資源簡介

教學(xué)設(shè)計
課程基本信息
學(xué)科 化學(xué) 年級 高一 學(xué)期 春季
課題 硝酸
教科書 書 名：普通高中教科書化學(xué)必修第二冊教材 出版社：人民教育出版社
教學(xué)目標(biāo)
通過實物展示及實驗現(xiàn)象，了解硝酸的物理性質(zhì)，體會硝酸的不穩(wěn)定性。 從類別和價態(tài)角度，分析硝酸具有的化學(xué)性質(zhì)，通過實驗探究、證據(jù)推理加深對硝酸強氧化性的理解。 通過創(chuàng)新實驗設(shè)計，診斷并發(fā)展“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的學(xué)科核心素養(yǎng)以及綠色化學(xué)的環(huán)保意識，落實“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”。 通過對硝酸的學(xué)習(xí)，形成研究非金屬元素化合物的一般思維模型。 通過對冶煉奧運獎牌的情境線索分析，解決不活潑金屬與酸反應(yīng)的問題，了解硝酸在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用，感知化學(xué)與生活的關(guān)系、對生產(chǎn)的作用、對社會的影響，體會學(xué)科價值。
教學(xué)重難點
教學(xué)重點： 1.硝酸的強氧化性，掌握濃、稀硝酸參與反應(yīng)的基本規(guī)律，書寫相應(yīng)方程式。 2.不活潑金屬與酸反應(yīng)的方法突破
教學(xué)難點： 1.通過對硝酸的學(xué)習(xí)，形成研究非金屬元素化合物的一般思維模型。
教學(xué)過程
【引入】變廢為寶！廢棄電子產(chǎn)品竟能提煉出奧運獎牌？ 大家知道2021年東京奧運會獎牌是如何提煉出來的嗎？它竟然來自廢舊電子產(chǎn)品。科研人員通過數(shù)萬噸廢舊手機和小型家電，將其中的金、銀、銅單質(zhì)提煉出來，用來鑄造奧運獎牌，充分體現(xiàn)了綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的理念。整個過程中用到了硝酸、鹽酸、鋅等試劑，鹽酸和硝酸都屬于酸，能電離出氫離子。我們知道鹽酸氧化性較弱,不能與金銀銅這些不活潑金屬反應(yīng)，那硝酸呢？這是一種什么樣的物質(zhì)，讓我們跟著科學(xué)家的腳步，走近我們今天的主角——硝酸。 設(shè)計意圖：摒棄了傳統(tǒng)硝酸泄露、環(huán)境污染等情境主線，從積極的方面認(rèn)識硝酸的價值，用硝酸提煉奧運獎牌作為主線貫穿始終，貼近學(xué)生生活的同時又激發(fā)學(xué)生的興趣，診斷并發(fā)展了學(xué)生科學(xué)態(tài)度與正確情感態(tài)度價值觀。 【環(huán)節(jié)一】先探氧化性 了解酸溶過程 任務(wù)1：根據(jù)現(xiàn)象，說一說硝酸的物理性質(zhì) 通過任務(wù)鏈的形式引導(dǎo)學(xué)生積極主動地進行物質(zhì)性質(zhì)探究，體現(xiàn)學(xué)生在課堂中的主體性地位，同時幫助學(xué)生建立清晰的認(rèn)知思路，由此設(shè)置以下3個學(xué)生任務(wù)：（1）（觀察）通過展示濃硝酸實物以及打開瓶塞觀察到白霧等現(xiàn)象，總結(jié)硝酸的物理性質(zhì)（2）（預(yù)測）通過展示久置的濃硝酸會變黃的圖片，預(yù)測可能產(chǎn)生的物質(zhì)，并從得失電子守恒的角度完善化學(xué)方程式。