第3节 氮的循环 第3课时（教学设计）化学鲁科版2019必修第一册

第三节 氮的循环 第3课时 硝酸的性质及人类活动对氮循环和环境的影响 一、知识目标 1.了解硝酸的物理性质，掌握硝酸的不稳定性、强氧化性等化学性质。 2.理解硝酸与金属、非金属反应的规律和特点，能正确书写相关化学方程式。 3.解人类活动对氮循环和环境的影响，掌握酸雨的形成、危害及防治措施。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：通过观察硝酸的物理性质和化学反应现象，从微观角度理解硝酸的强氧化性本质。 2.证据推理与模型认知：通过对硝酸性质实验的分析和推理，建立硝酸性质的认知模型，理解硝酸与不同物质反应的规律。 3.科学探究与创新意识：通过对硝酸性质的实验探究，培养学生的实验操作能力和创新思维，提高学生解决实际问题的能力。 一、教学重点 1.硝酸的强氧化性。 2.人类活动对氮循环和环境的影响。 二、教学难点 1.硝酸与金属反应的规律及实质。 2. 酸雨的形成机制及防治措施。 本节教学内容源于鲁科版2019必修第一册第二章《物质的性质与转化》第三节《氮的循环》。硝酸作为氮元素的重要化合物，是高中化学的重要内容之一。它不仅在工农业生产和国防上有重要用途，也是氮元素化合物知识网络中的重要环节。通过对硝酸性质的学习，能加深学生对氮元素及其化合物知识体系的理解和掌握，同时也为后续学习其他元素化合物知识奠定基础。 教材首先通过实验探究引入硝酸的性质，激发学生的学习兴趣。然后依次介绍硝酸的物理性质、不稳定性、酸的通性以及强氧化性等内容。在介绍硝酸强氧化性时，通过实验现象和化学反应方程式，引导学生理解硝酸与金属、非金属反应的特点和规律。最后探讨人类活动对氮循环和环境的影响，如氮氧化物引起的光化学烟雾、酸雨等问题，培养学生的环保意识。 教学对象是初高中阶段的学生，经过之前的化学学习，他们已经掌握了一些基本的化学概念和理论，如酸的通性、氧化还原反应等知识，具备了一定的实验观察和分析能力。但对于硝酸这种具有强氧化性的特殊酸，他们的认识还比较模糊。 在思维方面，初高中学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，需要通过具体的实验现象和实例来帮助他们理解抽象的化学概念和原理。 在学习硝酸的性质时，学生可能会对硝酸与金属反应不生成氢气以及硝酸的强氧化性等内容感到困惑。同时，对于人类活动对氮循环和环境的影响，学生虽然在生活中有所听闻，但缺乏系统的认识和深入的理解。 因此，在教学过程中，教师应充分利用实验和多媒体等教学手段，引导学生观察实验现象、分析实验结果，帮助学生理解硝酸的性质和相关反应原理。同时，结合实际生活案例，让学生了解氮氧化物对环境的危害，增强学生的环保意识和社会责任感。 教学环节一 新课导入 【讲述故事】同学们，今天老师要给大家讲一个中医古籍里的有趣记载。在中医书籍《本草纲目拾遗》中提到了一种叫“强水”的东西，说“西洋人所造，性最猛烈，能蚀五金。王怡堂先生云∶其水至强，五金八石皆能穿漏，惟玻璃可盛。此水性猛烈，不可服食。西人凡画洋画，必须镂板于铜上者，先以笔画铜，或山水人物，以此水渍其间一昼夜，其渍处铜自烂，胜于雕刻”。这里说的“强水”其实就是我们今天要学习的硝酸。大家想一想，这硝酸到底有着怎样神奇的性质，居然能腐蚀金属，还能用来雕刻呢？ 【播放视频】播放波尔利用王水保护诺贝尔奖章的视频。从这些故事中我们可以看出，硝酸有着独特的性质和用途。那么硝酸到底有哪些性质呢？人类的活动又会对氮循环和环境产生怎样的影响呢？带着这些疑问，让我们一起走进今天的学习内容——硝酸的性质及人类活动对氮循环和环境的影响。 设计意图 1.激发学生兴趣：通过讲述中医古籍中关于“强水”的记载和玻尔巧藏金奖章的故事，能极大地激发学生的好奇心和求知欲，使他们对硝酸产生浓厚的兴趣，从而更积极地参与到课堂学习中来。 2.