第六单元 非金属及其化合物(4.2)
2015-11-16 10:48:45 来源: 撰稿:董啸 摄影摄像: ; 评论:0 点击:
第六单元 非金属及其化合物(4.2)
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授课人:董 啸 |
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①掌握氮族元素的结构特点以及物理性质和化学性质。 |
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教学目标: |
②掌握氮和氮的化合物的化学性质及制法和用途。 |
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③了解磷及其化合物的性质和用途。
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教学重点: |
氮气、氨气、硝酸的化学性质 |
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教学难点: |
氮的氧化物及硝酸的有关计算 |
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教学方法: |
分析引导法,讲练结合 |
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教学过程: |
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四、硝酸和硝酸盐
1、硝酸
(1)物理性质
纯硝酸是无色、有刺激性气味的液体。沸点低、易挥发,在空气中遇水蒸气呈白雾状。98%以上的硝酸叫“发烟硝酸”,常用浓硝酸的质量分数为69%。
(2)化学性质
①强酸性:具有酸的通性
稀硝酸遇石蕊试液变红色,浓硝酸遇紫色石蕊试液先变红,随后褪色(氧化作用)。此实验可证明浓硝酸的氧化性比稀硝酸强。
②不稳定性:
△或光
4HNO3 4NO2↑+O2↑+2H2O
硝酸越浓,越易分解;浓硝酸久置呈黄色,是由于硝酸分解产生的NO2溶于硝酸的缘故。浓硝酸应盛放在带玻璃塞的棕色瓶里,并存放在阴暗处。
③强氧化性:
实质:HNO3中+5价N有很强的得电子能力
a.与金属的反应:除Au、Pt外的金属都能反应;与金属反应一般不产生H2;常温下浓HNO3使Fe、Al钝化;能溶解Cu等不活泼金属。
Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2 +2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2 +2NO↑+4H2O
b.与非金属反应:
C+4HNO3(浓)=CO2↑+NO2↑+2H2O
S+6HNO3(浓)=H2SO4+6NO2↑+2H2O
c.与其它还原性物质的反应(如H2S、FeS、SO2、Na2SO3、HBr、HI等):
6HI+2HIO3(稀)=3I2+2NO↑+4H2O
3Fe2++4H++NO===3Fe3++NO↑+2H2O。
d.王水:浓硝酸和浓盐酸(体积比为1∶3),它的氧化性比硝酸强,能溶解Pt、Au等金属。
深度思考
1.久置的硝酸呈黄色,如何除去?怎样保存硝酸?
答案:硝酸显黄色是由于硝酸见光或受热发生分解,生成的NO2溶于浓硝酸所致,所以消除的方法是通入O2(或空气),使其发生反应4NO2+O2+2H2O===4HNO3。保存时应保存在棕色试剂瓶中,并置于阴凉处。
2.常温下,铝和铁在浓硝酸中“钝化”是化学变化吗?
答案:是化学变化,钝化是在铁、铝的表面形成一层致密的氧化物保护膜,阻止了金属与硝酸的进一步反应。
3.铜分别与浓硝酸、稀硝酸反应的还原产物分别为NO2、NO,是否说明稀硝酸比浓硝酸氧化性强?
