高中化學(xué)選修化學(xué)與技術(shù)氨氧化法制硝酸教學(xué)設(shè)計

高中化學(xué)選修化學(xué)與技術(shù)

1.1氨氧化法制硝酸教學(xué)設(shè)計

教學(xué)目標

■課標要求

1.了解我國基本化工的生產(chǎn)資源、基本化工產(chǎn)品的主要種類和發(fā)展狀況。

2.認識催化劑的研制對促進化學(xué)工業(yè)發(fā)展的重大意義。

?課標解讀

1.了解氨氧化法制硝酸的工藝流程。

2.明確氨催化氧化制硝酸的原理。

3.掌握在實驗室中制備硝酸的方法和操作。

?教學(xué)地位

硝酸是化工生產(chǎn)中的重要原料，氨氧化法制硝酸的模擬實驗流程及操作方法

是高考的高頻考點，尤其是氮的循環(huán)對生活、生產(chǎn)的影響為高考的熱點。

教學(xué)設(shè)計

?新課導(dǎo)入建議

1908年，德國化學(xué)家哈伯首先在實驗室用氫氣和氮氣在600℃、200個大

氣壓的條件下合成了氨。后由布什提高了產(chǎn)率，完成了工業(yè)化設(shè)計，建立了年產(chǎn)

1000噸氨的生產(chǎn)裝置，1000噸氨氣利用氨氧化法可生產(chǎn)3000噸硝酸，利用

這些硝酸可制造3500噸烈性TNTo這些烈性TNT支持了德國發(fā)動了堅持四個多

年頭的第一次世界大戰(zhàn)。你知道工業(yè)上是如何制備硝酸的嗎？

?教學(xué)流程設(shè)計

課前預(yù)習(xí)安排：看教材P12—16,填寫［課前自主導(dǎo)學(xué)］,并完成［思考交流］。今

步驟1：導(dǎo)入新課，本課時教學(xué)地位分析。炒驟2：建議對［思考交流］多提問，

反饋學(xué)生預(yù)習(xí)效果。等驟3：師生互動完成探究1,可利用［問題導(dǎo)思］作為主線。

步驟7：通過［例2］講解研析，對''探究2、尾氣的凈化處理〃中注意的問題進行

總結(jié)。仁步驟6：師生互動完成''探究2"。仁步驟5：指導(dǎo)學(xué)生自主完成［變式訓(xùn)

練1］和［當堂雙基達標口?4題。仁步驟4：通過［例1］的講解研析，對''探究1、

硝酸的工業(yè)制法”中注意的問題進行總結(jié)。步驟8：指導(dǎo)學(xué)生自主完成［變式訓(xùn)練

2］和［當堂雙基達標］中的第5題。炒驟9：引導(dǎo)學(xué)生自主總結(jié)本課時知識框架,

然后對照［課堂小結(jié)］。安排學(xué)生課下完成［課后知能檢測］。

課標解讀重點難點

1.理解氨氧化法制硝酸的反應(yīng)原理，

并能利用反應(yīng)原理說明如何制得一

1.氨氧化法制硝酸的反應(yīng)方程式。

氧化氮和選擇吸收二氧化氮的條件。

（重點）

2.了解氨氧化法制硝酸過程中的尾

2.硝酸生產(chǎn)過程中NO的獲得和N02

氣對環(huán)境的危害及其處理方法，樹立

的吸收。（重難點）

環(huán)保意識。

3.氨氧化法制硝酸模擬實驗流程及

3.進一步認識催化劑在化工生產(chǎn)中

操作方法。（難點）

的重要作用，體會實驗室研究與工業(yè)

生產(chǎn)的關(guān)系。

課前導(dǎo)學(xué)

