《氮的循環(huán)》公開課教學設計【高中化學必修1魯教版】

4/4《氮的循環(huán)》教學設計氮的循環(huán)（第3課時）教學目標教學目標【知識與能力目標】了解硝酸的物理性質(zhì)；掌握硝酸的強酸性、熱不穩(wěn)定性及強氧化性；掌握硝酸根離子的檢驗方法?！具^程與方法目標】熟練運用研究物質(zhì)性質(zhì)的一般方法：運用觀察法等研究物質(zhì)的物理性質(zhì)，運用實驗法探究物質(zhì)的化學性質(zhì)。培養(yǎng)動手實驗能力、歸納分析能力?！厩楦袘B(tài)度價值觀目標】通過實驗探究，提高學習化學的興趣；通過學習人類活動對自然界氮的循環(huán)及環(huán)境的影響，提高熱愛生活、熱愛化學的情感。教學重難點教學重難點【教學重點】硝酸的物理性質(zhì)化學性質(zhì)；硝酸根離子的檢驗?！窘虒W難點】硝酸的強氧化性；硝酸根離子的檢驗。課前準備課前準備多媒體課件等教學過程教學過程硝酸1．物理性質(zhì)純硝酸為無色、有刺激性氣味的液體，沸點低，易揮發(fā)，在空氣中呈“白霧”狀，質(zhì)量分數(shù)95%以上的濃硝酸稱為“發(fā)煙硝酸”。2．化學性質(zhì)(1)酸性：屬于強酸，具有酸的通性，如CaCO3與HNO3反應CaCO3＋2HNO3(稀)=Ca(NO3)2＋CO2↑＋H2O。(2)不穩(wěn)定性：見光或受熱易分解，4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。光照越強、溫度越高、硝酸越濃，越易分解。硝酸分解放出的NO2溶于其中而使硝酸呈黃色。(3)強氧化性：二、人類活動對氮循環(huán)和環(huán)境的影響1．含氮物質(zhì)的來源及其危害2．減少人類活動對氮循環(huán)和環(huán)境的影響措施(1)控制進入大氣、陸地和海洋的有害物質(zhì)的數(shù)量。(2)增強生態(tài)系統(tǒng)對有害物質(zhì)的吸收能力，如保護森林、植樹造林等。[重點剖析]硝酸是強氧化性酸，顯強氧化性的是最高價態(tài)＋5價氮元素，反應中N元素得到電子轉(zhuǎn)化為較低價態(tài)。1．硝酸與金屬反應硝酸與金屬反應無H2生成，通常情況下，濃硝酸與金屬反應生成的主要是NO2，稀HNO3與金屬反應生成的主要是NO。(1)硝酸與銅的反應：①Cu與濃HNO3反應的現(xiàn)象：反應劇烈，生成紅棕色氣體，溶液變藍。②Cu與稀HNO3反應的現(xiàn)象：反應較緩慢，放出無色氣體，然后又立即變?yōu)榧t棕色，溶液變藍。(2)硝酸與Fe、Al的反應：①Fe、Al等金屬在常溫下遇濃硝酸發(fā)生鈍化現(xiàn)象。鈍化有新物質(zhì)生成，是化學變化。②稀硝酸與鐵反應：反應物量的關系HNO3過量Fe過量恰好反應產(chǎn)物Fe(NO3)3Fe(NO3)2Fe(NO3)3或Fe(NO3)2或二者的混合物2.濃硝酸與非金屬反應(1)可將C、S、P等非金屬氧化成最高價氧化物或含氧酸。如S＋6HNO3(濃)eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())H2SO4＋6NO2↑＋2H2O。(2)一般只有濃HNO3在加熱時才與非金屬反應。3．硝酸與具有還原性的化合物反應硝酸可氧化具有還原性的化合物，如I－、Br－、SO2、Fe2＋、S2－、SOeq\o\al(2－,3)等。[特別提醒](1)硝酸與金屬反應時，一般既表現(xiàn)強氧化性，又表現(xiàn)酸性，參加反應的硝酸部分被還原，還有一部分仍以NOeq\o\al(－,3)形式存在。(2)濃硝酸與金屬反應的過程中，濃度逐漸減小，還原產(chǎn)物有可能是NO2和NO的混合物，最終溶液中仍有NOeq\o\al(－,3)。