資源簡介

(共32張PPT)
基于化學學科社會價值的單元教學設計
——硫和氮及其重要化合物
我為消除霧霾污染來獻策
項目2：氮及其重要化合物
核心素養發展目標
1、通過對NO2與水反應產物的探究，發展學生證據
推理的核心素養；
2、從價-類二維設計NO2的轉化路線，引導學生從物
質類別和價態變化的角度實現不同價態含氮物質
的轉化，形成解決污染問題的一般思路模型；
3、通過探索含氮元素物質間的轉化，幫助學生認識
物質及其轉化的重要價值，形成變化觀念；
4、了解霧霾的產生與防治，樹立綠色化學理念，在
解決NO2污染的問題中，體會化學學科的社會價
值，培養學生的科學精神與社會責任。
3
梳理含有氮元素的物質
方法線
含氮化合
物的來源
汽車尾氣中
NO2的生成
宏觀辨識與
微觀探析
知識線
活動線
素養線
繪制出氮元素
價-類二維圖
主動調用價-類
解決復雜問題
從價-類角度
分析問題
汽車尾氣中
NO2的消除
工業治理NO2
的方案分析
降低NO2污染
的基本思路
變化觀念
證據推理
意識
科學精神與
社會責任
價-類實現
氮元素轉化
探究NO2的
性質
實際：綠色
環保、成本
教學素材分析
設計流程
課前：根據下圖分析含氮元素的物質
氮在自然界中的循環示意圖
課前：在二維圖中畫出含氮元素的物質
環節設計意圖：學生對氮及其化合物比較陌生，老師提供素材，有助于學生梳理含氮元素的物質，強化認識物質的角度。
NH4NO3
課前：學生設計NOx污染問題的研究思路
汽車
尾氣
NOx
環節設計意圖：將“環境問題”轉化為“化學問題”，
聚焦污染源及其轉化，然后學生感受從化學視角分析
環境問題的思路和方法。
利用
反應
設計轉化
認識
NOx
性質
尾氣
NOx
如何
產生
霧霾
問題
消除
污染
7
環節一 認識霧霾——關注氮氧化物
1、霧霾是指各種源排放的污染物（如SO2、NOx、NH3、
CO、VOCs、PM等），在特定的大氣流場條件下，
經過一系列物理化學變化過程形成的細粒子，并與水
汽相互作用導致的大氣消光現象。
2、PM2.5是指直徑小于或者等于2.5微米的大氣顆粒物的總
稱。霧霾成分有硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、有機物、炭黑
以及礦物粉塵等。
霧霾組成
環節一 認識霧霾——關注氮氧化物
北京出現霧霾的主要成因
燃煤和工業生產排放出大量的SO2，
經化學轉化生成的顆粒物；
城區交通排放的大量揮發性有機物、
NOx；
直接排放至大氣中的顆粒物貢獻很小，
因此控制這三類氣態污染物是治霾
關鍵。
汽車尾氣的化學成分
環節一 認識霧霾——關注氮氧化物
汽車尾氣所含污染物主要是: CO 、碳氫化合物(CH) 、氮氧化合物(NO和NO2) 、SO2、顆粒物以及含鉛化合物。
環節二 汽車尾氣中NOx 的產生
任務一、查閱資料汽車發動機工作時，NOx是
如何產生的？
N2+O2=== 2NO
高溫高壓
2NO+O2=== 2NO2
環節三 如何減少主要污染源—NO2
任務二、解決霧霾問題應減少主要污染
源NO2，談談你的想法。
1、從源頭杜絕，不產生源排放污染物NOx
——汽車限行、使用清潔能源汽車
2、若已經產生了污染源的氣體，利用其性質
將其消除掉
（1）從物質類別角度：
（2）從氧化-還原角度：用氧化劑或還原劑吸收
——汽車尾氣安裝凈化裝置
——燃煤產生的尾氣脫硫脫硝后排放
環節三 如何減少主要污染源—NO2
環節二我為治理霧霾來獻策
環節三 如何減少主要污染源—NO2
任務三、預測NO2的化學性質
環節設計意圖
從“物質類別”和“化合價”兩個認識
角度預測：NO2與水、與堿可能反應；
既有氧化性又有還原性。
環節三 如何減少主要污染源—NO2
任務四、探究NO2與H2O的反應
分組實驗，觀察實驗現象
15
環節三 如何減少主要污染源—NO2
任務四、探究NO2與H2O的反應
實驗步驟 現象 解釋
1 裝有銅片的注射器中吸入濃硝酸 注射器中有紅棕色氣體生成，溶液顏色變藍（綠） Cu + 4HNO3（濃）=
Cu(NO3)2 + 2NO2↑+ 2H2O
2 除去注射器中液體，吸入少量水
3
吸入空氣
4 將少量注射器中的液體滴到pH試紙上，并與標準比色卡對比
紅棕色氣體變為無色，液面上升
注射器中又有紅棕色氣體生成
溶液呈酸性
3NO2+H2O=2HNO3+NO
2NO+O2=2NO2
有硝酸生成
環節三 如何減少主要污染源—NO2
水吸收
堿吸收或氧化劑
還原劑
任務五、應用氮元素的二維圖設計轉化方案,
實現氮氧化物的無害化處理
環節三 如何減少主要污染源—NO2
2NO2+2NaOH=
NaNO3+NaNO2+H2O
3NO2+H2O=2HNO3+NO
成NO和NO2。
寫出NO2與NaOH反應的化學方程式
