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【投影】請(qǐng)用上述轉(zhuǎn)化關(guān)系中物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)方面的知識(shí)，探討解決下列化學(xué)問(wèn)題的方法和途徑：

1．氮?dú)饧s占空氣體積的4/5，為什么金屬鎂在空氣中燃燒，主要生成氧化鎂？

2．“等電子體”之間具有某些相似的化學(xué)性質(zhì)。化學(xué)家還常用“等電子體”來(lái)預(yù)測(cè)某些物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，例如：NH4+、CH4之間即為“等電子體”的關(guān)系，請(qǐng)你分析一下具備什么條件，方可稱為“等電子體”？

（討論時(shí)引導(dǎo)學(xué)生從組成、構(gòu)成與結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行分析）

3．當(dāng)前城市空氣質(zhì)量惡劣的重要原因是汽車尾氣的超標(biāo)排放，你能否應(yīng)用氮元素單質(zhì)和化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，設(shè)計(jì)除去汽車尾氣中的CO和氮氧化物（如NO、NO2等）的理論構(gòu)想？其中包括：確定無(wú)害化過(guò)程及其產(chǎn)物和選擇無(wú)害化試劑及反應(yīng)條件等。

【思考】

（1）將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為什么物質(zhì)即可完成無(wú)害化過(guò)程？

（2）應(yīng)依據(jù)什么化學(xué)原理完成無(wú)害化過(guò)程？

（3）完成無(wú)害化過(guò)程中，無(wú)害化試劑的選擇原則是什么？

（4）對(duì)無(wú)害化過(guò)程反應(yīng)條件的確定原則是什么？

（5）寫(xiě)出無(wú)害化過(guò)程的化學(xué)方程式。

思考后回答：性質(zhì)方面的原因是：氧氣的氧化性強(qiáng)于氮?dú)猓唤Y(jié)構(gòu)方面的原因是：氮分子中氮原子間具有三條共價(jià)鍵。

思考分析：互為“等電子體”應(yīng)滿足的條件是：

（1）在微粒的組成上：微粒所含原子數(shù)目相同；

（2）在微粒的構(gòu)成上：微粒所含電子數(shù)目相同；

（3）在微粒的結(jié)構(gòu)上：微粒中原子的空間排列方式相同。

討論并確定：

（1）無(wú)害化過(guò)程應(yīng)為：

①CO→CO2；

②NO→N2；

③NO2、N2。

（2）分析：對(duì)①應(yīng)加入氧化劑；對(duì)②、③應(yīng)加入還原劑。

（3）討論：選擇氧化劑和還原劑的原則：

①尾氣中的其他成分；

②無(wú)毒無(wú)害、成本適度的其他物質(zhì)。

（4）對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行選擇：

①反應(yīng)條件最好應(yīng)為常溫、常壓。

②對(duì)常溫、常壓不能進(jìn)行的反應(yīng)，應(yīng)適當(dāng)?shù)剡x擇催化劑，使其在常溫、常壓下進(jìn)行。

（5）經(jīng)反復(fù)探討確定下列理論構(gòu)想：

①2CO+2NO 2CO2+N2；

（選NO是因?yàn)椋核�是初�?jí)有害物質(zhì)）

②6NO+4NH3 6H2O+5N2；

③6NO2+8NH3 12H2O+7N2。

4．硝酸與金屬反應(yīng)的還原產(chǎn)物與硝酸的濃度和金屬的活潑性有密切的關(guān)系，可以是N2O、NO2（N2O4）等，又已知這些氮氧化物均可與銅發(fā)生反應(yīng)：

你能否設(shè)計(jì)一個(gè)可以確定硝酸與金屬反應(yīng)的還原產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)裝置模型？

【設(shè)問(wèn)】此裝置系統(tǒng)應(yīng)包含幾個(gè)大部分？

思考回答：應(yīng)該包含三個(gè)大部分――金屬與硝酸反應(yīng)的部分、氮氧化物與銅反應(yīng)的部分和氮?dú)怏w積的確定部分。

【追問(wèn)】根據(jù)金屬與硝酸反應(yīng)物的狀態(tài)及反應(yīng)條件，應(yīng)選擇何種裝置？

若反應(yīng)速率太小，應(yīng)采取什么對(duì)策？

應(yīng)選擇固-液反應(yīng)的裝置。

給反應(yīng)容器加熱。

加熱應(yīng)考慮什么因素？選擇什么方式？

加熱應(yīng)防止硝酸分解；所以，加熱方式應(yīng)是微熱，如水浴加熱。

如果反應(yīng)產(chǎn)物中含有NO，你認(rèn)為此裝置的設(shè)計(jì)有沒(méi)有問(wèn)題，應(yīng)該如何完善？

如果反應(yīng)產(chǎn)物中含有NO，會(huì)與裝置中空氣里的氧氣發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果錯(cuò)誤。應(yīng)該在金屬與硝酸反應(yīng)之前排凈裝置中的空氣。