（3）（應(yīng)用）硝酸保存的考量 任務(wù)2：從物質(zhì)類別的角度推測硝酸的化學(xué)性質(zhì) 電子元件加入硝酸后部分物質(zhì)會發(fā)生溶解，請大家從物質(zhì)類別的角度推測硝酸具有的化學(xué)性質(zhì)。硝酸是一種酸，作為酸的通性，它可以使指示劑變色、能與某些金屬氧化物反應(yīng)、能與某些鹽反應(yīng)、 與堿反應(yīng)、還能與金屬反應(yīng)，電子元件中的銅單質(zhì)就被硝酸溶解了，既然氫離子無法跟銅反應(yīng)、單獨硝酸根也無法氧化銅，那硝酸是是如何做到的呢？讓我們通過兩組創(chuàng)新實驗?zāi)M一下銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)。 任務(wù)3：從價態(tài)變化的角度推測硝酸的化學(xué)性質(zhì) 我們發(fā)現(xiàn)，濃、稀硝酸都能與不活潑的銅反應(yīng)，這是因為在酸性溶液中，NO3-遇到H+ 具有了強氧化性，所以可以通過①增強酸的氧化性實現(xiàn)不活潑金屬的溶解。硝酸的氧化性強弱與什么有關(guān)？沒錯，濃度。讓我們根據(jù)價態(tài)變化和現(xiàn)象推測并總結(jié)實驗。（觀察）銅與稀硝酸反應(yīng)緩慢,有少量氣泡產(chǎn)生，溶液變藍，證明有銅離子生成，無色氣體遇氧氣變成紅棕色，證明銅與稀硝酸常溫下緩慢反應(yīng)生成NO氣體。銅與濃硝酸反應(yīng)劇烈,有大量氣泡產(chǎn)生，溶液變綠，液面上產(chǎn)生紅棕色氣體，證明銅與濃硝酸常溫下劇烈反應(yīng)生成NO2氣體。根據(jù)得失電子守恒，可以配平化學(xué)方程式。能否根據(jù)還原產(chǎn)物的價態(tài)判斷硝酸的氧化性強弱？硝酸與金屬反應(yīng)過程中體現(xiàn)了什么性質(zhì)？濃硝酸反應(yīng)后溶液的顏色為何呈綠色呢？通過問題鏈層層遞進，認(rèn)識氧化性強弱的決定因素是反應(yīng)的難易程度，與金屬反應(yīng)過程中既有體現(xiàn)酸性，也體現(xiàn)硝酸的氧化性，最后通過猜想-實驗-驗證得出溶液變綠的原因。總結(jié)出硝酸的兩條主要性質(zhì)：1. 與金屬反應(yīng)，稀硝酸的還原產(chǎn)物是NO，濃硝酸的還原產(chǎn)物是NO2；2. Fe、Al在冷的濃HNO3中發(fā)生鈍化，但能和稀硝酸反應(yīng)。 設(shè)計意圖：觀察是化學(xué)實驗中最基礎(chǔ)的一個環(huán)節(jié)，通過觀察，使學(xué)生能夠更為直觀認(rèn)識硝酸的物理性質(zhì)，基于現(xiàn)象變黃可以很快地聯(lián)系二氧化氮的紅棕色，用已有的經(jīng)驗配平方程式，將性質(zhì)運用到實際保存，學(xué)以致用。學(xué)生通過分類方法認(rèn)識硝酸是一種酸，總結(jié)具有酸的通性。在考慮與金屬反應(yīng)時，從課堂開始的氫離子無法與金屬反應(yīng)推測硝酸根的存在使其具有強氧化性。由實驗出發(fā)建立金屬與硝酸反應(yīng)的完整體系，通過創(chuàng)新性實驗的設(shè)計，既保證一氧化氮轉(zhuǎn)化成二氧化氮的顏色變化能清晰辨認(rèn)，也能充分做好密閉、尾氣和廢液的吸收，體現(xiàn)了綠色化學(xué)的理念。 【環(huán)節(jié)二】 再議還原性 認(rèn)識溶金原理 活動性排在銀之后的鉑、金無法被濃硝酸氧化，那如何提取電子元件中的金單質(zhì)呢？科學(xué)家加了另一種試劑——濃鹽酸。濃鹽酸與濃硝酸按照體積比3:1的方式加入可以將金溶解，我們將這種混合體系叫做王水。王水如何與金反應(yīng)的呢？ 根據(jù)資料卡片顯示。