氨氧化法制硝酸

0202H20

1.制備流程：NH3——>N0——>NOg——>HN03O

2.反應(yīng)原理：

催化劑

4NH3+5024N0+6H2。、2N0+02=2N02>3N02+H20=2HN03+N0o

高溫

思考交流

1.氨氧化法制硝酸過程中，發(fā)生氧化反應(yīng)的含氮物質(zhì)有哪些？

【提示】NH”NO.NO,中氮元素化合價升高，均發(fā)生氧化反應(yīng)。

氨氧化法制硝酸的模擬實驗

氨氧化法制硝酸的模擬實驗

A.氨水(濃氨水：水=1.5：1)B.催化劑(CoOj

C.干燥劑(無水氯化鈣)D.氧化瓶

E.吸收瓶(水、石蕊溶液)F.NaOH

1.操作：先加熱硬質(zhì)試管中的催化劑,再把空氣緩緩地、均勻地鼓入氨水

中，待催化劑開始紅熱時,撤走酒精燈。

2.思考

(1)氧化瓶D中的現(xiàn)象：瓶內(nèi)變成紅棕色。

(2)寫出E中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式：

3N02+H20=2HN03+N0O

(3)F的作用是吸收未反應(yīng)的NO、NO?氣體。

思考交流

2.試通過模擬實驗分析氨氧化反應(yīng)的熱效應(yīng)。

【提示】待催化劑紅熱時，撤走酒精燈，利用反應(yīng)釋放的熱量維持反應(yīng)的繼續(xù)進

行，說明氨氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

硝酸的工業(yè)制取

1.如何獲得一氧化氮

氨氣與反應(yīng)可生成多種不同的產(chǎn)物，如刈、若不控制反應(yīng)

(1)N2O,N2,

條件，只會生成氮氣。

(2)科學(xué)家通過研究，找到了選擇NO并加快反應(yīng)速率的催化劑，主要包括

柏系催化劑和非任系催化劑兩類。

2.選擇吸收二氧化氮的條件

(1)吸收NO?的反應(yīng)為：3N02+H20=2HN03+N0O

(2)吸收NO,反應(yīng)的特點：①可逆反應(yīng)；②放熱反應(yīng)；③氣體總體積縮小的

反應(yīng)。

(3)吸收N0?的方法：欲使原料利用充分，得到的硝酸的濃度增大，可采取

加壓、降溫的方法,現(xiàn)代硝酸生產(chǎn)改用全壓法和綜合法,成品酸中HNOs的質(zhì)量

分數(shù)可達60%?70%,提高了NO?的吸收率。

3.常壓法生產(chǎn)硝酸尾氣的處理

(1)堿液吸收法：2N0z+Na2c03=NaN03+NaN02+C0z。

(2)催化還原法：如用乩、CH,等在催化劑作用下與氮的氧化物反應(yīng)。

思考交流

3.溫度和壓強對氣體的溶解性產(chǎn)生哪些影響？

【提示】溫度越高，氣體的溶解性越差，反之越強；壓強越大，氣體的溶解性越

強，反之越差。

課堂互動

【問題導(dǎo)思】

硝酸的工業(yè)制法

①工業(yè)制硝酸的原料是什么？

【提示】氨氣和空氣。

②如何獲得一氧化氮？

Pt

【提示】4NH3+502^=4N0+6H,00

高溫

③吸收NO?的方法是什么?

【提示】全壓法和綜合法。

1.工業(yè)制硝酸的原料：ML和空氣。

0202H20

2.反應(yīng)流程：NH3——>N0——>N02——>HN03O

3.反應(yīng)設(shè)備：氧化爐、吸收塔、蒸儲塔。

4.工藝流程

甲--------1申軍哪g(琳劑)

她血——也豳―......

HNO?

5.相關(guān)反應(yīng)