用什么方法排凈空氣？怎樣改進(jìn)裝置的設(shè)計(jì)？

可以用CO2排凈裝置中的空氣，在金屬與硝酸反應(yīng)的裝置前添加一個(gè)CO2發(fā)生器。

根據(jù)金屬與硝酸反應(yīng)的反應(yīng)物的性質(zhì)及反應(yīng)條件，判斷產(chǎn)物氣體的成分除氮的氧化物以外還可能有什么？其對(duì)后續(xù)反應(yīng)有無(wú)干擾？應(yīng)如何凈化？?jī)艋�裝置的位置是什么？

還可能有水蒸氣和CO2。水蒸氣的存在可能干擾氮氧化物與銅的反應(yīng)（如：NO2與H2O反應(yīng)生成HNO3，HNO3會(huì)和Cu反應(yīng)，再生成氮氧化物）；CO2的存在可能使氮?dú)怏w積的測(cè)量產(chǎn)生誤差。可以用濃硫酸干燥除去水蒸氣，其裝置應(yīng)放在氮氧化物與銅的反應(yīng)的裝置之前；用NaOH溶液除去CO2，其裝置放在氮?dú)怏w積測(cè)量的裝置之前。

選擇什么裝置完成氮氧化物與銅的反應(yīng)？

用加熱的硬質(zhì)試管。

銅選擇什么形態(tài)？原因何在？怎樣防止銅粉被氣流揚(yáng)起？

用銅粉，反應(yīng)接觸面積大，使氮氧化物與銅的反應(yīng)更為完全。在硬質(zhì)試管兩端填入玻璃棉。

如何測(cè)量N2的體積？

用量氣裝置。

師生共同探討后確定下列實(shí)驗(yàn)裝置模型：

【引導(dǎo)】通過(guò)上述化學(xué)問(wèn)題的探討，能否歸納“結(jié)構(gòu)―性質(zhì)―應(yīng)用”的依存關(guān)系？

歸納：

【過(guò)渡】不僅“結(jié)構(gòu)―性質(zhì)―應(yīng)用”有這樣的依存關(guān)系，而且“性質(zhì)―存在―制備”也有依存關(guān)系。

【投影】請(qǐng)用物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)方面的知識(shí)，探討解決下列化學(xué)問(wèn)題的方法和途徑：

1．空氣的成分在一定時(shí)期內(nèi)基本上是固定不變的。其中N2與O2含量基本穩(wěn)定的實(shí)質(zhì)是否相同？

（討論中引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系其它學(xué)科的知識(shí)內(nèi)容）

討論后回答：實(shí)質(zhì)是不同的。N2是由于分子中三個(gè)共價(jià)鍵，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，導(dǎo)致性質(zhì)穩(wěn)定，通常不易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的緣故；O2是化學(xué)性質(zhì)比較活潑的物質(zhì)，其在通常狀況下，也可與許多物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。而自然界的一些其他變化中又可產(chǎn)生O2，如光合作用等。在自然界O2的消耗速率和O2的生成速率大致相等，達(dá)成動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致空氣中O2的含量基本保持不變。

2．如果實(shí)驗(yàn)室想獲得少量純凈的N2，有哪些可能的途徑？

（提示學(xué)生用空氣并不方便）。

思考后可提出三種方案：

用氣體備氣體，會(huì)使制得的氣體不純）；

【討論】在這些途徑中，最可行的途徑是哪一種？

討論后得出結(jié)論：

銨鹽。

NO2，而很少得到N2。

途徑。

【追問(wèn)】具體應(yīng)選擇什么物質(zhì)之間的反應(yīng)合適？

判斷：

銨鹽選擇NH4Cl最保險(xiǎn)（因?yàn)椋�如果為了提高反�?yīng)速率需要加熱，其受熱分解的產(chǎn)物不復(fù)雜）。

酸鹽，最簡(jiǎn)單的是NaNO2。

【追問(wèn)】此反應(yīng)的原料應(yīng)是什么狀態(tài)？

回答：應(yīng)用溶液之間的反應(yīng)，而不用固體之間的反應(yīng)（防止在反應(yīng)需要加熱時(shí)銨鹽分解）。

【介紹】實(shí)驗(yàn)室制取少量純凈的氮?dú)猓�確實(shí)使用的是飽和NaNO2與NH4Cl之間的反應(yīng)。此反應(yīng)需加熱，但反應(yīng)開(kāi)始后要立即移開(kāi)酒精燈。請(qǐng)寫(xiě)出化學(xué)方程式（啟發(fā)學(xué)生考慮此反應(yīng)是放熱反應(yīng)）。