答案:物质的氧化性强弱的判断可根据原子得电子的难易,原子得电子越易物质的氧化性越强。原子得电子难易的表现,不是根据单个原子得电子数目的多少,而是根据氧化还原反应是否进行、反应快慢或难易。从还原剂中有可变化合价元素的单个原子中夺得电子数目的多少。
红热的木炭可被浓硝酸氧化而不能被稀硝酸氧化也可说明浓硝酸比稀硝酸氧化性强; Cu与浓HNO3的反应比Cu与稀HNO3的反应要剧烈得多,说明浓硝酸比稀硝酸氧化性强;硝酸越浓,其氧化性越强。
【归纳】硝酸与金属反应的一般规律
硝酸与金属活动顺序表中氢以后的金属发生反应时,可看成硝酸先将金属氧化成氧化物,然后金属氧化物与硝酸反应生成硝酸盐,在反应中硝酸表现出强氧化性和酸性。浓硝酸的还原产物主要是NO2,稀硝酸的还原产物主要是NO,如:2Ag +2HNO3(浓) = Ag2O +2NO2↑+H2O
Ag2O +2HNO3=2AgNO3 +H2O
总反应为:2Ag +2HNO3(浓) = 2AgNO3 +NO2↑+H2O
3Ag +4HNO3(稀) = 3AgNO3 +NO↑+2H2O
硝酸与金属活动顺序表中氢以前的金属发生反应时,除生成相应的硝酸盐外,同时游离出氢原子,而氢原子又很快被硝酸氧化生成水,还原产物为NO2、NO、N2O、N2、NH3、NH4NO3 (NH3 + HNO3 = NH4NO3)等。
一般来说,活泼金属与浓硝酸反应则产生NO2 , 与稀硝酸反应则产生NO,与极稀硝酸反应则生成NH3,而实际产物为NH4NO3。如:
Zn+4HNO3(浓) =Zn(NO3)2 +2NO2↑+2H2O
3Zn+8HNO3(稀) =3Zn(NO3)2 +2NO↑+4H2O
4Zn+10HNO3(极稀)=4Zn(NO3)2 + NH4NO3+3H2O
(3)硝酸的制法
①实验室制法:
NaNO3+H2SO4(浓)==NaHSO4 + HNO3↑
反应原理:高沸点酸制低沸点酸,HNO3易分解,加热温度不宜过高。由于硝酸具有强烈的氧化性,对橡胶制品有强烈的腐蚀作用,不宜采用制Cl2的装置。常采用曲颈甑玻璃仪器制硝酸。
②工业制法─氨的催化氧化:
4NH3+5O2 ==4NO+6H2O 2NO +O2 = NO2 3NO2 +H2O =2HNO3 +NO
③硝酸的浓缩:
从吸收塔出来的硝酸(浓度一般为50%),可用硝酸镁或浓硫酸作吸水剂,将稀硝酸溶液蒸馏可得到浓硝酸(96%以上)。不能用CaCl2或MgCl2做吸水剂,以免蒸馏时混入HCl。
2、硝酸盐的性质及检验
(1)物理性质:一般为无色晶体,易溶于水
(2)化学性质:受热见光易分解
2NaNO3 = NaNO2 +O2↑
Cu(NO3)2 = 2CuO+4NO2↑ +O2↑
2AgNO3 =2Ag+NO2↑ +O2↑
保存:低温避光保存,如AgNO3存放在棕色瓶中。
(3)NO3-的检验方法:
试样 是否产生红棕色气体
(4)亚硝酸钠(工业用盐)有毒,亚硝酸盐对人类有致癌作用。
NaNO2:有毒,外观类似食盐,易误食。NaN O2进入血液,可把亚铁血红蛋白氧化为高铁血红蛋白,使血液失去携氧功能,造成组织缺氧。
题组一 硝酸性质的多重性
1.在下列反应中,硝酸既表现氧化性又表现酸性的是 ( )
A.FeO和HNO3 B.Al(OH)3与HNO3
C.H2S和HNO3 D.CH3与HNO3
答案:A
解析 硝酸既表现出酸性又表现出氧化性的典型特征是反应中既有硝酸盐的生成又有氮元素较低价化合物的生成。对照四个选项。A符合题意;B只起酸的作用;C只起氧化剂的作用;D只作为反应物。
2.取三张蓝色石蕊试纸置于表面皿上,然后按顺序滴加65%的硝酸,98.3%的硫酸和新制氯水,三张试纸最终呈现的颜色是 ( )
A.白 红 白 B.红 黑 红 C.红 红 红 D.白 黑 白
答案:D