催化劑

4NH3+5024N0+6H20

高溫

2N0+02=2N02

3N02+H20=2HN03+N0

溫馨提醒

1.Mg(NO.,)2具有脫水作用，可用于提高HN03的質(zhì)量分數(shù)。

2.在工業(yè)制HN03過程中，注意勒?夏特列原理的應(yīng)用。

例1.把燒紅了的伯絲插入盛有濃氨水的錐形瓶中，可觀察到下列現(xiàn)象：①液面

上的伯絲保持紅熱；②瓶內(nèi)有紅棕色氣體產(chǎn)生；③有時瓶口有白煙出現(xiàn)。請用必

要的文字和有關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式解釋上述現(xiàn)象。

【解析】氨與氧氣在有催化劑存在時可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)方程式為4NH3

催化劑

+5024N0+6H。反應(yīng)是放熱的，因此可觀察到燒紅的伯絲保持紅熱狀態(tài)。

高溫

生成的NO容易與02繼續(xù)反應(yīng)生成紅棕色的NO?氣體：2N0+02=2N02ONO2氣體遇

水蒸氣則發(fā)生反應(yīng)3NO2+H2O=2HNO3+NO,生成的HNO3是揮發(fā)性酸，可與氨水揮

發(fā)出的NHs化合產(chǎn)生白煙NH4N03,反應(yīng)方程式為NH3+HN03=NH4N03O

【答案】氨水易揮發(fā)，瓶內(nèi)充滿NL和的混合氣體，當紅熱的伯絲插入時，由

催化齊U

于發(fā)生下列反應(yīng)：4NH3+5O24N0+6H2。而放出大量的熱，致使伯絲保持紅

高溫

熱。生成的NO可繼續(xù)和反應(yīng)生成紅棕色的NO2,反應(yīng)方程式為2NO+O2=2NO2,

而NO?能與水蒸氣反應(yīng)：3NO2+H2O=2HNC)3+NO,生成的揮發(fā)性酸HNO3遇NH3則產(chǎn)

生白煙NH4N03,化學(xué)反應(yīng)方程式為NH3+HN03=NH4N03O

易錯警鐘

NH3遇HN03產(chǎn)生白煙（固體顆粒），易誤寫為白霧（液體小液滴）。

變式訓(xùn)練

1.工業(yè)上用氨的催化氧化法制HNOs時，先制得50%左右的硝酸，然后再制

成98強的濃HN03,一般采用的方法是（）

A.加CaCL后再蒸儲濃縮

B.加生石灰吸去水分后再過濾

C.加硝酸鎂后再蒸儲濃縮

D.加入濃HAO」后再分液

【解析】以硝酸鎂做脫水劑，將濃硝酸鎂溶液與稀硝酸按一定比例混合進行蒸儲。

由于硝酸鎂具有脫水作用，因此可蒸出HNOs含量較高的硝酸蒸氣。將硝酸蒸氣

再進行精儲，即可得到HN0,的質(zhì)量分數(shù)為98%以上的硝酸蒸氣，冷凝即得濃硝酸。

【答案】C

【問題導(dǎo)思】尾氣的凈化和處理

①硝酸工業(yè)中尾氣的有害成分是什么？

【提示】NO、NO,等含氮氧化物。

②處理硝酸工業(yè)尾氣常用什么方法？

【提示】堿液吸收法和催化還原法。

③處理硝酸工業(yè)尾氣常用的原料是什么？

【提示】純堿溶液或甲烷、氫氣等。

1.堿液吸收法

2N02+Na2C03=NaN02+NaN03+C02,N0+N02+Na2C03=2NaN02+C02

利用碳酸鈉溶液吸收氮的氧化物比較經(jīng)濟，但處理后的尾氣中氮的氧化物的

含量仍難以達到排放標準，人們又采用催化還原法凈化尾氣。

2.催化還原法

H2+NO2=NO+H2O

2H2+2N0=N2+2H20

CH4+4N02=4N0+C02+2H20

CH4+4N0=2N2+C02+2H20

在催化劑存在的條件下，利用各種燃料氣中的甲烷、氫氣等將氮的氧化物還

原為氮氣和水，使尾氣中氮的氧化物的含量降低，達到甚至低于排放標準。

例2.在硝酸生產(chǎn)過程所排放出來的廢氣中含有NO和N02,它們污染環(huán)境,

現(xiàn)用氨催化還原法將它們轉(zhuǎn)化為無毒氣體（填名稱）____________直接排入空氣

中，寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。

假設(shè)NO和N0?的物質(zhì)的量之比恰好為1：1,則兩者的混合物相當于一種酸

酎，寫出用燒堿溶液吸收這種酸酎的化學(xué)方程式

【解析】硝酸的酸酎是N2O5,和NaOH反應(yīng)生成NaNOs,亞硝酸的酸酎是N2O3,和

NaOH反應(yīng)生成NaN02o

催化齊U

【答案】氮氣6N0+4NH351+6壓0、6N02+8NH3=7N2+12H20N203+

△

2Na0H=2NaN02+H20

變式訓(xùn)練

2.汽車尾氣中的煌類、CO、NO,和SO?是城市空氣的重要污染源，治理方法

之一是在汽車排氣管上加裝“催化轉(zhuǎn)化器”，它使CO和NO,反應(yīng)可生成參與大

氣循環(huán)的無毒氣體，并使燃類充分燃燒及S02轉(zhuǎn)化，下列說法錯誤的是（）

催化劑

A.CO和NO.,反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2AC0+2N0.,2筑02+岫

B.此方法的缺點是由于SOs增多，會提高空氣的酸度

C.多植樹造林，增大綠化面積，可有效控制城市空氣的各種污染源

D.汽車改用天然氣、液化氣燃料或開發(fā)新能源，都會減少對空氣的污染

【解析】由CO、NO,反應(yīng)生成參與大氣循環(huán)的無毒氣體及原子守恒得出，A正確;