联系多领域知识：将化学知识与中医记载、历史故事相结合，拓宽了学生的知识面，让学生认识到化学在不同领域都有着重要的应用，增加了学习的趣味性和综合性。 3.自然导入新课：从故事中引出关于硝酸性质和人类活动对氮循环及环境影响的问题，自然地过渡到本节课的主题，让学生明确学习方向，带着问题去探索新知识，提高学习的主动性和积极性。 教学环节二 硝酸的性质 活动一：硝酸的物理性质 【引入】同学们，在化学的世界里，有很多神奇的物质，硝酸就是其中之一。在工业生产和实验室中，硝酸都有着广泛的应用。比如在制造化肥、炸药等方面，硝酸都发挥着重要作用。那硝酸到底有哪些性质呢？我们先来了解一下它的物理性质。 【问题】请同学们阅读教材相关内容，思考常用浓硝酸的质量分数范围是多少，质量分数 95%以上的浓硝酸有什么特殊名称？ 【学生回答】 常用浓硝酸质量分数为68％ - 70％，质量分数95%以上的浓硝酸称为“发烟硝酸”。 【问题】那这里的“雾”是怎么形成的呢？ 【学生回答】是硝酸与空气中的水形成的小液滴。 【讲解】同学们回答的很正确，硝酸是无色液体，有刺激性气味。硝酸易挥发，沸点较低，为 83°C，并且能与水以任意比互溶。 【问题】用硝酸钠固体和浓硫酸可以制取吗？请结合实验室制HCl的原理参考，反应方程式为：。 【学生回答】可以利用该反应制取硝酸，原理是高沸制低沸，硝酸在反应中以气体形式逸出，反应方程式为：。 设计意图 通过展示图片与阅读教材，让学生了解硝酸的物理性质。通过对比制取硝酸和的反应，加深学生对高沸制低沸原理的理解。 活动二：硝酸的不稳定性 【引入】同学们，我们在实验室中看到浓硝酸通常保存在棕色试剂瓶中，这是由于硝酸的不稳定性，接下面我们就来共同探究。 【问题】结合教材内容思考：①浓硝酸通常保存在棕色试剂瓶中，这是为什么？②久置的浓硝酸为什么呈黄色？③从化合价升降的角度预测另一种产物是什么？ 【学生回答】①浓硝酸受热或见光易分解，故通常保存在玻璃塞的棕色试剂瓶中，并放置在阴凉处。 ②久置的硝酸会久置的浓硝酸呈黄色是因为分解产生的溶解在硝酸中。③硝酸分解的化学方程式为： 4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O，从化合价升降角度可知另一种产物是。 设计意图 通过提出问题引导学生思考硝酸的不稳定性，培养学生的分析和推理能力。让学生理解硝酸保存的方法和原理。 活动三：预测硝酸的化学性质 【问题】请同学们从物质类别和氮元素的化合价两个角度，预测硝酸的化学性质。 【学生回答】硝酸是强酸，可以表现酸的通性，在水中完全电离：HNO3 = H++NO3-硝酸分子中氮元素为+5价，是氮元素的最高价态，所以可以表现出强氧化性。 【讲解】同学们回答的很正确，稀硝酸和浓硝酸都有强氧化性，浓硝酸的氧化性比稀硝酸强。 设计意图 引导学生预测硝酸的化学性质，培养学生的思考能力，并引出将要学习的内容。 活动四：硝酸表现的酸的通性 【引入】我们知道硝酸属于酸类物质，那它必然具有酸的一些通性。下面我们就从酸的通性角度来探究硝酸的化学性质。 【问题】酸的通性有哪些方面？ 【学生思考】①使指示剂变色；②与碱发生中和反应；③与碱性氧化物反应；④与某些盐反应；⑤与金属反应。 【讲解】同学们回答的很正确。展示硝酸与不同物质反应的化学方程式：；；；稀硝酸使紫色石蕊试剂变红，浓硝酸使紫色石蕊试剂先变红后褪色。 【问题】硝酸与金属反应是生成吗？ 【学生回答】由于硝酸的强氧化性，所以硝酸与金属反应一般不生成。 设计意图 通过回顾酸的通性，引导学生自主探究硝酸的化学性质，培养学生的知识迁移能力。让学生明确硝酸与金属反应的特点。 活动五：硝酸的强氧化性——与Cu的反应 【引入】首先我们来观看做铜与浓、稀硝酸反应的实验视频，请同学们仔细观察实验现象，结合教材思考这些现象背后所蕴含的化学原理。 【问题】铜与浓硝酸反应的现象是什么，有什么结论？ 【学生回答】铜与浓硝酸反应：反应剧烈，铜片溶解，溶液变为绿色，生成红棕色气体。铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成，化学方程式为。 【问题】铜与稀硝酸反应的现象是什么，有什么结论？ 【学生回答】铜与稀硝酸反应：反应慢，铜片溶解，溶液变为蓝色，生成无色气体，遇到空气变为红棕色。铜与稀硝酸反应：反应慢，铜片溶解，溶液变为蓝色，生成无色气体，遇到空气变为红棕色。 【讲解】稀硝酸和铜反应生成的无色气体遇到空气变为红棕色是因为。这两个反应体现了硝酸的氧化性和酸性。 【问题】足量的中加入少量的浓硝酸，可能会发生什么反应？ 【学生回答】一开始是铜与浓硝酸反应：。随着反应进行，硝酸由浓变稀，则发生：。 【问题】 反应停止后，如果在溶液中再加入足量盐酸，会出现什么情况? 【学生回答】反应停止后，溶液中存在，加入足量盐酸后，遇到后，会继续氧化铜。 【讲解】同学们回答的很好，硝酸的强氧化性的实质是在酸性（）条件下体现出来的。 设计意图 通过深入探究硝酸与铜的反应的过程，培养学生的逻辑思维能力和综合运用知识的能力，让学生更深入地理解硝酸的强氧化性。 活动六：硝酸的强氧化性——与Fe的反应 【引入】我们已经探究了铜与浓、稀硝酸的反应，那么铁与浓、稀硝酸反应又会有什么不同呢？接下来我们观看进行铁与浓、稀硝酸反应的实验视频，请同学们仔细观察并思考。 【问题】铁与稀硝酸和浓硝酸反应的现象分别是什么？有什么结论？ 【学生回答】铁与稀硝酸反应：铁片溶解，试管中有无色气体产生。铁与稀硝酸常温下缓慢反应生成NO 铁与浓硝酸反应：发生钝化。 【讲解】同学们观察的很细致，铁与稀硝酸常温下缓慢反应生成，化学方程式为，在常温下，浓硝酸能使表面形成致密的氧化膜而钝化，这体现了硝酸的氧化性，在常温下，浓硝酸(或浓硫酸)能使Fe、Al表面形成致密的氧化膜而钝化。 【问题】向稀硝酸中加入过量铁片会发生什么反应？ 【学生回答】Fe会继续与Fe3+发生归中反应，生成+2价铁：Fe3++Fe=2Fe2+ 【讲解】稀硝酸与铁反应，当铁过量时，化学方程为。 设计意图 通过观看实验视频探究铁与浓、稀硝酸的反应，进一步加深学生对硝酸与金属反应规律的理解，培养学生的对比分析能力。 活动七：硝酸与金属反应的规律 【问题】请同学们结合前面所学的铜、铁与浓、稀硝酸的反应，归纳总结硝酸与金属反应的规律。 【学生回答】 1.硝酸与金属反应不能生成氢气，硝酸浓度不同，其还原产物不同，一般情况下，浓硝酸被还原为，稀硝酸被还原为。 2.硝酸能与大多数金属(金、铂等除外)反应，将金属氧化为高价态金属的硝酸盐。在常温下，浓硝酸能使铁、铝钝化。 【讲解】很正确，热的浓硝酸可将非金属单质(碳、硫、磷等)氧化为最高价氧化物或最高价含氧酸，硝酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合物或离子，如SO2、FeO、Fe2＋、Br－、I－、S2－、SO32- 等均能被硝酸氧化。 设计意图 通过归纳总结，帮助学生梳理知识，形成系统的知识体系，提高学生的归纳总结能力和知识运用能力。 活动八：硝酸的强氧化性——与非金属的反应 【引入】硝酸不仅能与金属反应，还能与一些非金属反应。接下来我们来探究硝酸与非金属的反应。 【问题】结合教材内容，请同学们观察红热的木炭在浓硝酸中燃烧的实验现象，并思考反应的化学方程式。 【学生回答】实验现象：红热的木炭在浓硝酸中燃烧，产生红棕色气体。化学反应方程式：C + 4HNO3(浓)=4NO2↑ + CO2↑ + 2H2O。 【讲解】同学们回答的很好，硝酸与其他非金属（如、等）反应的化学方程式：S+6HNO3(浓)=6NO2↑ + H2SO4 +2H2O，P+5HNO3(浓)=5NO2↑+H3PO4+H2O。硝酸与非金属反应时表现出氧化性，生成最高价含氧酸。 设计意图 通过观看实验视频和讲解，让学生了解硝酸与非金属的反应，拓宽学生的知识面，培养学生的观察能力和知识迁移能力。 