解析:因上述两酸均为浓酸,均具有强氧化性,新制氯水中含强氧化性的次氯酸,浓硫酸还表现出脱水性,所以应选D。
题组二 硝酸与金属反应的计算
3.在标准状况下将1.92 g铜粉投入一定量浓HNO3中,随着铜粉的溶解,反应生成的气体颜色逐渐变浅,当铜粉完全溶解后共收集到由NO2和NO组成的混合气体1.12 L,则混合气体中NO的体积为 ( )
A.112 mL B.1 008 mL C.224 mL D.448 mL
答案:A
解析:混合气体的总物质的量为1.12 L÷22.4 L·mol-1=0.05 mol,1.92 g铜粉的物质的量为0.03 mol。设NO的物质的量为n1 mol,则NO2的物质的量为(0.05-n1)mol,根据得失电子守恒得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。
4.铜与一定量浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体,这些气体与5.6 L O2(标准状况)混合后通入水中,所有气体完全被水吸收生成硝酸。则消耗铜的质量为 ( )
A.16 g B.32 g C.64 g D.无法计算
答案:B
解析:该题氮元素变化为硝酸→氮的氧化物→硝酸,所以题目中的反应可以看成是铜与氧气的反应,其中硝酸为“催化剂”,所以铜的物质的量为2×=0.5 mol,即32 g。
5.有一稀硫酸和稀硝酸的混合酸,其中H2SO4和HNO3的物质的量浓度分别是4 mol·L-1和2 mol·L-1,取10 mL此混合酸,向其中加入过量的铁粉,待反应结束后,可产生标况下的气体的体积为(设反应中HNO3被还原成NO) ( )
A.0.448 L B.0.672 L C.0.896 L D.0.224 L
答案:B
解析:金属和混酸反应通过离子方程式计算比较简便,3Fe+8H++2NO===3Fe2++2NO↑+4H2O(铁过量,产物为Fe2+),反应中Fe和H+过量,生成的NO的量以NO为准来计算,共得NO 0.448 L,若只考虑到这一步反应,得答案A是错误的,因为过量的铁还可以和溶液中过量的H+反应产生H2,即有Fe+2H+===Fe2++H2↑,生成的H2为0.224 L,气体体积共计0.672 L,应选B。
五、硝酸及其氧化物计算
1、硝酸的工业制法中如何确定原料氨气与产物硝酸的物质的量关系?
工业上制取硝酸分三步进行,第一步是氨的催化氧化,NH3中的N全部转化成NO,第二步是2NO +O2 = 2NO2,工业上在吸收NO2的过程中,不断补充空气,使NO的氧化经多次循环,尽可能的转化成HNO3,根据N元素守恒,所以原料氨气与产物硝酸的计算关系为NH3~ HNO3
2.、硝酸盐在水溶液中的氧化性与溶液的酸碱性
NO3-在酸性溶液中具有较强的氧化性。如在酸性条件下,NO3-可氧化Fe2+、S2-、I-、Br-等。
3Fe2+ +NO3- +4H+=3Fe3+ +NO↑+2H2O 。但在中性或碱性溶液中氧化性极弱,通常认为不显氧化性,它们却能相互共存。
3、有关氮的氧化物NO、NO2与O2混合溶于水的计算,涉及两个基本反应:
2NO+O2=2NO2; 3NO2+2H2O=2HNO3+NO
由这两个基本反应加合可得以下反应方程式:
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
NO2+NO+O2+H2O=2HNO3
(1)NO2、NO混合气体溶于水:
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
V(NO2) V(NO2)
最后得到的气体为NO,其体积是V= V(NO) + V(NO2)
(2)NO2、O2混合气体溶于水
根据:4NO2 +O2 +2H2O =4HNO3
