化学必修 第一册第3章 物质的性质与转化第3节 氮的循环导学案

物质特殊的转化关系与常见气体的制备

1．直线型转化关系“ABC(酸或碱)”

NH3(N2)NONO2HNO3；

H2S(S)SO2SO3H2SO4；

CH4(C)COCO2H2CO3；

NaNa2ONa2O2NaOH。

2．三角型转化关系“”

【例1】　非金属单质A经如图所示的过程转化为含氧酸D，已知D为强酸，请回答下列问题：

(1)若A在常温下为固体，B是能使品红溶液褪色的有刺激性气味的无色气体。

①D的化学式是________________。

②在工业生产中，B气体的大量排放会形成________而污染了环境。

(2)若A在常温下为气体，C是红棕色的气体。

①A、C的化学式分别是A________、C________。

②D的浓溶液在常温下可与铜反应并生成C气体，请写出该反应的化学方程式：_______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

该反应________(填“属于”或“不属于”)氧化还原反应。

[解析]　(1)若B是能使品红溶液褪色的有刺激性气味的无色气体，则B是SO2，C是SO3，D是H2SO4；若大量排放SO2，则会形成酸雨。

(2)若C是红棕色气体，则C为NO2，B为NO，A为N2，D为HNO3，浓硝酸可与Cu反应：4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，此反应有化合价升降变化，属于氧化还原反应。

[答案]　(1)①H2SO4　②酸雨　(2)①N2　②NO2

②Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O　属于

1．已知某物质X能发生如下转化：

下列有关上述转化关系中物质及其反应的叙述错误的是(　　)

A．若X为N2或NH3，则A为硝酸

B．若X为S或H2S，则A为硫酸

C．若X为非金属单质或非金属氢化物，则A不一定能与金属铜反应生成Y

D．反应①和②一定为氧化还原反应，反应③一定为非氧化还原反应

D　[A项，若X为N2或NH3，Y为NO，Z为NO2，则A为硝酸，正确；B项，若X为S或H2S，Y为SO2，Z为SO3，则A为硫酸，正确；C项，若X为非金属单质或非金属氢化物，A为硝酸或硫酸时，稀硝酸与Cu反应生成Y，浓硝酸和Cu反应不生成Y，且Cu与稀硫酸不反应，则A不一定能与金属铜反应生成Y，正确；D项，反应①和②一定为氧化还原反应，反应③若为二氧化氮和水的反应也为氧化还原反应，错误。]

2．Ⅰ.常见无机物A、B、C、D、E、X存在如图转化关系。已知A、B、C、D的焰色试验都呈黄色，其中A为单质，X是常见的无色无味气体(部分生成物和反应条件略去)。

请回答：

(1)组成单质A的元素符号为________。

(2)写出由C转化为D的化学方程式：_________________________。

Ⅱ.A、B、C、D为四种常见物质。A是金属单质，且A的合金用量最大。这四种物质具有如图所示的转化关系(部分生成物和反应条件略去)。

请回答：

(1)向溶液C中滴加硫氰酸钾溶液，溶液变________色。

(2)写出图中反应C＋A―→B的离子方程式：______________________________________。

[解析]　Ⅰ.A、B、C、D的焰色试验都呈黄色，均含有Na元素，其中A为单质，则A为Na，钠与水反应生成NaOH与氢气，可推知E为H2，B为NaOH，X是常见的无色无味气体，能与NaOH连续反应，可知X为CO2，C为Na2CO3，D为NaHCO3。

Ⅱ.A、B、C、D为四种常见物质。A是金属单质，且A的合金用量最大，则A为铁。铁与氯气反应生成氯化铁，C为FeCl3，铁与盐酸反应生成氯化亚铁，B为FeCl2，D与一氧化碳反应生成铁，则D可能为铁的某种氧化物。

[答案]　Ⅰ.(1)Na　(2)Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3

Ⅱ.(1)红　(2)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋

1．5种常见物质X、Y、Z、E、F均含有同一元素M，已知Y是单质，Z是NO(一氧化氮)，在一定条件下它们有如下转化关系：

X可能是一种氢化物吗？X―→Y可能是非氧化还原反应吗？试举例说明。

[提示]　Z是NO，E是NO2，F是HNO3，Y可能是N2或NH3。如Y是N2则可通过反应8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl转化为N2，所以X可能是氢化物NH3；如Y是NH3则可通过反应Ca(OH)2＋2NH4Cl2NH3↑＋CaCl2＋2H2O转化为NH3，此反应为非氧化还原反应。

