【投影】請用上述轉化關系中物質結構和性質方面的知識，探討解決下列化學問題的方法和途徑：

1．氮氣約占空氣體積的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性質�；瘜W家還常用“等電子體”來預測某些物質的結構，例如：NH4+、CH4之間即為“等電子體”的關系，請你分析一下具備什么條件，方可稱為“等電子體”？

（討論時引導學生從組成、構成與結構方面進行分析）

3．當前城市空氣質量惡劣的重要原因是汽車尾氣的超標排放，你能否應用氮元素單質和化合物之間的轉化關系，設計除去汽車尾氣中的CO和氮氧化物（如NO、NO2等）的理論構想？其中包括：確定無害化過程及其產(chǎn)物和選擇無害化試劑及反應條件等。

【思考】

（1）將有害物質轉化為什么物質即可完成無害化過程？

（2）應依據(jù)什么化學原理完成無害化過程？

（3）完成無害化過程中，無害化試劑的選擇原則是什么？

（4）對無害化過程反應條件的確定原則是什么？

（5）寫出無害化過程的化學方程式。

思考后回答：性質方面的原因是：氧氣的氧化性強于氮氣；結構方面的原因是：氮分子中氮原子間具有三條共價鍵。

思考分析：互為“等電子體”應滿足的條件是：

（1）在微粒的組成上：微粒所含原子數(shù)目相同；

（2）在微粒的構成上：微粒所含電子數(shù)目相同；

（3）在微粒的結構上：微粒中原子的空間排列方式相同。

討論并確定：

（1）無害化過程應為：

①CO→CO2；

②NO→N2；

③NO2、N2。

（2）分析：對①應加入氧化劑；對②、③應加入還原劑。

（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無毒無害、成本適度的其他物質。

（4）對反應條件進行選擇：

①反應條件最好應為常溫、常壓。

②對常溫、常壓不能進行的反應，應適當?shù)剡x擇催化劑，使其在常溫、常壓下進行。

（5）經(jīng)反復探討確定下列理論構想：

①2CO+2NO 2CO2+N2；

（選NO是因為：它是初級有害物質）

②6NO+4NH3 6H2O+5N2；

③6NO2+8NH3 12H2O+7N2。

4．硝酸與金屬反應的還原產(chǎn)物與硝酸的濃度和金屬的活潑性有密切的關系，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：

你能否設計一個可以確定硝酸與金屬反應的還原產(chǎn)物的實驗裝置模型？

【設問】此裝置系統(tǒng)應包含幾個大部分？

思考回答：應該包含三個大部分――金屬與硝酸反應的部分、氮氧化物與銅反應的部分和氮氣體積的確定部分。

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

若反應速率太小，應采取什么對策？

應選擇固-液反應的裝置。

給反應容器加熱。

加熱應考慮什么因素？選擇什么方式？

加熱應防止硝酸分解；所以，加熱方式應是微熱，如水浴加熱。

如果反應產(chǎn)物中含有NO，你認為此裝置的設計有沒有問題，應該如何完善？

如果反應產(chǎn)物中含有NO，會與裝置中空氣里的氧氣發(fā)生反應，導致測定結果錯誤。應該在金屬與硝酸反應之前排凈裝置中的空氣。

用什么方法排凈空氣？怎樣改進裝置的設計？

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

根據(jù)金屬與硝酸反應的反應物的性質及反應條件，判斷產(chǎn)物氣體的成分除氮的氧化物以外還可能有什么？其對后續(xù)反應有無干擾？應如何凈化？凈化裝置的位置是什么？

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（如：NO2與H2O反應生成HNO3，HNO3會和Cu反應，再生成氮氧化物）；CO2的存在可能使氮氣體積的測量產(chǎn)生誤差�？梢杂脻饬蛩岣稍锍�去水蒸氣，其裝置應放在氮氧化物與銅的反應的裝置之前；用NaOH溶液除去CO2，其裝置放在氮氣體積測量的裝置之前。