可得结论:若V(NO2) ∶V(O2)=4∶1,则容器内无剩余气体,水可充满容器;若V(NO2) ∶V(O2)>4∶1,则NO2过量,容器内内剩余气体为NO,体积为过量的NO2体积的;若V(NO2) ∶V(O2)<4∶1,则O2过量,容器内剩余气体为过量的O2
(3)NO、O2混合气体溶于水
根据:4NO +3O2 +2H2O =4HNO3
可得结论:若V(NO) ∶V(O2)=4∶3,则容器内无剩余气体;若V(NO) ∶V(O2)>4∶3,则容器内剩余气体为过量的NO;若V(NO) ∶V(O2)<4∶3,则容器内剩余气体为过量的O2。
(4)NO、NO2和O2三种混合气体通入水中
先按3NO2+H2O===2HNO3+NO计算出生成的NO体积,再加上原来混合气体中NO体积,再按(3)计算。
六、磷、磷酸及磷酸盐
1.磷:P
磷的同素异形体:白磷和红磷。其物理性质不同,而化学性质则相同。
(1) 磷单质的物理性质:
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性 状 |
溶解性 |
着火点 |
毒性 |
白磷 |
蜡状固体,质脆 |
不溶于水,溶于CS2 |
40℃ |
剧毒 |
红磷 |
暗红色粉末状固体 |
不溶于水,不溶于CS2 |
240℃ |
微毒 |
【说明】①红磷可升华。② 白磷的保管: 大量密封,少量水中; 水下切割;勿触皮肤; 剩余白磷,即使少量,也应立即处理或保存好; CuSO4为白磷中毒的内服解毒剂。
11P+15CuSO4+24H2O = 5Cu3P+6H3PO4+15H2SO4
③白磷:P4,正四面体,键角:60°。
(2) 磷的化学性质:
① 磷的化学性质活泼,容易跟氧、卤素及许多非金属直接化合。
② P与N一样,反应中主要表现为+5、+3价。
N比P非金属性强,但P单质比N2活泼得多,因为氮氮叁键的键能比磷磷单键的键能大得多。
NºN 948.0 kJ / mol P—P 79.0 kJ / mol
① 磷跟氧的化合反应
4P+5O2 = 2P2O5 ; DH= -3093.2 kJ / mol
② 磷跟卤素化合
2P+3Cl2 =2PCl3 (无色发雾液体) 有毒
2P+5Cl2 =2PCl5 (淡黄色四方晶体) 有毒
PH3难于生成,是无色刺激气味气体,有毒,致死量为27.8 mg / m3。
③白磷和红磷的相互转化
(3) 磷的存在和用途
①存在:无游离态。
磷矿:云南省昆阳(国内第一,世界大磷矿之一),江苏省连云港,湖北省襄阳,四川省峨嵋。动植物中含有,人体中含磷1 kg。
② 用途:
白磷:制高纯磷酸。红磷:火柴,农药,烟幕弹和燃烧弹。
2、磷酸和磷酸盐
(1) 五氧化二磷 : P2O5 , 白磷、红磷燃烧都生成P2O5。
①物理性质:五氧化二磷是白色粉末状固体,易溶于水,很强的吸湿性,是一种第强的干燥剂。
②化学性质: 与水作用生成两种磷酸。
P2O5+H2O(冷) = 2HPO3 (偏磷酸,有毒)
P2O5+3H2O(热) = 2H3PO4 (磷酸,有毒)
故P2O5是这两种磷酸的酸酐。
(2) 磷酸:H3PO4 98
①物理性质:无色透明晶体,熔点:42.35℃。易溶于水,与水互溶,具有吸湿性。浓磷酸为无色粘稠液体, 83—98%纯H3PO4。
②化学性质:
磷酸比硝酸稳定,磷酸是三元中强酸,能与碱作用生成一种正盐和两种酸式盐。
H3PO4 H++
H++
H++
磷酸是非氧化性酸(即只具有H+的氧化性)。
③磷酸的制法:
制纯磷酸:P+5HNO3(浓) = H3PO4+5NO2+H2O
3P+5HNO3(稀)+2H2O = 3H3PO4+5NO
工业制法:Ca3(PO4)2+3H2SO4 2H3PO4+3CaSO4¯
(3) 磷酸盐