2．已知A、B、C、D之间的转化关系如图所示：

(1)若A为Fe，D为H2，则B一定为酸吗？

[提示]　不一定，B也可能是H2O。

(2)若A、B、C、D均为10电子微粒，且C是可使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，则A、B、C、D各是什么微粒？写出其转化方程式。

[提示]　C为NH3，可由OH－和NH反应生成：

NH＋OH－NH3↑＋H2O。

1．常见气体的实验室制法

①　　　　　　　②　　　　　　③

④　　　　　　　⑤　　　　　　⑥

2．气体的干燥

3．气体的净化

易溶于水的气体杂质可用水吸收；酸性气体杂质可用碱性物质吸收；碱性气体杂质可用酸性物质吸收；能与杂质气体发生反应生成沉淀或可溶性物质的物质，也可作为吸收剂；水蒸气为杂质气体时，可用干燥剂吸收。

4．气体的收集

【例2】　如图所示，A、B、C是实验室常用的三种制取气体的装置。提供的药品有：大理石、浓盐酸、稀盐酸、锌粒、二氧化锰、氯化铵、熟石灰。现欲利用这些药品分别制取NH3、Cl2、H2、CO2四种气体，试回答下列问题：

A　　　　B　　　　C

(1)选用A装置可制取的气体有________；选用B装置可制取的气体有________；选用C装置可制取的气体有________。

(2)标号①、②的仪器名称分别为________、________。

(3)写出制取氨气的化学方程式：___________________________________。

若要获得干燥氨气，可选用下列干燥剂中的________(填序号)。

a．生石灰　　　　b．浓硫酸　　　　c．五氧化二磷

[解析]　A装置是固体或固体混合物加热制取气体的装置，B装置是液体与固体不加热制取气体的装置，C装置是液体与固体或液体与液体混合物加热制取气体的装置。氨气是碱性气体，可用碱性干燥剂干燥，但不能用酸性干燥剂干燥。

[答案]　(1)NH3　H2、CO2　Cl2

(2)分液漏斗　圆底烧瓶

(3)2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O　a

1．实验室制备下列气体时，所用方法正确的是(　　)

A．制氧气时，用Na2O2或H2O2作反应物可选择相同的气体发生装置

B．制氯气时，用饱和NaHCO3溶液和浓硫酸净化气体

C．制一氧化碳时，用向上排空气法收集气体

D．制二氧化氮时，用水或NaOH溶液吸收尾气

A　[用过氧化钠和过氧化氢制备氧气时，均可采用固液不加热的制气体装置，A项正确；氯气溶于水生成盐酸和次氯酸，盐酸与碳酸氢钠溶液反应生成CO2，B项错误；一氧化碳密度与空气密度接近，不能用排空气法收集，C项错误；不能用水吸收制取二氧化氮的尾气，因为二氧化氮与水生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮不溶于水造成污染，D项错误。]

2．如下图是制取、净化并测量生成气体体积的装置示意图。

利用上述装置进行下表所列实验，能达到实验目的的是(　　)

A　[A、B、C、D项中产生的气体依次分别为H2、NH3、SO2、NO；B项NH3不能用浓硫酸干燥；C项浓硫酸与Cu反应需要加热；D项中产生的NO与O2反应，测得V(NO)不准确。]

用下列一些实验装置制气体时能做到“随关随停”“随开随用”。

1．实验室制备SO2用到的试剂是什么，原理是什么？能否用上述仪器装置制备？

[提示]　实验室制备SO2用到的试剂是Na2SO3粉末和较浓的H2SO4，反应原理为Na2SO3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋H2O，因为Na2SO3为粉末状固体，故不能用上述装置制备。

2．实验室制备H2S用到的试剂是什么，原理是什么？能否用上述仪器装置制备？

[提示]　实验室制备H2S气体用FeS固体和稀硫酸，反应原理为FeS＋H2SO4===FeSO4＋H2S↑，因为FeS为块状固体，H2S难溶于反应液，FeSO4易溶于水，故可用上述装置制备。