[典例印證][例題1]將紅熱的固體單質(zhì)甲投入黃色的溶液乙中，劇烈反應產(chǎn)生混合氣體A，A在常溫下不與空氣反應，根據(jù)下列變化填空：(1)甲是_________，乙是_________，丙是____________。(2)混合氣體A的主要成分是________。(3)氣體B是________，藍色溶液是________。(4)甲與乙反應的化學方程式是___________。[解析]氣體A與水反應后的溶液與單質(zhì)丙反應，生成氣體B和藍色溶液，可推知丙為Cu，A中含NO2，A與水反應生成HNO3，所以B為NO；氣體A與水反應后的氣體通過澄清石灰水得到NO和白色沉淀，聯(lián)想A是固體甲與黃色溶液乙反應得到的混合氣體，可推知甲為碳，乙為濃硝酸，A中含NO2、CO2。[答案](1)C濃硝酸Cu(2)CO2和NO2(3)NOCu(NO3)2溶液(4)C＋4HNO3(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O濃HNO3與碳反應生成CO2、NO2的混合氣體，將混合氣體先通入水中，再將氣體NO和CO2通入澄清石灰水會產(chǎn)生白色沉淀，但注意如果將CO2和NO2的混合氣體通入澄清石灰水不會產(chǎn)生白色沉淀。1．某興趣小組設計出如圖所示裝置來改進教材中“銅與硝酸反應”實驗，以探究化學實驗的綠色化。(1)實驗前，關閉活塞b，試管d中加水至浸沒長導管口，塞緊試管c和d的膠塞，加熱c，其目的是___________。(2)在d中加適量NaOH溶液，c中放一小塊銅片；由分液漏斗a向c中加入2mL的濃硝酸。c中反應的化學方程式是__________________。再由a向c中加2mL蒸餾水，c中的實驗現(xiàn)象是_________。(3)下表是制取硝酸銅的三種方案，能體現(xiàn)綠色化學理念的最佳方案是________，理由是_______。方案反應物甲Cu、濃硝酸乙Cu、稀硝酸丙Cu、O2、稀硝酸解析：(1)連接好一整套裝置，關閉分液漏斗活塞，把出氣導管液封，加熱發(fā)生裝置，顯然是檢驗裝置氣密性。(2)銅片與2mL濃硝酸反應的化學方程式為Cu＋4HNO3(濃)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，再加入2mL蒸餾水，硝酸濃度變稀，降低了反應物濃度使反應減慢，同時產(chǎn)物氣體由NO2變NO，故裝置中氣體顏色變淺。(3)從題表中制取硝酸銅的三種方案可以看出丙方案消耗反應物硝酸少(只起酸性作用)且不產(chǎn)生污染性氣體NO、NO2等，顯然是體現(xiàn)綠色化學的最佳方案。答案：(1)檢查裝置氣密性(2)Cu＋4HNO3(濃)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O反應變緩，氣體顏色變淡(3)丙耗酸量最少，無污染[重點剖析]1．一般分析(1)反應通式：M＋HNO3→M(NO3)n＋還原產(chǎn)物＋H2O。(2)還原產(chǎn)物：濃HNO3→NO2；稀HNO3→NO。(3)HNO3的物質(zhì)的量：①起氧化作用的HNO3轉(zhuǎn)化為氣體(NO、NO2)時，氣體的物質(zhì)的量等于被還原的酸的物質(zhì)的量。②起酸性作用的HNO3轉(zhuǎn)移到生成物的鹽中，可以根據(jù)金屬陽離子的物質(zhì)的量求出。③沒有參加反應的HNO3，可根據(jù)溶液中H＋的物質(zhì)的量求出。2．常見反應濃硝酸與Cu反應時，若Cu過量，反應開始時濃硝酸的還原產(chǎn)物為NO2，但隨著反應的進行，硝酸變稀，其還原產(chǎn)物將為NO，最終應得到NO2與NO的混合氣體，可利用守恒規(guī)律求解有關Cu、HNO3和混合氣體之間的量的關系，硝酸與其他金屬(過量)反應的情況與此類似。3．常用解題方法(1)原子守恒：n(HNO3)＝n(NOeq\o\al(－,3))＋n(還原產(chǎn)物中氮原子)。