資源簡介

應用課
第五章 化工生產中的重要非金屬元素
第7課時 NOx溶于水及金屬與硝酸反應的相關計算
【學習目標】
1.理解關于NOx溶于水的計算方法，能應用到實際試題計算中。 2.理解金屬與硝酸反應常用的計算方法，并能應用到實際試題計算中。
【學習活動】
學習任務 學習筆記
目標一：理解關于NOx溶于水的計算方法，能應用到實際試題計算中 任務：（1）要使充滿NO2和O2混合氣體的試管倒扣水槽中，讓水充滿試管，必須按什么樣的體積比混合？ （2）將10 mL充滿NO2和O2的混合氣體的試管，倒置在水槽中，反應停止后試管內剩余2 mL的無色氣體，則原混合氣體中O2為多少毫升？ 針對訓練1：將盛有1 mol NO和NO2混合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中，再通入0.4 mol O2，充分反應后，整個試管充滿水。 （1）則原混合氣體中NO與NO2體積比為多少？ 。 （2）1 mol NO和NO2混合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中剩余氣體0.4 mol，則NO與NO2體積比為多少？ 。 （3）1 mol NO和NO2混合氣體中兩者體積之比為1∶1，試管倒立于盛滿水的水槽中，為使整個試管充滿水，需通入多少O2？ 。 針對訓練2：如圖所示，當向試管內通入21 mL O2時，最后試管中的液面仍在原來的位置，則原試管中NO體積為( ) A．6 mL B．12 mL C．16 mL D．18 mL
目標二：理解金屬與硝酸反應常用的計算方法，并能應用到實際試題計算中 任務：（1）銅與足量稀硝酸反應時，表現酸性的HNO3與作氧化劑的HNO3物質的量之比是多少？ （2）m g Cu與足量的一定濃度的硝酸充分反應，生成V L NO、NO2混合氣體（標準狀況下），則參加反應的HNO3的物質的量是多少？ 針對訓練1：在標準狀況下將1.92 g銅粉投入一定量濃硝酸中，隨著銅粉的溶解，反應生成的氣體顏色逐漸變淺，當銅粉完全溶解后共收集到由NO2和NO組成的混合氣體1.12 L，則 （1）混合氣體中NO的體積為 mL； （2）上題參加反應的硝酸的物質的量是 mol； （3）上題反應中起酸性作用與作氧化劑的硝酸的物質的量之比是 。 針對訓練2：9.7 g Cu和Zn的合金與足量的稀硝酸反應，還原產物只有NO氣體，其體積在標準狀況下為2.24 L。將溶液稀釋為1 L，測得溶液的c(H＋)＝0.1 mol·L－1，此時溶液中的濃度為（ ） A．0.3mol/L B．0.4mol/L C．0.2mol/L D．0.6mol/L 針對訓練3：在某100 mL混合酸中，HNO3物質的量濃度為0.4 mol·L－1，H2SO4物質的量濃度為0.2 mol·L－1。向其中加入1.92 g銅粉微熱，待充分反應后，溶液中Cu2＋物質的量濃度約為（ ） A．0.15 mol/L B．0.3 mol/L C．0.225 mol/L D．無法計算
【學習總結】
回顧本課所學，畫出思維導圖應用課
第五章 化工生產中的重要非金屬元素
第7課時 NOx溶于水及金屬與硝酸反應的相關計算
【學習目標】
1.理解關于NOx溶于水的計算方法，能應用到實際試題計算中。 2.理解金屬與硝酸反應常用的計算方法，并能應用到實際試題計算中。
【學習活動】
學習任務 方法與路徑
目標一：理解關于NOx溶于水的計算方法，能應用到實際試題計算中 任務：（1）要使充滿NO2和O2混合氣體的試管倒扣水槽中，讓水充滿試管，必須按什么樣的體積比混合？ 【參考答案】由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO和2NO＋O2===2NO2得4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，即當NO2和O2的體積比為4∶1時可完全溶于水。 （2）將10 mL充滿NO2和O2的混合氣體的試管，倒置在水槽中，反應停止后試管內剩余2 mL的無色氣體，則原混合氣體中O2為多少毫升？ 【參考答案】 分兩種情況討論：①NO2過量，剩余的是NO；②O2過量，剩余的是O2 ①若剩余的是NO，由反應3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，得NO2體積為2 mL×3＝6 mL。則原有O2體積為(10 mL－6 mL)×＝0.8 mL。 ②若剩余的是O2，則有10 mL－2 mL＝8 mL NO2和O2的混合氣體按反應4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3進行。所以NO2的體積為8 mL×＝6.4 mL，O2體積為10 mL－6.4 mL＝3.6 mL。 【方法小結】NOx溶于水的計算 （1）原理 解答氮的氧化物溶于水的計算問題首先明確原理，無論是單一氣體(NO2)，還是NO、NO2、O2中的兩者或三者的混合氣體，反應的實質是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，2NO＋O2===2NO2，故若有氣體剩余只能是NO或O2，不能是NO2。 （2）方法——加合式法 ①NO2和O2混合氣體溶于水的計算 由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知： V(NO2)∶V(O2) ②NO與O2同時通入水中 2NO＋O2===2NO2.3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 總的化學方程式為4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 可知： V(NO)∶V(O2) ③NO2、NO、O2三種混合氣體通入水中： a．可先將NO和O2轉化為NO2，再按上述各種情況分別處理。 b．也可先將NO2和H2O反應轉化為NO，再按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3情況處理。 針對訓練1：將盛有1 mol NO和NO2混合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中，再通入0.4 mol O2，充分反應后，整個試管充滿水。 （1）則原混合氣體中NO與NO2體積比為多少？ 3∶7 。 （2）1 mol NO和NO2混合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中剩余氣體0.4 mol，則NO與NO2體積比為多少？ 1∶9 。 （3）1 mol NO和NO2混合氣體中兩者體積之比為1∶1，試管倒立于盛滿水的水槽中，為使整個試管充滿水，需通入多少O2？ 0.5 mol 。 【解析】（1）設1 mol NO和NO2的混合氣體中有a mol NO和(1－a)mol NO2，根據4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3和4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可得：a＋＝0.4，所以a＝0.3，V(NO)∶V(NO2)＝3∶7。 （2）設n(NO2)＝a mol 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　　氣體減少 3 mol　　　　　　　　1 mol　　2 mol a mol　　　　　　　　　　　　(1－0.4)mol a＝0.9 故NO與NO2體積比為1∶9。 （3）通入的氧氣的物質的量為×0.5 mol＋ mol＝0.5 mol。 針對訓練2：如圖所示，當向試管內通入21 mL O2時，最后試管中的液面仍在原來的位置，則原試管中NO體積為(　B　) A．6 mL B．12 mL C．16 mL D．18 mL 【解析】據題意可推知反應后試管內氣體為O2，且其體積與原NO體積相同。因發生反應4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，設原試管中NO為x mL，則反應后試管中剩余O2也有x mL，根據反應方程式有4∶3＝x∶(21－x)，解得x＝12。 圍繞目標一： 任務由學生認真分析實例并獨立思考，完成后面問題。結合方法小結，完成后續針對訓練，完成后通過平臺拍照提交展示，老師講解。
