資源簡(jiǎn)介

教學(xué)設(shè)計(jì)
課程基本信息
學(xué)科 化學(xué) 年級(jí) 高一 學(xué)期 春季
課題 氮及其化合物（第三課時(shí)）
教學(xué)目標(biāo)
1. 通過(guò)化學(xué)中研究未知物質(zhì)性質(zhì)的思路：預(yù)測(cè)，實(shí)驗(yàn)，解釋與結(jié)論的研究思路，探究了硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾倪^(guò)程，學(xué)習(xí)掌握濃硝酸和稀硝酸的性質(zhì)。 2. 通過(guò)解決環(huán)境中的硝酸鹽污染問(wèn)題，感受到化學(xué)的力量，感受到自然與社會(huì)和諧發(fā)展的重要性。
教學(xué)內(nèi)容
教學(xué)重點(diǎn)： 銅與濃硝酸的反應(yīng)，銅與稀硝酸的反應(yīng) 硝酸的性質(zhì) 教學(xué)難點(diǎn)： 硝酸根離子的氧化性影響因素
教學(xué)過(guò)程
情境：在上面的課時(shí)中我們已經(jīng)得到了氮?dú)庠谧匀还痰腿斯す痰饔孟碌霓D(zhuǎn)化關(guān)系，最終得到的硝酸鹽，自然界中的反硝化細(xì)菌會(huì)把其重新變回氮?dú)猓请S人工固氮的發(fā)展，越來(lái)越多硝酸和硝酸鹽產(chǎn)生，反硝化細(xì)菌無(wú)法把他們?nèi)哭D(zhuǎn)化成氮?dú)猓匀坏钠胶饩郾淮蚱屏耍h(huán)境污染產(chǎn)生了，如酸雨，如富營(yíng)氧化。那我們今天的任務(wù)來(lái)了：利用我們所學(xué)的化學(xué)知識(shí)，化學(xué)研究思路來(lái) 任務(wù)：探究硝酸鹽如何轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓?活動(dòng)一：探究硝酸根離子的強(qiáng)氧化性 預(yù)測(cè)：NO3-轉(zhuǎn)化為N2 講解：硝酸根離子中氮的化合價(jià)為+5價(jià)，氮?dú)庵械幕蟽r(jià)為0價(jià)，化合價(jià)要降低，加還原劑，那加什么還原劑，什么條件下硝酸根離子氧化性強(qiáng)？這是一個(gè)我們先需要解決的問(wèn)題。 提示：我們剛剛學(xué)過(guò)硫酸根離子，硫酸根離子的氧化性強(qiáng)弱與其酸性環(huán)境和濃度有關(guān)，濃硫酸才是氧化性酸，那硝酸根離子是否也需要一定的濃度和酸性環(huán)境呢？為了驗(yàn)證這個(gè)預(yù)測(cè)，我們?cè)O(shè)計(jì)了濃硝酸與銅反應(yīng)和稀硝酸和銅的反應(yīng)。 實(shí)驗(yàn)：濃硝酸與銅的反應(yīng)視頻 解釋與結(jié)論： 產(chǎn)生紅棕色氣體溶液迅速變綠色
在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，可以通過(guò)銅絲的抽動(dòng)來(lái)控制反應(yīng)進(jìn)程，氫氧化鈉是來(lái)吸收尾氣，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象主要是以下兩個(gè) 講解：紅棕色氣體：可見反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生了二氧化氮 問(wèn)1：溶液變綠色是生成了什么呢？根據(jù)我們常規(guī)的理解，由于硝酸中氮的化合價(jià)降低了，銅化合價(jià)應(yīng)該升高，但是含銅離子的溶液應(yīng)該是藍(lán)色的，那這個(gè)綠色是什么呢？ 信息提示： 久置的濃硝酸呈黃色，我們上面實(shí)驗(yàn)用到的濃硝酸為無(wú)色的。 4HNO3(濃) 4NO2 +2H2O+O2 問(wèn)1：根據(jù)這個(gè)信息，請(qǐng)同學(xué)們思考為什么濃硝酸呈黃色？ 有同學(xué)認(rèn)為是產(chǎn)生的二氧化氮以分子形式溶解在了硝酸溶液中，二氧化氮呈紅棕色，所以使其溶液顏色呈黃色了。 