NO2與SO2的性質相比具有差異性和特殊性
問題：NO2是不是硝酸的酸酐？為什么？
環節三 如何減少主要污染源—NO2
氧化物
鹽
還原性
氧化性
N的化合物
與堿性物質
與氧化劑
明確兩個角度
+5
環節設計意圖：運用模型分析、解決實際問題。
與還原劑
N2
任務六、分析三元催化下汽車尾氣凈化原理
環節四 降低汽車尾氣中NOX
【資料】汽車凈化尾氣的技術是將三元催化轉化器安裝在汽車尾氣口，貴金屬Pt－Ｒh－Pd是催化劑的活性組分，對 CO、HC 和 NOx有較高的催化活性，可以將尾氣中的 CO、HC 和 NOx 同時凈化處理掉。
摘自《汽車尾氣的危害
與凈化技術初探》
任務六、分析三元催化下汽車尾氣凈化原理
環節四 降低汽車尾氣中NOX
還原法：
理論 實際工業
原理分析
環節設計意圖：
幫助學生體會化學理論上與工業生產的聯
系與差異；體驗根據實際設計、改進方案
的角度。
任務七、分析工業方案的反應原理
方案評價
環節五 工業治理 NO2 污染方案
*
工業常見煙氣脫硝
方法
1.鈉堿脫硫法
環節五 工業治理 NO2 污染方案
任務七、分析工業方案的反應原理
1.還原法
選擇性催化還原法， NH3做還原劑
吸收NO2的同時
制備硝酸
2.水吸收法
先用綠色氧化劑ClO2，再用NaOH溶液吸收
4.氧化-堿液聯合法
3.純堿溶液吸收
用堿性的Na2CO3
溶液做吸收液
環節五 工業治理 NO2 污染方案
吸收NO2的同時
制備硝酸
2.水吸收法
任務八、如何將NOx完全轉化為硝酸？
*
環節五 工業治理 NO2 污染方案
變廢為寶——制造硝酸
3NO2+H2O=2HNO3+NO
2NO+O2=2NO2
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
：
環節設計意圖：
利用類價二維視角選擇合適的還原劑和氧化劑，實現
氮氧化物的無害化處理，同時體會在工業生產中應考
慮盡量提高生產效率。提升學生簡單設計的能力，發
展學生的變化觀念。
環節六 霧霾中顆粒物的形成
霧霾形成流程圖
寫出流程圖中所涉及的化學方程式
環節六 霧霾中顆粒物的形成
NH4NO3
汽車尾氣導致霧霾的成因
課后延伸 氨氣的由來
三元催化轉化器的使用增加了機動車氨的排放
汽車尾氣中還有NH3的存在，隨著三元催化轉化器
的廣泛使用，機動車尾氣中NH3的排放量顯著增加。機
動車尾氣中的NH3來源于氮氧化物與H2的反應，而H2來
源于CO與H2O的反應，所以CO和NOX是NH3前驅物。
反應原理如下：
CO+ H2O==CO2+H2
2NO+2CO+3H2 ==2NH3+2CO2
2NO+5H2==2NH3+2H2O
NH3可直接參與到與硫酸、硝酸的反應中，加速大氣
中硫酸銨、硝酸銨的形成。
摘自《廣州市機動車尾氣中氨氣的排放因子研究》
*
美國專家研究氨是霧霾元兇
NH3 ，無色氣體，惡臭，極易溶于水，是制造化肥、炸藥的重要原料。曾曉成和Francisco小組利用第一性原理分子動力模擬研究首次發現，氨氣可直接參與到SO3與H2O的反應中。通過進一步研究，他們發現了反應能壘（化學反應過程中必須超過的能量，有如跨欄中的欄高）近乎為零的新型反應機理，表明NH3可以直接參與并加速大氣中硫酸氫氨及硫酸銨的形成，從而對大氣中霧霾顆粒的形成起到至關重要的作用。
問題由此而生：中國空氣中大量的氨氣從何而來？學者指出，大量使用氮肥以及持續擴大的禽畜養殖業是氨污染的最大來源，城市周邊工業氨排放也是原因之一。重污染天氣中，硫酸銨、硝酸銨的質量總和占PM2.5的40%--60%，越嚴重的污染天氣，比例越高。
摘自《生態經濟》，2017年第6期
課后延伸 氨氣的由來
*
單元教學設計的幾點想法
一、開放度：素材選擇、課上課下學生活動設計、
知識線設計、方法線設計
二、學生課堂探究活動：圍繞核心知識，少而精
物質化學性質的探究
設計實驗驗證SO2的還原性
設計實驗探究NO2與水反應產物
四、硫酸、硝酸教學：可以合并一起講
SO2重點掌握還原性；NO2側重了解氧化性
NO2污染方案：不寫方程式，只要求識別涉及NO2什么性質，
能從酸堿性、氧化還原角度分析問題即可。
SO2污染方案：書寫化學方程式，逐一分析反應原理
案例分析與評價
三、難度把握：
*
單元教學設計的幾點想法
五、評價 課堂表現評價
課后評價
1 、在解決霧霾問題時，是否主動調用“價-類”分析方法，
能否繪制出氮、硫元素的價類二維轉化圖。
2、請你預測Na2SO3具有哪些化學性質，說明預測的依據，
并寫出代表其性質的化學方程式或離子方程式。
3、提過對霧霾的學習，談談你對身邊的環境問題有哪些
認識上的收獲。

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