化学教案－氮和磷

1-1-1 氮和磷（第一课时）

[教学目标]

1．知识目标

（1）掌握氮族元素性质的相似性、递变性。

（2）掌握N ₂ 的分子结构、物理性质、化学性质、重要用途。熟悉自然界中氮的固定的方式和人工固氮的常用方法，了解氮的固定的重要意义。

2．能力和方法目标

（1）通过“位、构、性”三者关系，掌握利用元素周期表学习元素化合物性质的方法。

（2）通过N ₂ 结构、性质、用途等的学习，了解利用“结构决定性质、性质决定用途”等线索学习元素化合物性质的方法，提高分析和解决有关问题的能力。

[ 教学重点、难点] 氮气的化学性质。氮族元素性质递变规律。

[ 教学过程]

[引入]投影（或挂出）元素周期表的轮廓图，让学生从中找出氮族元素的位置，并填写氮族元素的名称、元素符号。根据元素周期律让学生通过论分析氮族元素在结构、性质上的相似性和递变性。

[教师引导]氮族元素的相似性：

[学生总结]最外电子层上均有5个电子，由此推测获得3个电子达到稳定结构，所以氮族元素能显-3价，最高价均为+5价。最高价氧化物的通式为R ₂ O ₅ ，对应水化物通式为HRO ₃ 或H ₃ RO ₄ 。气态氢化物通式为RH ₃ 。

氮族元素的递变性：

氮   磷   砷   锑   铋

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非金属逐渐减弱   金属性逐渐增强

HNO ₃ H ₃ PO ₄ H ₃ AsO ₄ H ₃ SbO ₄ H ₃ BiO ₄

酸性逐渐减弱           碱性逐渐弱增强

NH ₃ PH ₃ AsH ₃

稳定性减弱、还原性增强

[教师引导]氮族元素的一些特殊性：

[学生总结]+5价氮的化合物（如硝酸等）有较强的氧化性，但+5价磷的化合物一般不显氧化性。

氮元素有多种价态，有N ₂ O、NO、N ₂ O ₃ 、NO ₂ 、N ₂ O ₄ 、N ₂ O ₅ 等6种氧化物，但磷主要显+3、+5两种价态。

[教师引导]氮族元素单质的物理性质有哪些递变规律？

[师生共同总结后投影]课本中表1-1。

[引入第一节]

第一节 氮和磷

氮气

布置学生阅读教材第2-3页的内容，进行归纳总结。

[边提问边总结]

（一）氮的存在

游离态：大气中N ₂ 的体积比为78%、质量比为75%。

化合态：无机物中（如硝酸钾等），有机物中（如蛋白质、核酸等）。

[引导]请学生观察周围空气并通过联想分析氮气的物理性质。

[学生总结]

（二）氮气的物理性质

无色无味，难溶于水（1:0.02），比空气稍轻。

[投影]常见气体在常温常压下的溶解度，让学生进行比较。

难溶气体：N ₂ （1:0.02）；H ₂ （1:0.02）；

微溶气体：O ₂ （1:0.2）

可溶气体：Cl ₂ （1: 2）、H ₂ S（1:2.6）

易溶气体：SO ₂ （1:40）

极易溶气体：HCl（1:500）

[思考]实验室制N ₂ 时应该用什么方法来收集？

（三）氮气的化学性质

[引导]结构决定性质，先研究N ₂ 的结构。

1．N ₂ 的结构

电子式： <?XML:NAMESPACE PREFIX = O /> ；结构式：N≡N。氮氮三键的键能很大（946kJ·mol ^-1 ），所以N ₂ 很稳定，通常情况下，性质很不活泼。

2．氮气的化学性质

（1）与氢气反应

（2）跟镁反应：3Mg+N ₂ Mg ₃ N ₂

（3）与氧气反应：N ₂ +O ₂ 2NO

引导学生从氧化还原反应角度分析上述三个反应。进而得出“氮气既能表现氧化性，也能表现还原性”的结论。

[引导]中国有句农谚，叫做“雷雨发庄稼”，谁能解释这句话的含义？请大家阅读教材第3-4页内容，再来理解这句农谚。

[学生总结]

[补充演示实验]教师事先在一烧瓶内充满一氧化氮气体，让学生观察一氧化氮的颜色等。打开瓶塞，让学生观察变化。

[学生观察结论]一氧化氮是一种无色气体、二氧化氮显红棕色。通常条件下，一氧化氮易转化为二氧化氮。

[教师引导]请用双线桥法标出以上三个反应中电子转移的方向和数目。

[学生活动]完成以上作业，教师根据学生作业情况加以说明。

（四）氮气的用途

1．合成氨、制氮肥、制硝酸。

2．用作保护气：焊接金属、充填灯泡、保存粮食和水果。

[教师引导]请学生分析以上用途中利用氮气哪方面的性质。

（五）氮的固定

将游离态的氮转变为氮的化合物的过程叫做氮的固定。

途径：自然固氮（雷雨固氮、生物固氮）；人工固氮：合成氨工业。

教师向学生介绍人工模拟生物固氮这一世界性研究课题的现状和前景，鼓励学生献身科学研究为人类作出贡献。

[ 课堂小结]