問(wèn)2：那剛才的溶液為什么呈綠色？ 有同學(xué)認(rèn)為這是產(chǎn)生的二氧化氮以分子形式溶解在溶液中和銅鹽溶液相互作用的結(jié)果。 因?yàn)楦鶕?jù)顏色的搭配關(guān)系，我們也可以發(fā)現(xiàn)藍(lán)色和黃色相加可以生產(chǎn)綠色。 資料： 講解：這是發(fā)表在2020年化學(xué)教育期刊上的文章，在這里老師做了實(shí)驗(yàn)，在不同的銅鹽溶液中通入二氧化氮?dú)怏w，發(fā)現(xiàn)溶液真的變成了綠色。 問(wèn)3：現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)以上的情況寫出反應(yīng)方程式 Cu+4HNO3(濃) Cu(NO3)2+ 2H2O +2NO2 講解：在這個(gè)方程式里，濃硝酸作為氧化劑，化合價(jià)降低，生成二氧化氮。但是4mol濃硝酸，真正發(fā)生還原反應(yīng)的只有2mol,剩下的2mol起到酸性的作用。 問(wèn)4：現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們?cè)侔堰@個(gè)反應(yīng)方程式改寫成離子方程式？ 在這個(gè)離子方程式中我們發(fā)現(xiàn)，在酸性環(huán)境下，硝酸根離子具有強(qiáng)氧化性。Cu+4H++2NO3- Cu2++2NO2 + 2H2O 過(guò)渡：銅可以跟濃硝酸反應(yīng)，那稀硝酸呢？ 實(shí)驗(yàn)：銅與稀硝酸的反應(yīng)視頻 解釋與結(jié)論： 溶液慢慢變藍(lán)色有無(wú)色氣泡產(chǎn)生
講解:從溶液顏色變化可見產(chǎn)生了銅離子 問(wèn)5：那無(wú)色氣體又是什么呢 有同學(xué)認(rèn)為在這個(gè)反應(yīng)中銅的化合價(jià)升高，那根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律，需有元素化合價(jià)降低，這里能下降的元素只有氫元素和氮元素，所以我們這里可以猜測(cè)的常見的三種無(wú)色氣體是H2,NO,N2 問(wèn)6：那到底是哪種氣體呢？ 有同學(xué)認(rèn)為可以在無(wú)色氣體里通入氧氣，如果顏色變成紅棕色，則是NO 實(shí)驗(yàn):把空氣抽進(jìn)針筒內(nèi) 講解：在這里我們發(fā)現(xiàn)無(wú)色氣體變成了紅棕色，可見是有一氧化氮的生成 問(wèn)7：現(xiàn)在根據(jù)前面的這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，寫出化學(xué)方程式 3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2 +4H2O+2NO 在這里面稀硝酸的中氮的化合價(jià)低，作為氧化劑，所以稀硝酸也是氧化性酸，但是8mol的稀硝酸只有2mol參與還原反應(yīng)，剩下的6mol起到的是酸性的作用。 問(wèn)8：現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)把它改寫成離子方程式 3Cu+8H++2NO3- 3Cu2++2NO +4H2O 在這個(gè)離子方程式中，硝酸根離子的氧化性要在酸性環(huán)境下體現(xiàn)。 講解：現(xiàn)在我們把前面的內(nèi)容總結(jié)一下，通過(guò)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)銅可以與濃硝酸反應(yīng)，也可以跟稀硝酸反應(yīng)，濃硝酸被還原生成二氧化氮，稀硝酸被還原生成一氧化氮，都體現(xiàn)了氧化性，是氧化性酸，那他們的氧化性誰(shuí)強(qiáng)呢？ 有同學(xué)認(rèn)為濃硝酸中氮的化合價(jià)從正五價(jià)變成正四價(jià)，降低一價(jià)，而稀硝酸中氮的化合價(jià)從正五價(jià)降低到正二價(jià)，降低三價(jià)，所以稀硝酸的氧化性應(yīng)該比濃硝酸強(qiáng)。 