三种磷酸盐(与碱的用量有关)
磷酸盐 磷酸氢盐 磷酸二氢盐
Na3PO4 Na2HPO4 NaH2PO4
Ca3(PO4)2 CaHPO4 Ca(H2PO4)2
磷酸盐的溶解性:磷酸二氢盐全溶,磷酸盐和磷酸氢盐的钾、钠、铵盐溶于水,其余不溶。磷酸钙不溶于水,但溶于磷酸。
Ca3(PO4)2+4H3PO4 = 3Ca(H2PO4)2
正盐 酸 酸式盐
(4)检验:
检验试剂:AgNO3和稀HNO3。
3Ag++ = Ag3PO4¯(黄色,溶于稀HNO3)
Ag3PO4+3HNO3 = 3AgNO3+H3PO4
因此,不能用来检验H3PO4。
磷酸盐作肥料:磷矿粉、过磷酸钙、普钙和重钙(富钙)。
Ca3(PO4)2+2H2SO4 = Ca(H2PO4)2+2CaSO4
过磷酸钙(普钙)
过磷酸钙不能与石灰混合使用,而宜于与浓家肥混施。
Ca(H2PO4)2+2Ca(OH)2 = Ca3(PO4)2+3H2O
还能与土壤中Fe、Al、Ca盐产生沉淀:AlPO4、FePO4、Ca3(PO4)2。
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)用浓HNO3与Cu反应制备NO2 (√)
(2012·广东理综,9C)
(2)工业上利用合成氨实现人工固氮涉及氧化还原反应 (√)
(2012·广东理综,10C)
解析 其原理为N2+3H2高温高压催化剂2NH3。
(3)实验室用NH4Cl和Ca(OH)2制备NH3涉及氧化还原反应 (×)
(2012·广东理综,10D)
解析 原理为2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O,非氧化还原反应。
(4)向装有Fe(NO3)2溶液的试管中加入稀H2SO4,在管口观察到红棕色气体,是因为HNO3分解生成了NO2 (×)
(2011·四川理综,11A)
解析 其原理为3Fe2++NO+4H+===3Fe3++NO↑+2H2O,2NO+O2===2NO2。
(5)用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上,试纸变蓝色,是因为浓氨水呈碱性(√)
(2011·安徽理综,10D)
(6)可用氨水除去试管内壁上的银镜 (×)
(2012·海南,4A)
解析 浓氨水不和Ag反应,应用稀硝酸。
(7)过量的铜与浓硝酸反应有一氧化氮生成 (√)
(2012·重庆理综,7C)
(8)白磷在空气中加热到一定温度能转化为红磷 (×)
(2012·重庆理综,7D)
解析 需隔绝空气加强热。
(9)将分别充满HCl、NH3的烧瓶倒置于水中后液面均迅速上升,说明二者均易溶于水 (√)
(2012·山东理综,12D)
2.(2012·福建,11)下列物质与水作用形成的溶液能与NH4Cl反应生成NH3的是( )
A.二氧化氮 B.钠 C.硫酸镁 D.二氧化硅
答案 B
解析 二氧化硅不溶于水;二氧化氮溶于水形成硝酸溶液,硫酸镁溶于水形成硫酸镁溶液,这两者都不能与NH4Cl反应;钠溶于水形成的NaOH溶液能与NH4Cl发生复分解反应生成NH3。
3.(2012·上海,16)实验室制取少量干燥的氨气涉及下列装置,其中正确的是( )
A.①是氨气发生装置 B.③是氨气发生装置
C.②是氨气吸收装置 D.④是氨气收集、检验装置
答案 B
解析 装置①中NH4Cl受热易分解生成NH3和HCl,但在试管口附近两者又能结合生成NH4Cl,选项A错误;装置②中的漏斗放置过低,不能防止倒吸,选项C错误;装置④中的试管口应放一团干燥的棉花,选项D错误。
4.(2012·上海,11)工业上将氨气和空气的混合气体通过铂铑合金网发生氨氧化反应,若有标准状况下V L氨气完全反应,并转移n个电子,则阿伏加德罗常数(NA)可表示为