【設(shè)問(wèn)】請(qǐng)從N2的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)方面解釋此反應(yīng)為什么是放熱反應(yīng)？

思考并書(shū)寫(xiě)：

NaNO2+NH4Cl=NaCl+N2↑+2H2O+Q

【啟發(fā)】通過(guò)以上化學(xué)問(wèn)題的討論與解決，你認(rèn)為“性質(zhì)”、“存在”、“制備”三方面有什么關(guān)系？

討論并解釋：生成N2時(shí)要形成三個(gè)共價(jià)鍵，所以N2的能量要低于NaNO2與NH4Cl，多余的能量以熱的形式釋放出來(lái)，所以，此反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

討論后歸納：

【作業(yè)】北京練習(xí)冊(cè)，化學(xué)總復(fù)習(xí)非金屬部分的練習(xí)。

精選題

1．試應(yīng)用“等電子體”的知識(shí)，寫(xiě)出下列微粒的“等電子體”的化學(xué)式______。

（1）N2H62+

（2）CO32-

（3）NO2+

（4）C2O42-

（5）N2

2．實(shí)驗(yàn)室用飽和NaNO2與NH4Cl溶液反應(yīng)制取純凈的氮?dú)猓瑢?shí)驗(yàn)裝置如圖3-11所示：試回答：

（1）裝置中A部分的分液漏斗與蒸餾燒瓶之間連接的導(dǎo)管所起的作用是______（填寫(xiě)編號(hào)）。

A．防止NaNO2飽和溶液蒸發(fā)

B．保證實(shí)驗(yàn)裝置不漏氣

C．使NaNO2飽和溶液容易滴下

（2）B部分的作用是______。

A．冷凝

B．冷卻氮?dú)?/p>

C．緩沖氮?dú)饬?/p>

（3）加熱前必須進(jìn)行的一個(gè)操作步驟是______；加熱片刻后，即應(yīng)移去酒精燈，以防止反應(yīng)物沖出，其原因是______。

（4）收集N2前必須進(jìn)行的步驟是（用文字說(shuō)明）______，收集最適宜的方法是（填寫(xiě)編號(hào)）______。

A．用排氣法收集在集氣瓶中

B．用排水法收集在集氣瓶中

C．直接收集在排凈空氣的球膽或塑料袋中

3．實(shí)驗(yàn)室合成氨裝置如右圖所示：

試回答：

（1）裝置甲的作用是：

①__________________________；

②__________________________；

③__________________________。

（2）從乙處導(dǎo)出的氣體是______，檢驗(yàn)產(chǎn)物的簡(jiǎn)單化學(xué)方法是_____________。

4．實(shí)驗(yàn)室用氨氣還原氧化銅的方法測(cè)定銅的近似原子量，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

3CuO+2NH3 N2+3Cu+3H2O

（1）如果選用測(cè)定反應(yīng)物CuO和生成物H2O的質(zhì)量（mCuO、mH2O）的方法進(jìn)行測(cè)定，請(qǐng)用如圖3-13所示的儀器設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案，并回答下列問(wèn)題：

①儀器的連接順序?yàn)開(kāi)_____（用字母編號(hào)表示，儀器可重復(fù)使用）。（D）中濃硫酸的作用是______。實(shí)驗(yàn)完畢時(shí)，觀察到（A）中的現(xiàn)象是______。

②列出計(jì)算Cu的原子量的表達(dá)式______________。

③下列情況使測(cè)定結(jié)果偏大的是______________。

A．CuO未全部還原為Cu

B．部分CuO受潮

C．CuO中混有Cu

D．部分CuO被還原為Cu2O

（2）如果仍采用上述儀器裝置，其它方案可選用測(cè)定的物理量有________。

A．m（CuO）、m（Cu）

B．m（N2）、m（H2O）

C．m（Cu）、m（H2O）

D．m（H2O）、m（NH3）

答　 案

1．（1）C2H6　　　　　　　　　　 （2）NO3-

（3）CO2　　　　　　　　　　　　 （4）N2O4　　　　　　　 （5）CO或C22-

2．（1）C （2）A （3）檢查系統(tǒng)的氣密性；此反應(yīng)為放熱反應(yīng)。（4）排凈系統(tǒng)中的空氣；C

3．（1）①干燥氣體；②使兩種氣體充分混合；③觀察氣泡，以調(diào)節(jié)H2、N2的氣流速度（注：只要求在三項(xiàng)中寫(xiě)出任意兩項(xiàng)）。

（2）NH3、H2、N2的混合物；用蘸有濃鹽酸的玻璃棒放在導(dǎo)管口，有白煙生成。

4．（1）①（B）（C）（A）（C）（D）；吸收未反應(yīng)的NH3，防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入（C）中；固體由黑色變?yōu)榱良t色。

③A　 C　 D

（2）A　 C