而有的同學(xué)則認(rèn)為氧化性強(qiáng)弱與其得到電子額難易程度有關(guān)，與其得到的電子多少無(wú)關(guān)，根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象來(lái)看，銅與濃硝酸的反應(yīng)比銅與稀硝酸的反應(yīng)來(lái)的劇烈，所以濃硝酸的氧化性強(qiáng)。 講解：一般而言，硝酸濃度越大，氧化性越強(qiáng)。 過(guò)渡：硝酸的強(qiáng)氧化性，還體現(xiàn)在哪些地方： 講解：常溫下濃硝酸會(huì)使Fe,Al鈍化 濃硝酸，稀硝酸會(huì)與大部分金屬反應(yīng)，會(huì)與非金屬單質(zhì)反應(yīng)，會(huì)與還原性物質(zhì)反應(yīng)。 過(guò)渡：硝酸根離子的氧化性會(huì)隨著酸性環(huán)境和濃度而不同，他的還原產(chǎn)物也會(huì)隨著溫度和濃度等條件的改變而改變，會(huì)有HNO2，NO，NO2，N2O，N2，NH3，NH4+等 ，這些物質(zhì)會(huì)造成二次污染那如何除去這些物質(zhì)呢？ 活動(dòng)二： 除去硝酸的還原產(chǎn)物 講解： 根據(jù)NO，NO2，N2O中氮的化合價(jià)，我們要把高價(jià)態(tài)的氮轉(zhuǎn)變成低價(jià)態(tài)的氮?dú)猓舆€原劑，而對(duì)于NH3，NH4+來(lái)說(shuō)是要把低價(jià)態(tài)的氮轉(zhuǎn)化成高價(jià)態(tài)的氮?dú)猓砸友趸瘎?有同學(xué)則認(rèn)為可以在讓NO，NO2，N2O和NH3，NH4+反應(yīng)，從而產(chǎn)生氮?dú)?問(wèn)9：請(qǐng)同學(xué)試著寫一下NO和NH3反應(yīng)的方程式？ 過(guò)渡：我們現(xiàn)在終于把硝酸根離子最終轉(zhuǎn)化成了氮?dú)猓F(xiàn)在我們來(lái)看看生活中是如何來(lái)處理這個(gè)污染的 走進(jìn)生活 在生活中我們就是利用了剛才的反應(yīng)原理來(lái)消除硝酸根離子，除此以外還有 但是這兩種方法有缺點(diǎn)：第一種方法中用到了大量金屬，金屬會(huì)以金屬泥的形式殘留在河底，形成新的污染，而氮氧化合物則會(huì)造成二次污染，而第二種方法則是價(jià)格比較高。所以科學(xué)家們?cè)趯で笮碌姆椒▉?lái)除去硝酸根離子。比如通過(guò)生物脫單法，通過(guò)培養(yǎng)綠藻可以把硝酸根離子直接轉(zhuǎn)變成植物蛋白，還可以培養(yǎng)類似于反硝化細(xì)菌的物質(zhì)來(lái)讓它轉(zhuǎn)變成氮?dú)狻?總結(jié)：現(xiàn)在我們來(lái)總結(jié)一下，這節(jié)課我們通過(guò)化學(xué)的研究思路：預(yù)測(cè)，實(shí)驗(yàn)，解釋與結(jié)論來(lái)探究如何把硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓玫搅讼跛岬降獨(dú)獾霓D(zhuǎn)化關(guān)系圖，也在理論上解決了硝酸根離子造成的環(huán)境污染問(wèn)題 總結(jié)三個(gè)課時(shí)的內(nèi)容，我們是通過(guò)學(xué)習(xí)書本中關(guān)于自然界中氮的循環(huán)圖，得到了含氮物質(zhì)自己的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系圖，并制得了各種含氮的產(chǎn)品：如氨氣做制冷劑，如銨鹽做氮肥，如硝酸做炸藥，做氮肥，做燃料等等。 通過(guò)學(xué)習(xí)自然界的物質(zhì)轉(zhuǎn)變，然后我們?nèi)藶榈娜?chuàng)造一些新物質(zhì)，這是我們科學(xué)家一直在做的，2021年9.27號(hào)中科院的科學(xué)家宣布突破了二氧化碳人工合成淀粉的技術(shù)，這是人類的創(chuàng)造力，這是科技的力量。

展開更多......

收起↑