A. B. C. D.
答案 D
解析 氨催化氧化的反应为4NH3+5O2催化剂△4NO+6H2O,标准状况下V L氨气完全反应转移的电子数为×5×NA=n,则NA=。
5.[2012·海南,13(1)(2)]氮元素的氢化物和氧化物在工业生产和国防建设中都有广泛应用,回答下列问题:
(1)氮元素原子的L层电子数为________;
(2)NH3与NaClO反应可得到肼(N2H4),该反应的化学方程式为_________________。
答案 (1)5 (2)2NH3+NaClO===N2H4+NaCl+H2O
6.(2011·重庆理综,27)固态化合物A由两种短周期元素组成,可与水发生复分解反应。甲组同学用下图装置(夹持装置略)对其进行探究实验。
(1)仪器B的名称是________。
(2)实验中,Ⅱ中的试纸变蓝,Ⅳ中黑色粉末逐渐变为红色并有M生成,则Ⅲ中的试剂为________;Ⅳ中发生反应的化学方程式为________;V中的试剂为________。
(3)乙组同学进行同样实验,但装置连接顺序为Ⅰ-Ⅲ-Ⅳ-Ⅱ-Ⅴ-Ⅵ,此时Ⅱ中现象为________,原因是________。
(4)经上述反应,2.5 g化合物A理论上可得0.56 L(标准状况)M;则A的化学式为 ________。
答案 (1)分液漏斗 (2)碱石灰 3CuO+2NH33Cu+N2+3H2O 浓H2SO4
(3)红色石蕊试纸变蓝 CuO与氨气反应生成的水和未反应的氨气生成氨水,使红色石蕊试纸变蓝 (4)Mg3N2
解析 (1)仪器B是分液漏斗。
(2)使红色石蕊试纸变蓝色的气体在中学中所学过的只有NH3,因此化合物A中一定含有N元素,由于干燥后的NH3在加热情况下可以与CuO反应,因此Ⅲ中干燥管内干燥剂为碱石灰,Ⅳ中反应的化学方程式为 3CuO+2NH3△,3Cu+N2+3H2O;Ⅴ中的试剂为浓H2SO4,用来干燥和洗气。
(3)乙组同学将装置Ⅳ放在装置Ⅱ之前,由于CuO与NH3反应产生H2O,H2O与未反应的NH3反应生成NH3·H2O使红色石蕊试纸变蓝色。
(4)设该化合物的化学式为X3Ny,X的相对原子质量为x,则:
1∶=∶
讨论:y只能取正整数,若y=1,x=12,无解。
若y=2,x=24,符合,则化合物A为Mg3N2。
高考考点透析
一、考纲要求
(1)了解这些元素的单质及某些氧化物、氢化物的性质。
(2)掌握硝酸的化学性质。
(3)了解常见盐类的性质和用途。初步了解常见化肥的基本性质。
(4)了解化工生产中化学反应原理的确定。初步了解原料与能源的合理利用、“三废处理”与环境保护以及生产过程中的综合经济效益问题。
(5)了解氮的氧化物对大气的污染及其防治。
二、考点透析
高考试题考查氮族元素的知识比较全面,涉及单质和化合物的性质、制法、用途等。重点是N2分子的稳定性;P4分子的正四面体结构及同素异形体;NOx的氧化性、还原性、被水及碱溶液的吸收;磷酸与碱反应生成盐的类别判断和磷酸盐的水溶性。随着人们环保意识的提高,环境保护成为了社会的热点,高考将以NOx、磷的含氧酸盐与环境以及与生物、物理学科的知识交汇为命题点,综合考查有关概念、理论和化学计算,强调理论联系实际,学以致用。
氨的化学性质、实验室制备及铵离子的检验在高考中频频出现。随着高考能力考查的提高,命题将力求新颖,覆盖面广,思维跨度大,命题将以本部知识为载体,通过平衡移动、离子存在,氧化还原反应中电子转移和配平,溶液的PH判断将多个知识点串起来,以增加试题难度。
高考中有关硝酸、硝酸盐及氮的氧化物的命题较多,要注意硝酸的氧化性、硝酸盐受热分解问题及硝酸工业和环境保护问题。 氮的化合物与其它元素化合物联系的框图题也是高考热点题。
硝酸的工业制法和环境保护是高考中的新特点,考查时可进行学科交叉和渗透,同时联系社会实际,常常立意较新。
〖教后记〗
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