3．实验室制备CO2气体能否用Na2CO3和稀盐酸或石灰石和稀硫酸，为什么？

[提示]　不能，Na2CO3和稀盐酸反应太快，不易控制，石灰石和稀硫酸反应生成CaSO4，它微溶于水，附着在CaCO3固体表面，阻碍反应进一步发生。

1．用下列装置收集Cl2并进行尾气吸收，其中最合理的是(　　)

A　　　 　　B　　　 　　C　　　 　　D

C　[由于ρCl2＞ρ空气，故采用向上排空气法收集Cl2，即导气管在试管中“长进短出”，排除A、B两项；用NaOH溶液吸收Cl2，为防止倒吸应使用倒扣漏斗，排除D项。]

2．为了净化和收集由盐酸和大理石制得的CO2气体，从下图中选择合适的装置并连接。合理的是(　　)

A．a—a′→d—d′→e　 B．b—b′→d—d′→g

C．c—c′→d—d′→g   D．d—d′→c—c′→f

C　[由盐酸和大理石制得的CO2气体中会含有杂质H2O(g)和HCl，除杂的试剂分别为浓硫酸和饱和碳酸氢钠溶液，应先让气体通过饱和NaHCO3溶液除去HCl，再通过浓硫酸干燥。收集CO2时应用向上排空气法，所以正确答案为C选项。]

3．如图为含有同一种元素的a、b、c、d四种物质的转化关系。其中a是单质，b、c是氧化物，d是酸，各步转化均为一步实现，则a可能是①C、②N2、③S中的(　　)

―→―→―→

A．①和③　 B．只有①

C．①②③   D．①②

C　[①CCOCO2H2CO3，符合转化关系；

②N2NONO2HNO3，符合转化关系；

③SSO2SO3H2SO4，符合转化关系；因此符合转化关系的为①②③，C正确。]

4．已知X为一种常见酸的浓溶液，能使蔗糖粉末变黑。A与X反应的转化关系如图所示，其中反应条件及部分产物均已略去，则下列有关说法错误的是(　　)

A．X使蔗糖变黑的现象主要体现了X的脱水性

B．若A为铜，则X与A反应时只体现氧化性

C．若A为碳单质，则C不宜用来扑灭由钠引起的着火

D．将B气体通入品红溶液中，品红溶液褪色

B　[已知X为一种常见酸的浓溶液，能使蔗糖粉末变黑，可知X为浓硫酸。浓硫酸能使蔗糖脱水炭化，故A不符合题意；若A为铜，铜和浓硫酸反应生成硫酸铜、SO2和H2O，X体现氧化性和酸性，故B符合题意；若A为碳单质，则C为二氧化碳，钠燃烧生成Na2O2，CO2和Na2O2反应放出O2，故CO2不宜用来扑灭由钠引起的着火，故C不符合题意；B为二氧化硫气体，有漂白性，通入品红溶液中，品红溶液褪色，故D不符合题意。]

5．氯气是一种重要的化工原料，在生产和生活中应用十分广泛。已知：2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O，所以在实验室可用高锰酸钾固体和浓盐酸制氯气，实验装置图如图所示。

(1)请为该实验选择合适的发生装置________(填“A”或“B”)。

(2)要得到纯净、干燥的氯气，在发生装置和集气瓶之间还需要放置如下图中的________。

A　　　　　　　　　　　B

C　　　　　　　　　　　D

(3)当集气瓶中收集满氯气时，可以观察到气体呈_________色。烧杯中所盛液体为________，其作用是_______________。

[解析]　(1)由题知，该反应制取气体的类型为固体＋液体―→气体；反应不需加热，故应选择B装置。

(2)氯气中可能混有HCl、H2O(g)，HCl用饱和NaCl溶液除去，H2O(g)用浓硫酸除去，要得到纯净、干燥的氯气，应先除去HCl，再除去H2O(g)。

(3)氯气的颜色为黄绿色，烧杯中所盛液体为NaOH溶液，其作用是吸收多余的氯气。

[答案]　(1)B　(2)D　(3)黄绿　NaOH溶液　吸收多余的氯气