由SO?的轉(zhuǎn)化（在空氣中）知道應(yīng)生成SO3,SO3結(jié)合空氣中的水蒸氣生成硫酸酸霧,

提高了空氣的酸度，B正確；植樹造林能凈化空氣但不能控制污染源，C錯誤；

天然氣、液化氣是潔凈燃料，D正確。

【答案】c

【教師備課資源】

玻爾巧藏諾貝爾金質(zhì)獎?wù)?/p>

第二次世界大戰(zhàn)中，玻爾被迫離開將要被德國占領(lǐng)的祖國。他將諾貝爾金質(zhì)

獎?wù)氯芙庠谝环N溶液里，裝于玻璃瓶中。后來，納粹分子竄進玻爾的住宅，那瓶

溶有獎?wù)碌娜芤壕驮谘燮さ紫?，他們卻一無所知。那么，玻爾是用什么溶液使金

質(zhì)獎?wù)氯芙獾哪?？他用的溶液叫王水，是濃硝酸和濃鹽酸按1：3的體積比配制

成的混合溶液。王水的氧化能力比硝酸強，不溶于硝酸的金，卻可以溶解在王水

中。

例.氮是蛋白質(zhì)的基本組成元素之一，所以生物體均含氮元素，氮循環(huán)涉及生物

圈的全部領(lǐng)域，以下關(guān)于氮被生物體吸收的途徑敘述正確的是（）

①氮在大氣中含量高達78%,可被生物體直接利用

②通過雷雨放電等一系列反應(yīng)可將空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，而被植

物吸收

③所有植物都具有生物固氮作用，其根部根瘤菌可使氮氣轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}，而

被植物吸收

④動物以植物為食而獲得氮并轉(zhuǎn)化為動物蛋白

⑤動物死亡后，其遺骸中的蛋白質(zhì)被微生物分解成NH：、NOT、NH3,又回到

土壤和水體中，被植物再次吸收

A.①⑤B.④⑤

C.②④⑤D.③④

【答案】C

1.工業(yè)制HNC）3的3個反應(yīng)：

催化劑

4NH3+5024N0+6H20

高溫

2N0+02=2N02

3N02+H20=2HN03+N0

2.處理硝酸工業(yè)尾氣的2種方法:

（1）堿液吸收法；（2）催化還原法。

當堂達標

1.下列過程：①豆科植物根瘤菌將1轉(zhuǎn)化為氮肥；②雷雨時雨水中存在一

定量硝酸;③工業(yè)上將N合成氨;④用氨氧化法制硝酸，其中屬于固氮的是（）

A.①②③B.②③④

C.①③④D.①②③④

【解析】將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)變成含氮化合物的過程叫固氮。

【答案】A

2.硝酸工業(yè)中，不涉及的反應(yīng)是（）

催化劑

A.4NH3+5024N0+6H20

高溫

B.3N02+H20=2HN03+N0

C.NH3+HNO3=NH4NO3

D.2N02+Na2CO3=NaNO2+NaNO3+C02

【解析】工業(yè)制硝酸過程中，涉及A、B兩項反應(yīng)；尾氣處理過程中涉及D反應(yīng)。

【答案】C

3.下列有關(guān)氨氧化法制硝酸的說法不正確的是（）

A.氨氧化法制硝酸關(guān)鍵的一步是尋找催化劑使NH,轉(zhuǎn)化為NO的產(chǎn)率增大

B.由3NO2+H2O=2HNO3+NO可知整個生產(chǎn)過程中，從理論上說消耗1molNL

2

僅生成司molHNO3

C.全壓法吸收NO?比常壓吸收N02得到的HN03溶液的濃度大

D.工業(yè)上用Mg（N（X）2做脫水劑由60%?70%的HN03溶液獲得95%?100%的濃

硝酸

【解析】由于NL與Oz反應(yīng)生成NO、N?、NO的速率均很大，工業(yè)上就采用催化

劑，利用它的選擇性，增大NH,生成N0的速率，來提高N0的產(chǎn)率。分析整個過

程，從理論上說，由于充入了過量的使得反應(yīng)循環(huán)進行，1molNH3能生成