目標二：理解金屬與硝酸反應常用的計算方法，并能應用到實際試題計算中 任務：（1）銅與足量稀硝酸反應時，表現酸性的HNO3與作氧化劑的HNO3物質的量之比是多少？ 【解析】Cu與稀硝酸反應：3Cu＋8HNO3===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。當有8 mol HNO3參加反應時，有2 mol HNO3表現氧化性，6 mol HNO3表現酸性，故表現酸性的HNO3與作氧化劑的HNO3物質的量之比為3∶1。 （2）m g Cu與足量的一定濃度的硝酸充分反應，生成V L NO、NO2混合氣體（標準狀況下），則參加反應的HNO3的物質的量是多少？ 【解析】被還原的硝酸無論生成NO還是NO2，均有氮原子被還原，NO和NO2的總物質的量與被還原HNO3的物質的量相等；未被還原（起酸性作用）的硝酸等于Cu(NO3)2物質的量的2倍，故參加反應的硝酸的物質的量為（＋）mol。 【方法小結】金屬與硝酸反應常用的計算方法 （1）原子守恒法：HNO3與金屬反應時，反應消耗的HNO3中氮原子的物質的量等于顯酸性的HNO3（以硝酸鹽的形式存在于溶液中）的物質的量與顯氧化性的HNO3（以NOx的形式存在）的物質的量之和。 （2）電子守恒法：HNO3中氮原子得電子的物質的量等于金屬失電子的物質的量。 （3）電荷守恒：HNO3過量時反應后溶液中（不考慮OH－）有：c（）＝c（H＋）＋n×c（Mn＋）（Mn＋代表金屬離子）。 針對訓練1：在標準狀況下將1.92 g銅粉投入一定量濃硝酸中，隨著銅粉的溶解，反應生成的氣體顏色逐漸變淺，當銅粉完全溶解后共收集到由NO2和NO組成的混合氣體1.12 L，則 （1）混合氣體中NO的體積為 112 mL； （2）上題參加反應的硝酸的物質的量是 0.11 mol； （3）上題反應中起酸性作用與作氧化劑的硝酸的物質的量之比是 6∶5 。 【解析】（1）混合氣體的總物質的量為1.12 L÷22.4 L·mol－1＝0.05 mol，1.92 g銅粉的物質的量為0.03 mol。設NO的物質的量為n1 mol，則NO2的物質的量為(0.05－n1)mol，根據得失電子守恒得3n1＋(0.05－n1)×1＝0.03×2，解得n1＝0.005，V(NO)＝0.005 mol×22.4 L·mol－1＝0.112 L＝112 mL。 （2）由氮原子守恒知參加反應的硝酸的物質的量n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NOx)＝2n(Cu)＋n(NOx)＝0.03 mol×2＋0.05 mol＝0.11 mol。 （3）起酸性作用與作氧化劑的硝酸的物質的量之比＝2n[Cu(NO3)2]∶n(NOx)＝(0.03×2)mol∶0.05 mol＝6∶5。 針對訓練2：9.7 g Cu和Zn的合金與足量的稀硝酸反應，還原產物只有NO氣體，其體積在標準狀況下為2.24 L。將溶液稀釋為1 L，測得溶液的c(H＋)＝0.1 mol·L－1，此時溶液中的濃度為（　B?。?A．0.3mol/L B．0.4mol/L C．0.2mol/L D．0.6mol/L 【解析】n(NO)＝＝0.1 mol，轉移電子的物質的量＝0.1 mol×(5－2)＝0.3 mol；Cu、Zn分別與稀硝酸反應中生成＋2價陽離子，則每個金屬原子生成金屬陽離子間失去2個電子，根據金屬和電子轉移關系式得：n(Cu)＋n(Zn)＝n(e－)＝×0.3 mol＝0.15 mol，溶液中根據電荷守恒得：c()＝c(H＋)＋2c(Cu2＋)＋2c(Zn2＋)＝0.1 mol·L－1＋2×0.15 mol＝0.4 mol·L－1，故選B。 針對訓練3：在某100 mL混合酸中，HNO3物質的量濃度為0.4 mol·L－1，H2SO4物質的量濃度為0.2 mol·L－1。向其中加入1.92 g銅粉微熱，待充分反應后，溶液中Cu2＋物質的量濃度約為（　B　） A．0.15 mol/L B．0.3 mol/L C．0.225 mol/L D．無法計算 【解析】溶液中n(H＋)＝0.1 L×0.4 mol·L－1＋0.1 L×0.2 mol·L－1×2＝0.08 mol，n()＝0.1 L×0.4 mol·L－1＝0.04 mol，n(Cu)＝＝0.03 mol，根據反應的離子方程式3Cu＋8H＋＋2===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O可知此時氫離子與Cu恰好完全反應，過量。故充分反應后，溶液中c(Cu2＋)約為＝0.3 mol·L－1。 圍繞目標二： 任務由學生認真分析實例并獨立思考，完成后面問題。結合方法小結，完成后續針對訓練，完成后通過平臺拍照提交展示，老師講解。
【學習總結】
回顧本課所學，畫出思維導圖 讓學生獨立自主的繪制本課時的思維導圖之后教師再展示思維導圖給學生做對比，根據課堂時間情況可課堂完成或課后完成上交老師批閱。

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