第五章 第二节 氮及其化合物 ：铜与硝酸反应一体化实验 教学设计 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

人教版高中化学必修二第五章第二节《氮及其化合物》：铜与硝酸反应一体化实验 一、使用教材 人教版高中化学必修二（2019版），第五章第二节《氮及其化合物》。 二、实验器材 （1）仪器：20mL注射器1支 10mL注射器2支 5mL注射器1支 三通阀1个 橡皮塞 5cm输液管(用于连接三通阀和注射器2） 导管 气球（PVC材质） （2）药品：浓硝酸 铜片 氢氧化钠溶液 三、教学背景 （一）课标要求 铜与硝酸的反应以及氮氧化合物的性质是高中化学的重要内容，2020修订版新课程标准明确提出建议用实验及探究活动来认识浓、稀硝酸的性质以及氮氧化合物的性质和转化。由于铜与硝酸反应会生成有毒的二氧化氮或一氧化氮气体，使本实验在高中难以开展。 图1 铜与浓、稀硝酸反应（2019年版） 在现行的人教版教材中没有设置实验内容，而在2019年新人教版的教材当中设置有演示实验。如图1所示，实验内容为在具支试管中加浓硝酸和铜丝反应，用氢氧化钠溶液作尾气处理。该实验不能得到较纯净的二氧化氮气体，实验完成后具支试管中会残留二氧化氮气体并难以处理，有较大的污染性，且不能一体化的探究铜与浓硝酸和稀硝酸的性质。 （二）学情分析 经过前面的学习学生已经知道铜与浓、稀硝酸反应的原理以及二氧化氮和水反应，一氧化氮和氧气反应的原理，但是学生普遍缺乏动手能力，缺乏创新思维。 （三）教学目标 通过改进实验达成以下三个目标。首先科学探究与创新意识，通过对实验进行改进和创新，提高学生设计实验的能力和实验创新能力，发展学生核心素养。其次宏观辨识和微观探析，实验中让学生通过现象思考其微观本质，从而加深对知识的理解。最后科学态度和社会责任，通过设计封闭式的实验装置并且增加尾气处理环节，实现安全环保无污染的目标。 四、内容和方法 （一）实验内容 本实验内容包括以下四个方面。铜与浓硝酸的反应，二氧化氮气体和水的反应，铜与稀硝酸的反应以及一氧化氮和氧气的反应。这四个实验都是在这一个实验装置中完成的，实现了一体化。 （二）实验方法 图2 实验装置图 首先在注射器1里面加入铜丝，在注射器2中加入1ml浓硝酸，注射器3加入蒸馏水。将浓硝酸压入注射器1，使铜和浓硝酸反应产生二氧化氮气体。反应后又把剩余的液体吸回，然后把水压进去，让二氧化氮和水发生反应生成硝酸和一氧化氮。产生的稀硝酸和铜片会继续反应。取下注射器2，拉动注射器1活塞吸取空气，一氧化氮和氧气反应产生红棕色的二氧化氮。最后用转接头连接三通阀，通入氢氧化钠溶液作尾气处理。在本实验中会用到三通阀，三通阀是医疗上常用的部件。通过调节方向，它可以控制反应物质之间的反应，也可以保证在气体不漏气的情况下添加药品。它非常适合有有害气体参与的实验。 （三）实验的创新点 本着实验为教学服务的原则，改进后的实验巧妙的采用了注射器和三通阀，使装置绿色化，零污染；实验操作更加简单，现象更加明显；反应可控，可多次试验。 五、教学过程 首先提出问题，引出我们的教学内容。然后让学生发表自己的意见，进行自主探究。最后优化实验方案，进行科学检验。 1.检查装置的气密性。连接注射器1和注射器2，推动注射器1活塞，发现活塞后退并保持不变。然后连接注射器2和注射器3，压入空气，发现活塞后退，证明气密性良好。 2.铜与浓硝酸反应。旋转三通阀，连接注射器1和2，将吸取的浓硝酸压入到注射器1，铜与浓硝酸迅速反应产生红棕色二氧化氮，活塞上升。产生了适量气体后，拉动注射器2的活塞，将剩余液体吸回。旋转三通阀关闭注射器1，得到红棕色二氧化氮气体。 3.二氧化氮与水反应，铜与稀硝酸反应。旋转三通阀连接注射器2和注射器1，将蒸馏水压入到大注射器中，轻轻震荡，发现红棕色气体消失，并且铜片表面有气泡产生。 4.一氧化氮与氧气反应。取下注射器2，拉动注射器1的活塞吸入空气，发现气体又变成红棕色。 5.尾气处理。将转接头连接三通阀，通入装有氢氧化钠溶液的烧杯，将注射器1中的气体，注射器3中的溶液压入氢氧化钠溶液中。 六、教学反思 通过本一体化实验的改进得到以下的优点。第一实验器材简单并且容易实现。第二节约药品现象明显。第三本实验在密封的环境中进行没有任何污染。第四能够一体化综合4个实验。同时进行了铜与浓硝酸、铜与稀硝酸、二氧化氮和水、一氧化氮和氧气的反应，最后进行了尾气处理，操作简单综合性强。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$