结构、性质和具体反应之间的联系：

非金属元素及其化合物间的转化关系：

[ 随堂练习]

1．不属于氮的固定的变化是（  ）

（A）根瘤菌把氮气转化为氨             （B）氮气和氢气在适宜条件下合成氨

（C）氮气和氧气在放电条件下合成NO    （D）工业上用氨和二氧化碳合成尿素

答案：D。

2．在汽车引擎中，N ₂ 和O ₂ 进行反应会生成污染大气的NO（N ₂ +O ₂ 2NO+Q），据此，有人认为废气排出后，温度即降低，NO分解，污染也就会自行消失，事实证明此说法不对，其主要原因可能是（   ）

（A）常温常压下NO的分解速度很慢

（B）在空气中NO迅速变为NO ₂ 而不分解

（C）空气中N ₂ 与O ₂ 的浓度高，不利于平衡向左移动

（D）废气排出后，压强减小，不利于平衡向左移动

答案：AB。

3．利用下列方法，可以在实验室里从空气中制取氮气的是（  ）

（A）把空气液化, 然后分离出氮气

（B）把空气缓缓通过加热了的铜网

（C）把空气缓缓通过加热了的镁粉

（D）把空气通过装有氢氧化钠的洗气瓶

答案：B。

4．现有M、R两种第ⅤA族元素，下列事实不能说明M的非金属性比R强的是（  ）。

（A）酸性：H ₃ MO ₄ >H ₃ RO ₄

（B）气态氢化物稳定性：MH ₃ >RH ₃

（C）气态氢化物还原性：MH ₃ >RH ₃

（D）含氧酸盐的稳定性：Na ₃ MO ₄ >Na ₃ RO ₄

答案：C、D。

5．在F、P、Si、Fe这四种元素中，每种元素都有某些方面区别于某它三种元素。若从中选出氟元素，选择的理由中正确的是（   ）。

（A）最高价氧化物对应的水化物酸性最强

（B）单质与冷水反应最剧烈

（C）单质固态时为分子晶体，熔沸点较低

（D）在氧化物：OF ₆ 、P ₂ O ₅ 、Fe ₂ O ₃ 中，OF ₆ 最稳定

答案：BC。

6．在标准状况下，将O ₂ 与NO按3:4体积比充满烧瓶，将烧瓶倒置于水中，最后烧瓶内溶液的物质的量浓度约为（单位：mol·L ^-1 ）（      ）。

（A）0.045    （B）0.036    （C）0.026    （D）0.018

答案：B。

7．1898年，曾有人发明了固氮的一种方法，该法以石灰石、焦炭、空气为原料。第一步反应是石灰石分解；第二步是使第一步反应产物和焦炭反应，在电炉中的高温下制得第三步反应起始物；第三步反应中另一反应物是空气，该反应也是在电炉中完成的，生成一种固体；第四步是使该固体和水蒸气反应制得氨气。又知该固体中有与N ₃ ^- 互为等电子体的离子。

（1）试写出四步反应的化学方程式；

（2）试简评该固氮方法。

答案：（1）CaCO ₃ CaO+CO ₂ ↑； CaO+3C CaC ₂ +CO↑；CaC ₂ +N ₂ CaCN ₂ +C ；   CaCN ₂ +3H ₂ O(g)=CaCO ₃ +2NH ₃ ↑。

（2）这种方法，需要消耗大量电能，原料众多，设备重，生产成本高。

8．有A、B、C、D四种气体，能发生下列变化

A+D E+H ₂ O，   E+O ₂ D，

C+D B+F， B+O ₂ C。

且已知其中：C为红棕色，D能使石灰水变浑浊，E常温下是固体，F是一种酸酐。

（1）写出四种气体的化学式：A_________、B_________、C_________、D_________。

（2）写出C+D B+F所表示的反应方程式_____________________________。

（3）写出D使石灰水变浑浊的反应方程式_______________________________。

答案：

（1）H ₂ S、NO、NO ₂ 、SO ₂ 。

（2）NO ₂ +SO ₂ =NO+SO ₃ 。

（3）SO ₂ +Ca(OH) ₂ =CaSO ₃ ↓+H ₂ O。