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2019-2020年高一化學(xué) 第二冊 第一章 氮族元素 第一節(jié)氮和磷(備課資料)大綱人教版 一、同素異形體的互變是什么變化 由同種元素組成的具有不同性質(zhì)的單質(zhì)叫這種元素的同素異形體。在一定條件下，很多同素異形體可以相互轉(zhuǎn)化，如O2和O3的互變，金剛石和石墨的互變，白磷和紅磷的互變，單斜硫和菱形硫的互變等。那么，同素異形體之間的互變是物理變化還是化學(xué)變化呢? 眾所周知，嚴格說來，化學(xué)變化的實質(zhì)是物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生了化學(xué)鍵的斷裂，原子以新的化學(xué)鍵重新組合成新的物質(zhì)；而物理變化過程中，則沒有舊鍵的斷裂和新鍵的生成。因此，要判斷同素異形體之間的相互轉(zhuǎn)化屬于什么變化，還要看轉(zhuǎn)變中有無化學(xué)鍵的斷裂和生成。 形成同素異形體的方式可歸納為三種：①組成單質(zhì)分子的原子個數(shù)不同，如02和O3；②單質(zhì)晶體中原子的排列方式不同，如金剛石和石墨，紅磷和白磷；③單質(zhì)晶體中分子的排列方式不同，如單斜硫和菱形硫。 以第一種方式形成的同素異形體，由于分子中原子個數(shù)不同，它們之間的轉(zhuǎn)變必然存在舊鍵的斷裂和新鍵的形成。 以第二種方式形成的同素異形體，由于晶體中原子的排列方式不同，它們之間的轉(zhuǎn)變也一定存在舊鍵的斷裂和新鍵的形成。例如石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的過程中，石墨晶體中的碳原子以正六邊形平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變成金剛石晶體中碳的正四面體型空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。所以，這一類同素異形體之間的互變也一定是化學(xué)變化。 以第三種方式形成的同素異形體，由于只是晶體中分子排列方式不同，一般認為其轉(zhuǎn)變過程中分子組成和結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化，不存在化學(xué)鍵的斷裂和生成。這一類同素異形體之間的變化應(yīng)屬于物理變化。 總之，同素異形體之間的轉(zhuǎn)變究竟是物理變化還是化學(xué)變化，或兩者兼有之，應(yīng)具體情況具體分析。 不過，有人在不同場合下，將上述同素異形體的互變、物質(zhì)晶型的變化，乃至物態(tài)（氣、液、固）的變化都歸入了(廣義的)化學(xué)變化(分子間鍵力變了，由量變達到了一定的質(zhì)變)，似乎亦無不可。 ——摘自《中學(xué)生化學(xué)報》作者：羅企前 二、光化學(xué)煙霧 光化學(xué)煙霧的形成過程是很復(fù)雜的，通過實驗室模擬研究，已初步弄清了它們的基本化學(xué)過程，大體上為： (1)被污染空氣中的N02的光分解。 (2)在被污染的空氣中同時存在著許多有機物，它們與空氣中的O2、O3、NOx起反應(yīng)，氧化成一系列有機物，生成煙霧。 (3)氧化過程中的中間產(chǎn)物導(dǎo)致NO向NOx轉(zhuǎn)化，并導(dǎo)致有毒物質(zhì)產(chǎn)生。 光化學(xué)煙霧一般發(fā)生在大氣濕度較低，氣溫為24℃～32℃的夏季晴天，污染的高峰出現(xiàn)在中午或午后?？赡苡捎谌展庹丈淝闆r不同，光化學(xué)煙霧除顯淡藍色外，有時帶紫色，有時帶褐色。光化學(xué)煙霧能在空氣中遠距離傳播。 當(dāng)來自太陽的光子激發(fā)NO2分解成NO和氧原子時，光化學(xué)煙霧的循環(huán)便開始了。 NO2(g)+能量—→+NO(g)+O O2(g)+O—→O3(g) NO2是有毒、有刺激性氣味的氣體，O3是一種十分強的氧化劑，它是使植物在煙霧中受害 的主要原因。 氧化性極強的O3跟光化學(xué)煙霧中的第三種主要成分——烴進行一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。烴是汽車從汽油箱中逸出或汽油不完全燃燒時生成的。 下面的化學(xué)方程式代表光化學(xué)煙霧的主要成分和產(chǎn)物： 汽車尾氣+陽光+O2(g) —→O3(g)+NOx(g)+有機化合物+CO2(g)+H2O(g) (烴+C0十NOx) (氧化劑和刺激劑) 光化學(xué)煙霧的反應(yīng)機理很復(fù)雜．其中對動植物和材料有害的是O3、PAN、丙烯醛、甲醛等等。 光化學(xué)煙霧刺激人的眼、鼻、氣管和肺等器官，使人產(chǎn)生眼紅流淚、氣喘咳嗽、頭暈惡心等癥狀。 為了預(yù)防和控制光化學(xué)煙霧的發(fā)生。環(huán)境科學(xué)工作者提出了許多辦法。