選擇什么裝置完成氮氧化物與銅的反應？

用加熱的硬質試管。

銅選擇什么形態(tài)？原因何在？怎樣防止銅粉被氣流揚起？

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

如何測量N2的體積？

用量氣裝置。

師生共同探討后確定下列實驗裝置模型：

【引導】通過上述化學問題的探討，能否歸納“結構―性質―應用”的依存關系？

歸納：

【過渡】不僅“結構―性質―應用”有這樣的依存關系，而且“性質―存在―制備”也有依存關系。

【投影】請用物質結構和性質方面的知識，探討解決下列化學問題的方法和途徑：

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

（討論中引導學生聯(lián)系其它學科的知識內(nèi)容）

討論后回答：實質是不同的。N2是由于分子中三個共價鍵，結構穩(wěn)定，導致性質穩(wěn)定，通常不易與其他物質發(fā)生化學反應的緣故；O2是化學性質比較活潑的物質，其在通常狀況下，也可與許多物質發(fā)生反應。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，達成動態(tài)平衡，導致空氣中O2的含量基本保持不變。

2．如果實驗室想獲得少量純凈的N2，有哪些可能的途徑？

（提示學生用空氣并不方便）。

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？

討論后得出結論：

銨鹽。

NO2，而很少得到N2。

途徑。

【追問】具體應選擇什么物質之間的反應合適？

判斷：

銨鹽選擇NH4Cl最保險（因為，如果為了提高反應速率需要加熱，其受熱分解的產(chǎn)物不復雜）。

酸鹽，最簡單的是NaNO2。

【追問】此反應的原料應是什么狀態(tài)？

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

【介紹】實驗室制取少量純凈的氮氣，確實使用的是飽和NaNO2與NH4Cl之間的反應。此反應需加熱，但反應開始后要立即移開酒精燈。請寫出化學方程式（啟發(fā)學生考慮此反應是放熱反應）。

【設問】請從N2的結構和性質方面解釋此反應為什么是放熱反應？

思考并書寫：

NaNO2+NH4Cl=NaCl+N2↑+2H2O+Q

【啟發(fā)】通過以上化學問題的討論與解決，你認為“性質”、“存在”、“制備”三方面有什么關系？

討論并解釋：生成N2時要形成三個共價鍵，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，所以，此反應為放熱反應。

討論后歸納：

【作業(yè)】北京練習冊，化學總復習非金屬部分的練習。

精選題

1．試應用“等電子體”的知識，寫出下列微粒的“等電子體”的化學式______。

（1）N2H62+

（2）CO32-

（3）NO2+

（4）C2O42-

（5）N2

2．實驗室用飽和NaNO2與NH4Cl溶液反應制取純凈的氮氣，實驗裝置如圖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管所起的作用是______（填寫編號）。

A．防止NaNO2飽和溶液蒸發(fā)

B．保證實驗裝置不漏氣

C．使NaNO2飽和溶液容易滴下

（2）B部分的作用是______。

A．冷凝

B．冷卻氮氣

C．緩沖氮氣流

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

（4）收集N2前必須進行的步驟是（用文字說明）______，收集最適宜的方法是（填寫編號）______。

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．實驗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）從乙處導出的氣體是______，檢驗產(chǎn)物的簡單化學方法是_____________。

4．實驗室用氨氣還原氧化銅的方法測定銅的近似原子量，反應的化學方程式為：

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

（1）如果選用測定反應物CuO和生成物H2O的質量（mCuO、mH2O）的方法進行測定，請用如圖3-13所示的儀器設計一個簡單的實驗方案，并回答下列問題：

①儀器的連接順序為______（用字母編號表示，儀器可重復使用）。（D）中濃硫酸的作用是______。實驗完畢時，觀察到（A）中的現(xiàn)象是______。

②列出計算Cu的原子量的表達式______________。

③下列情況使測定結果偏大的是______________。

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；此反應為放熱反應。（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，以調節(jié)H2、N2的氣流速度（注：只要求在三項中寫出任意兩項）。

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

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

③A　 C　 D

（2）A　 C