反應(yīng)過程中，HCl電離出氯離子，Au3+與氯離子形成了難電離物質(zhì)，使金離子從Au表面脫離更容易，因此金單質(zhì)更容易被硝酸氧化了。所以我們也可以通過②增強金屬還原性的方法，實現(xiàn)不活潑金屬被氧化。既然濃硝酸具有強氧化性，它除了跟具有還原性的金屬能夠反應(yīng)，也能跟還原性稍弱的非金屬發(fā)生反應(yīng)。在加熱條件下非金屬單質(zhì)轉(zhuǎn)化為最高價氧化物或其含氧酸，硝酸轉(zhuǎn)化為NO2。除了單質(zhì)，像SO2、Fe2+、S2-、I-、SO32-等這些還原性物質(zhì)也能和濃、稀硝酸發(fā)生反應(yīng)。得到的含金溶液可以通過加入還原劑比如鋅等還原得到單質(zhì)，類似的，銅離子銀離子也能通過置換的方法還原出來。 任務(wù)4：從性質(zhì)的角度推測硝酸的用途 性質(zhì)決定用途，硝酸作為酸可以反應(yīng)成鹽，用來制作氮肥、制藥、合成染料等、還可以用來制備烈性炸藥、以及我們今天介紹過的與金屬反應(yīng)來冶煉金屬。 設(shè)計意圖：完成冶煉獎牌的整個過程，從本質(zhì)的角度能認(rèn)識王水的特殊性，由一般到特殊，全面總結(jié)硝酸的性質(zhì)。由性質(zhì)聯(lián)系用途，認(rèn)識到硝酸在生產(chǎn)生活中的重要作用，真正感受體會到氮元素作為一種重要的非金屬元素。 【環(huán)節(jié)三】 拓展提升 成果匯總 任務(wù)5：從工業(yè)生產(chǎn)角度探究金屬冶煉過程 利用硝酸冶煉金屬的過程中要考慮哪些問題呢？基于綠色化學(xué)理念，實際工業(yè)生產(chǎn)如何處理污染氣體？硝酸的濃度、應(yīng)從化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)試劑成本、綠色化學(xué)等如何考慮這些問題？請大家課后查閱資料，完成硝酸冶煉金屬分析項目化學(xué)習(xí)。 設(shè)計意圖：以項目化學(xué)習(xí)的方式課后完成《硝酸冶煉金屬分析及展望》的學(xué)習(xí)報告。以項目任務(wù)驅(qū)動學(xué)生整合、優(yōu)化學(xué)科知識。以真實情境為背景，以學(xué)生興趣為導(dǎo)向，以具有實際應(yīng)用價值的項目為主題，將所學(xué)知識、原理進行融合、應(yīng)用，通過判斷預(yù)測類問題、設(shè)計驗證類問題、分析評價類問題，任務(wù)驅(qū)動學(xué)生進行探究學(xué)習(xí)充分踐行核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的學(xué)習(xí)實踐，打破了知識之間的壁壘，實現(xiàn)了知識的結(jié)構(gòu)化。 【環(huán)節(jié)四】 總結(jié)提煉 模型建構(gòu) 本節(jié)課我們從類別、價態(tài)的角度介紹了硝酸的化學(xué)性質(zhì)，也從通性到特殊性認(rèn)識了硝酸的不穩(wěn)定性，性質(zhì)決定用途，了解了硝酸在生活生產(chǎn)中的重要作用。大家在今后學(xué)習(xí)非金屬元素對應(yīng)化合物時也可以采用以上的認(rèn)識思路。 設(shè)計意圖：從類別、價態(tài)角度認(rèn)識硝酸的性質(zhì)，由性質(zhì)到用途了解了硝酸在生活生產(chǎn)中的重要作用，建構(gòu)出非金屬元素化合物的一般認(rèn)識思路，為以后其他非金屬元素及其化合物的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

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