氮和磷

[教學目標 ]

1.知識目標

（1）掌握氮族元素性質的相似性、遞變性。

（2）掌握N₂的分子結構、物理性質、化學性質、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義。

2.能力和方法目標

（1）通過“位、構、性”三者關系，掌握利用元素周期表學習元素化合物性質的方法。

（2）通過N₂結構、性質、用途等的學習，了解利用“結構決定性質、性質決定用途”等線索學習元素化合物性質的方法，提高分析和解決有關問題的能力。

[教學重點、難點]氮氣的化學性質。氮族元素性質遞變規律。

[教學過程 ]

[引入]投影（或掛出）元素周期表的輪廓圖，讓學生從中找出氮族元素的位置，并填寫氮族元素的名稱、元素符號。根據元素周期律讓學生通過論分析氮族元素在結構、性質上的相似性和遞變性。

[教師引導]氮族元素的相似性：

[學生總結]最外電子層上均有5個電子，由此推測獲得3個電子達到穩定結構，所以氮族元素能顯-3價，最高價均為+5價。最高價氧化物的通式為R₂O₅，對應水化物通式為HRO₃或H₃RO₄。氣態氫化物通式為RH₃。

氮族元素的遞變性：

氮   磷   砷   銻   鉍

非金屬逐漸減弱   金屬性逐漸增強

HNO₃   H₃PO₄   H₃AsO₄   H₃SbO₄   H₃BiO₄

酸性逐漸減弱           堿性逐漸弱增強            

NH₃    PH₃    AsH₃

   穩定性減弱、還原性增強

[教師引導]氮族元素的一些特殊性：

[學生總結]+5價氮的化合物（如硝酸等）有較強的氧化性，但+5價磷的化合物一般不顯氧化性。

氮元素有多種價態，有N₂O、NO、N₂O₃、NO₂、N₂O₄、N₂O₅等6種氧化物，但磷主要顯+3、+5兩種價態。

[教師引導]氮族元素單質的物理性質有哪些遞變規律？

[師生共同總結后投影]課本中表1-1。

[引入第一節]

第一節                

氮氣

布置學生閱讀教材第2-3頁的內容，進行歸納總結。

[邊提問邊總結]

（一）氮的存在

游離態：大氣中N₂的體積比為78%、質量比為75%。

化合態：無機物中（如硝酸鉀等），有機物中（如蛋白質、核酸等）。

[引導]請學生觀察周圍空氣并通過聯想分析氮氣的物理性質。

[學生總結]

（二）氮氣的物理性質

無色無味，難溶于水（1:0.02），比空氣稍輕。

[投影]常見氣體在常溫常壓下的溶解度，讓學生進行比較。

難溶氣體：N₂（1:0.02）；H₂（1:0.02）；

微溶氣體：O₂（1:0.2）

可溶氣體：Cl₂（1: 2）、H₂S（1:2.6）

易溶氣體：SO₂（1:40）

極易溶氣體：HCl（1:500）

[思考]實驗室制N₂時應該用什么方法來收集？

（三）氮氣的化學性質

[引導]結構決定性質，先研究N₂的結構。

1.N₂的結構

電子式： ；結構式：N≡N。氮氮三鍵的鍵能很大（946kJ·mol^-1），所以N₂很穩定，通常情況下，性質很不活潑。

2.氮氣的化學性質

（1）與氫氣反應

（2）跟鎂反應：3Mg+N₂ Mg₃N₂

（3）與氧氣反應：N₂+O₂ 2NO

引導學生從氧化還原反應角度分析上述三個反應。進而得出“氮氣既能表現氧化性，也能表現還原性”的結論。

[引導]中國有句農諺，叫做“雷雨發莊稼”，誰能解釋這句話的含義？請大家閱讀教材第3-4頁內容，再來理解這句農諺。

[學生總結]

[補充演示實驗]教師事先在一燒瓶內充滿一氧化氮氣體，讓學生觀察一氧化氮的顏色等。打開瓶塞，讓學生觀察變化。

[學生觀察結論]一氧化氮是一種無色氣體、二氧化氮顯紅棕色。通常條件下，一氧化氮易轉化為二氧化氮。

[教師引導]請用雙線橋法標出以上三個反應中電子轉移的方向和數目。

[學生活動]完成以上作業 ，教師根據學生作業 情況加以說明。

（四）氮氣的用途

1.合成氨、制氮肥、制硝酸。

2.用作保護氣：焊接金屬、充填燈泡、保存糧食和水果。

[教師引導]請學生分析以上用途中利用氮氣哪方面的性質。

（五）氮的固定

將游離態的氮轉變為氮的化合物的過程叫做氮的固定。

途徑：自然固氮（雷雨固氮、生物固氮）；人工固氮：合成氨工業。

教師向學生介紹人工模擬生物固氮這一世界性研究課題的現狀和前景，鼓勵學生獻身科學研究為人類作出貢獻。

[課堂小結]