例如，設(shè)法減少氮氧化合物的排放；對石油、氮肥、硝酸等工廠的排廢嚴加控制。以減少氮的氧化物和烴的蒸發(fā)和排放；嚴禁飛機在航行途中排放燃料；嚴禁使用化學(xué)抑制劑和消毒劑等。然而，比較好的方法還是在排放氮的氧化物之前把它轉(zhuǎn)化為氮氣，把烴轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。 ——摘自《中學(xué)化學(xué)》作者：薜秀學(xué) 三、白磷、紅磷和火柴 1669年，德國煉金術(shù)士布蘭德將蒸干的尿隔絕空氣加熱首次制得白磷，他因此成為磷元 素的發(fā)現(xiàn)者。 迄今為止，還未發(fā)現(xiàn)天然存在的單質(zhì)磷。目前，工業(yè)上單質(zhì)磷是用來自磷礦石的磷酸鈣 高溫 和砂子、焦炭在電爐中加熱制得的。其方程式為：2Ca3(P04)2+6SiO2+10C=======6CaSi03+ 10CO+P4，使反應(yīng)中生成的磷蒸氣通過冷水迅速冷卻，便可得到固態(tài)的白磷。 首先用作火柴的發(fā)火劑是白磷。一般認為，世界上最早用的火柴是歐洲的黃(白)磷火柴， 但是對發(fā)明這種火柴的具體的人和年代，說法不一致。綜合各種看法，發(fā)明的時間可以說是在18世紀30年代中期之前大約20年的范圍內(nèi)。這種火柴的火柴頭上主要涂有硫磺、黃磷和氧 化劑。這種火柴只要在火柴盒兩面的砂紙上或在其他任何粗糙的固體表面上一擦，磺磷便著 火而引起硫磺及火柴桿的燃燒。這種火柴因黃磷有劇毒和易引起火災(zāi)，在使用和生產(chǎn)過程中 都不安全。所以，問世不多年，便有人用磷和硫制成無毒的P4S3代替黃磷，發(fā)明了新型的“摩 擦火柴”，但這種火柴也是在任何粗糙的固體表面上一擦便能起火，還是不安全。 18世紀40年代，首次從白磷制得了紅磷。隨后不久，到50年代便有人發(fā)明了以紅磷為 發(fā)火劑的安全火柴，也就是現(xiàn)在常用的火柴，而黃磷火柴和摩擦火柴早已先后被淘汰了。 ——選自《中學(xué)生化學(xué)報》，文／韓俊、羅軍 綜合能力訓(xùn)練 1．一氧化氮是常見的大氣污染物，它可以和血液中血紅蛋白結(jié)合，其親和力比一氧化碳與血紅蛋白結(jié)合的親和力要大數(shù)百倍?？諝庵械囊谎趸饕獊碜云囄矚狻；卮鹣铝? 問題： (1)汽車尾氣中的一氧化氮氣體來源是什么? (2)一氧化氮使人中毒的根本原因是什么? (3)目前治理一氧化氮污染的方法之一是：在400℃左右和有催化劑的情況下，用氨氣把 一氧化氮還原為氮氣和水。寫出化學(xué)方程式。 (4)根據(jù)國家環(huán)保局統(tǒng)一規(guī)定，目前許多大城市進行常規(guī)大氣監(jiān)測的項目是：二氧化硫、氮氧化合物、懸浮顆粒物等三種大氣污染物。簡述城市空氣質(zhì)量預(yù)報對有關(guān)部門和普通市民有什么指導(dǎo)意義。 答案：(1)汽車發(fā)動機火花塞點火時產(chǎn)生電火花。使進入發(fā)動機的氮氣和氧氣反應(yīng)生成一氧化氮。 (2)一氧化氮與人體血液中血紅蛋白結(jié)合，從而使血紅蛋白失去正常輸氧功能，導(dǎo)致人體缺氧而死亡。 催化劑 (3)6NO+4NH3======5N2+6H2O 400℃ (4)城市空氣質(zhì)量預(yù)報有利于政府和市民增強環(huán)保意識．為政府有關(guān)部門決策提供了科學(xué)的依據(jù)，為市民日常生活提供科學(xué)的信息和指導(dǎo)。 2．有一包白色粉末，可能是Na3PO4、Nal、BaCl2、Na2CO3中的一種或幾種，有以下實驗 現(xiàn)象： (1)溶于水得無色溶液； （2）在溶液中加入足量AgNO3溶液，產(chǎn)生黃色沉淀； (3)在(2)的混合物中加人足量稀HNO3，有氣體產(chǎn)生，黃色沉淀依然存在。 試回答：白色粉末中一定含有_______,一定不存在________,可能含有_______。對可能存在的離子,如何用實驗方法確定其存在與否? 答案：Na2CO3、Nal BaCl2 Na3PO4 對可能存在的PO采用下面方法鑒別： 把(3)中所得的混合物過濾，去掉黃色沉淀，然后在濾液中加入NaOH溶液，中和過量HNO3至溶液為中性時，如果得到了黃色沉淀，則是沉淀Ag3PO4，原物質(zhì)中含有Na3P04；如果仍沒有黃色沉淀，則原物質(zhì)中沒有Na3P04。 3．(1)白磷在O2中燃燒的現(xiàn)象是________。如果用白磷來進行如下圖所示實驗,I、Ⅱ、Ⅲ發(fā)生的不同現(xiàn)象是：____________________，由此你得出的結(jié)論是：_________________________。 (2)在白熾燈中常加入極少量的白磷，再充人一定量的氮氣，其作用是_________。 答案：(1)白煙I、Ⅱ中不燃燒，Ⅲ中燃燒可燃燒物質(zhì)的條件：溫度達到著火點，與O2接觸 (2)白磷除去燈泡內(nèi)空氣，防止燈絲被氧化，再充人氮氣保持內(nèi)外壓平衡