(2)電子守恒：硝酸與金屬反應屬于氧化還原反應，N原子得到的電子數(shù)等于金屬原子失去的電子數(shù)。(3)電荷守恒：Mn＋和H＋所帶正電荷總數(shù)等于NOeq\o\al(－,3)所帶負電荷總數(shù)。[特別提醒]過量的金屬與濃HNO3反應后，若向溶液中滴入稀H2SO4，引入的H＋與NOeq\o\al(－,3)能與剩余的金屬繼續(xù)反應。[典例印證][例題2]將7.68g銅與50mL一定濃度的硝酸恰好完全反應，產(chǎn)生的NO和NO2混合氣體在標準狀況下的體積為4.48L。請回答：(1)NO的體積為______L，NO2的體積為______L。(2)被還原的硝酸的物質(zhì)的量是________mol。(3)硝酸的物質(zhì)的量濃度是________mol·L－1。(4)欲使銅和硝酸產(chǎn)生的氣體收集于一倒置于水槽的容器中，當充入標準狀況下O2________L時，使水充滿容器。[解析]n(Cu)＝eq\f(7.68g,64g·mol－1)＝0.12mol，n(NO)＋n(NO2)＝eq\f(4.48L,22.4L·mol－1)＝0.2mol。(1)解法一：設n(NO2)＝xmol，則n(NO)＝(0.2－x)mol，Cueq\o(→,\s\up7(濃HNO3),\s\do5())2NO2↑3Cueq\o(→,\s\up7(稀HNO3),\s\do5())2NO↑eq\f(x,2)molxmoleq\f(3,2)(0.2－x)mol(0.2－x)mol得eq\f(x,2)＋eq\f(3,2)(0.2－x)＝0.12，解得x＝0.18mol，則V(NO2)＝0.18mol×22.4L·mol－1＝4.032L，V(NO)＝(0.2－0.18)mol×22.4L·mol－1＝0.448L。解法二：Cu～Cu2＋～2e－0.12mol0.24mole－HNO3～NO2↑～e－HNO3～NO↑～3e－n(NO2)n(NO2)n(NO)3n(NO)由得失電子守恒得：n(NO2)＋3n(NO)＝0.24又因n(NO2)＋n(NO)＝0.2解得n(NO2)＝0.18mol，n(NO)＝0.02mol，即V(NO2)＝4.032L，V(NO)＝0.448L。(2)HNO3被還原生成NO和NO2，故被還原的n(HNO3)＝n(NO2)＋n(NO)＝0.2mol。(3)故n(HNO3)＝2n(Cu)＋[n(NO)＋n(NO2)]＝2×0.12mol＋0.2mol＝0.44mol，則c(HNO3)＝eq\f(nHNO3,V)＝eq\f(0.44mol,0.05L)＝8.8mol·L－1。(4)充入O2后，水充滿容器，則O2將NO和NO2氧化又生成HNO3，其過程可表示為：HNO3NO＋NO2，兩個相反的過程得失電子數(shù)相等。即：2Cu～O2～4e－0．12mol0.06molV(O2)＝0.06mol×22.4L·mol－1＝1.344L。[答案](1)0.4484.032(2)0.2(3)8.8(4)1.344(1)濃HNO3與Cu反應，只要Cu足量，會產(chǎn)生NO2和NO混合氣體，作氧化劑的HNO3，一部分HNO3→NO2，另一部分HNO3→NO，由N原子守恒可知，被還原的n(HNO3)＝n(NO)＋n(NO2)。(2)NO＋NO2＋O2＋H2O→HNO3，電子轉(zhuǎn)移數(shù)目與Cu→Cu2＋轉(zhuǎn)移電子數(shù)目相等，所以由電子守恒將O2和Cu建立量的關系。2．9.7gCu和Zn的合金與足量的稀硝酸反應，還原產(chǎn)物只有NO氣體，其體積在標準狀況下為2.24L。將溶液稀釋為1L，測得溶液中的c(H＋)＝0.1mol·L－1，此時溶液中NOeq\o\al(－,3)的濃度為__________。解析：n(NO)＝0.1mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.