結構、性質和具體反應之間的聯系：

非金屬元素及其化合物間的轉化關系：

[隨堂練習]

1.不屬于氮的固定的變化是（  ）

（A）根瘤菌把氮氣轉化為氨             （B）氮氣和氫氣在適宜條件下合成氨

（C）氮氣和氧氣在放電條件下合成NO    （D）工業上用氨和二氧化碳合成尿素

答案：D。

2.在汽車引擎中，N₂和O₂進行反應會生成污染大氣的NO（N₂+O₂ 2NO+Q），據此，有人認為廢氣排出后，溫度即降低，NO分解，污染也就會自行消失，事實證明此說法不對，其主要原因可能是（   ）

    （A）常溫常壓下NO的分解速度很慢

    （B）在空氣中NO迅速變為NO₂而不分解

    （C）空氣中N₂與O₂的濃度高，不利于平衡向左移動

（D）廢氣排出后，壓強減小，不利于平衡向左移動

答案：AB。

3.利用下列方法，可以在實驗室里從空氣中制取氮氣的是（  ）

（A）把空氣液化, 然后分離出氮氣

（B）把空氣緩緩通過加熱了的銅網

（C）把空氣緩緩通過加熱了的鎂粉

（D）把空氣通過裝有氫氧化鈉的洗氣瓶

答案：B。

4.現有M、R兩種第ⅤA族元素，下列事實不能說明M的非金屬性比R強的是（  ）。

（A）酸性：H₃MO₄>H₃RO₄

（B）氣態氫化物穩定性：MH₃>RH₃

（C）氣態氫化物還原性：MH₃>RH₃

（D）含氧酸鹽的穩定性：Na₃MO₄>Na₃RO₄

答案：C、D。

5.在F、P、Si、Fe這四種元素中，每種元素都有某些方面區別于某它三種元素。若從中選出氟元素，選擇的理由中正確的是（   ）。

（A）最高價氧化物對應的水化物酸性最強

（B）單質與冷水反應最劇烈

（C）單質固態時為分子晶體，熔沸點較低

（D）在氧化物：OF₆、P₂O₅、Fe₂O₃中，OF₆最穩定

答案：BC。

6.在標準狀況下，將O₂與NO按3:4體積比充滿燒瓶，將燒瓶倒置于水中，最后燒瓶內溶液的物質的量濃度約為（單位：mol·L^-1）（      ）。

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

答案：B。

7.1898年，曾有人發明了固氮的一種方法，該法以石灰石、焦炭、空氣為原料。第一步反應是石灰石分解；第二步是使第一步反應產物和焦炭反應，在電爐中的高溫下制得第三步反應起始物；第三步反應中另一反應物是空氣，該反應也是在電爐中完成的，生成一種固體；第四步是使該固體和水蒸氣反應制得氨氣。又知該固體中有與N₃^-互為等電子體的離子。

（1）試寫出四步反應的化學方程式；

（2）試簡評該固氮方法。

答案：（1）CaCO₃ CaO+CO₂↑； CaO+3C CaC₂+CO↑；CaC₂+N₂ CaCN₂+C ；   CaCN₂+3H₂O(g)=CaCO₃+2NH₃↑。

（2）這種方法，需要消耗大量電能，原料眾多，設備重，生產成本高。

8.有A、B、C、D四種氣體，能發生下列變化

A+D E+H₂O，   E+O₂ D，

C+D B+F， B+O₂ C。

且已知其中：C為紅棕色，D能使石灰水變渾濁，E常溫下是固體，F是一種酸酐。

（1）寫出四種氣體的化學式：A_________、B_________、C_________、D_________。

（2）寫出C+D B+F所表示的反應方程式_____________________________。

（3）寫出D使石灰水變渾濁的反應方程式_______________________________。

答案：

（1）H₂S、NO、NO₂、SO₂。

（2）NO₂+SO₂=NO+SO₃。

（3）SO₂+Ca(OH)₂=CaSO₃↓+H₂O。