系，问这1:3是指体积、质量还是物质的量？
②（王水中浓HNO3和浓盐酸物质的量比1:3，制CH4无水CH3COONa与碱石灰质量比约为1:3，制C2H4酒精与浓H2SO4体积比为1:3）
③5.6g铁粉与100g稀HNO3恰好反应，求硝酸的质量分数。
（Fe与硝酸反应，应有以下几种情况：a、Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO↑+ 2H2O，
A% = 25.2% b、3Fe + 8HNO3 = 3Fe(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O，A% =16.8%
C、所得产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2混合物，则应在16.8~25.2%之间）
④氧化非金属，如C、S、P，且氧化到最高价
⑤某些化合物，如S２－、SO4２－、Fe2+、I－等
（3）与有机物的反应
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① + HNO3
+ H2O
进行该实验的操作步骤？实验现象？为何制得的硝基苯为谈黄色？怎样将淡黄色除去得到纯硝基苯？
②与醇、纤维素的酯化
③与蛋白质发生黄蛋白反应
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（1）实验室制法 NaNO3 + H2SO4（浓）==== NaHSO4 + HNO3↑
实验室制HNO3的原理与制HCl完全相同，为什么制HNO3的产物只能为NaHSO4而不是Na2SO4？制HNO3发生装置是否与制Cl2完全相同？
（因为若生成Na2SO4必强热，这时HNO3亦分解。不同，一般制HNO3只能用曲颈瓶，若用与制Cl2相同的装置，橡皮塞应用铝箔包起来。）
（2）工业制法——氨的催化氧化法
①氨的氧化——氧化炉
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（高温NO不能与O2化合，即2NO2 ===2NO + O2）
③尾气吸收——用NaOH溶液
④稀NHO3浓缩——吸水剂Mg(NO3)2或浓H2SO4再蒸馏。
思考：吸水剂能否用MgCl2或P2O5？
（不能用MgCl2，因为蒸馏时HNO3中含HCl，可用P2O5，因形成H3PO4也是不挥发性酸）
例：氨氧化法可制得50%的硝酸。加脱水剂可进一步制得90%的硝酸，两种产品的质量比
（m1、m2分别为50%的硝酸溶液和90%的硝酸溶液质量）。若以17吨液氨为原料生产硝酸
（1）导出理论上所需水量y（吨）与质量比x数学关系式（假定NH3转化率是100%）
（2）根据导出关系式求出只生产50%的硝酸所需水的量和只生产90%硝酸所需水的量（吨）
（3）质量比x为多少时，进出水的量保持平衡，此时两种产品总质量为多少吨？
解析：这是一道结合数学知识解决化工生产的典型例题，高考《考试说明》明确指出：
要具备用数学知识解决化学问题的能力。
本题首先要导出需要水的量与两种硝酸质量比的函数关系：
两种产品中含水为
吨，这是否理论上需要水的量？不是，因为在NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O反应中，17吨氨除完全转化为63吨硝酸外，还生成18吨水，因此
－18，现在的问题是如何将m1、m2转化为x，根据题意：
代入－18
得
解答第二问，关键是抓住“根据导出关系式”，而不是利用化学方程式求解。如何根据导出关系式求出需要水的量？还要抓住，当只生产50%硝酸时，即m2=0，若m2=0，
即
吨，需加入45吨水。当只生产90%硝酸时，m1=0，
x=0，
吨，这—11吨什么意思？即不需要加水，反而脱去11吨水，才能得到90%的硝酸。
第三问比较简单，当进出水的量保持平衡，即y=0，
，
利用方程组
求出
两种产品的总质量为24.75+56.25=81吨
五．硝酸盐
主要了解这几方面的内容：
1．高温时表现强氧化性，如黑火药的爆炸就是KNO3表现氧化性
2．硝酸盐分解：按金属活动顺序K~Na的硝酸盐分解得亚硝酸盐和O2
Mg~Cu生成金属氧化物、NO2、O2、Hg~Ag生成金属、NO2、O2
思考：（1）某金属的硝酸盐受热分解，生成金属氧化物、NO2和O2，其中NO2和氧气的体积比为8:1，则金属元素的化合价。
A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定
（解析：关键是利用电子得失守恒原埋， N→N，O→O，则形成1mol O2失去4mol电子，同时生成8molNO2必得8mol电子，金属元素的化合价必升高）
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（2）已知三种硝酸盐受热分解：2NaNO3 == 2NaNO2 + O2↑
2Cu(NO3)2
==2CuO + 4NO2↑ + O2↑ 2AgNO3 ==
2Ag + 2NO2↑ + O2↑由上述三种盐的一种或几种组成的物质，受热分解进生成mL气体，被水充分吸收后剩余
气体，符合这一条件的几种可能组合是________、________、___________、_________。（有几种组合填几种，不必填满，亦可补充）
（解析：①NaNO3分解产生mLO2不能被水吸收，不可能是单一的NaNO3
②Cu(NO3)2分解产生mL NO2和O2且体积比为4:1，能被水完全吸收，无气体剩余，不可能是单一的Cu(NO3)2
③AgNO3分解产生mLNO2和O2，但其体积比为2:1，被水吸收后恰好剩余O2，可以是单一的AgNO3，若①与②组合，
则按一定比例混合可剩余。若①与③组合
。无论按什么比例混合，剩余气体一定大于，同理②与③组合剩余气体一定小于，若①②③组合同样可以剩余，因此有三种组合。）
3．
NO3－的鉴定：取样品（固体或浓溶液）+ 浓H2SO4
+ 铜片 若有红棕
色气体生成，则含有NO3－（若样品为较稀溶液，管口有红棕色气体生成）若样品是极稀的溶液，应加热浓缩后才能进行上述鉴定实验。
【能力训练】
将一生锈的铁片（铁锈成份以Fe2O3计），放入稀HNO3中，反应结束后，收集到NO气体11.2L（标况），溶液中还剩下5g固体残渣，过滤后，向溶液中通入35.5gCl2，恰好将溶液中的Fe2+全部氧化，求铁片中铁锈的质量分数。
【能力训练答案】20.5%