活动九：硝酸与浓硫酸的比较 【问题】填写以下浓硫酸与硝酸的比较的表格： 比较项目 浓硫酸 硝酸 稳定性 酸的通性 与反应 钝化现象 与反应 吸水性 脱水性 【学生回答】 比较项目 浓硫酸 硝酸 稳定性 稳定 不稳定 酸的通性 是 是 与反应 Cu + 2H2SO4(浓)CuSO4 + SO2↑ + 2H2O   钝化现象 使、钝化 使、钝化 与反应 2H2SO4(浓) + C2SO2↑ + CO2↑ + 2H2O   吸水性 有 无 脱水性 有 无 设计意图 通过对比浓硫酸和硝酸的性质，让学生更清晰地掌握它们的异同点，加深对两种酸的理解，提高学生的对比分析能力。 活动十：硝酸的用途 【图片展示】硝酸主要用于制造炸药、药品、肥料及日化用品等。 设计意图 让学生了解硝酸的用途，体会化学与生活、生产的紧密联系。 教学环节三 人类活动对氮循环和环境的影响 活动一： 氮氧化物的产生及对环境的影响 【引入】随着工业的发展和人类活动的增加，我们的环境面临着越来越多的问题。氮氧化物就是其中一种对环境有重要影响的物质。大家在生活中可能听说过雾霾、酸雨等环境问题，这些都和氮氧化物有着密切的关系。下面我们就来详细了解一下氮氧化物对环境的影响。 【问题】请同学们阅读教材中关于人类活动产生氮氧化物以及其对环境影响的内容，思考氮氧化物能造成哪些环境问题？ 【学生回答】 1.氮氧化物与碳氢化合物发生反应产生光化学烟雾。 2.氮氧化物是雾霾的主要成分之一。 3.工业废水和农业废水排放造成水体富营养化。 4.氮氧化物与水反应生成硝酸和亚硝酸，形成酸雨。 【讲解】评价、强调：同学们总结得很准确。光化学烟雾会危害人体健康和植物生长，雾霾影响空气质量和能见度，水体富营养化会导致水质恶化，酸雨会对土壤、森林、建筑物等造成严重危害。我们要重视这些环境问题，寻找解决办法。 设计意图 通过引导学生阅读和思考，让学生了解氮氧化物对环境的多方面影响，增强学生的环保意识。 活动二： 酸雨的危害及防治 【问题】请同学们阅读教材中关于酸雨的内容，回答以下问题：酸雨的定义是什么？酸雨是如何形成的？ 【学生回答】酸雨的定义：的雨水，正常雨水一般呈弱酸性，，是因为，而排放的酸性气体未经处理排放到空气中，会导致降雨酸性增强。酸雨的成因：①硫酸型酸雨：煤、石油等化石燃料的燃烧和某些含硫的金属矿物的冶炼，产生等。②硝酸型酸雨：汽车尾气以及硝酸工业废气等，产生。主要是大气中的与溶于水形成的。 【问题】酸雨有哪些危害？又该如何防治？ 【学生回答】酸雨的危害：1.导致地下水中重金属元素含量增加，污染水源。2.直接损伤农作物，破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化。3.加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。酸雨的防治：1.消除污染源，改变能源结构，开发利用清洁能源。2.对酸性物质的排放加以控制，控制汽车尾气排放，燃料脱硫处理，废气中二氧化硫回收利用。3.健全法律法规，严格规定污染物的排放标准，提高环境保护意识。 【讲解】同学们回答得很好。酸雨的形成是多种因素共同作用的结果，我们要从多个方面入手进行防治。清洁能源的开发利用是长远的解决办法，而对现有排放的控制和法律法规的健全也非常重要。 设计意图 通过系统学习酸雨的相关知识，让学生全面了解酸雨问题，培养学生运用知识解决实际环境问题的意识和能力。 活动三： 常见的环境污染 【讲解】同学们，以下是总结了常见的环境污染的表格，请大家认真观看。 环境污染 形成原因 主要危害 温室效应 大气中含量不断增加 全球变暖，冰川融化 酸雨 和氮氧化物的排放 土壤酸化，腐蚀建筑物 光化学烟雾 氮氧化物和碳氢化合物的排放 危害人体健康和植物生长 臭氧空洞 氮氧化物和氟氯代烃的排放 地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧 赤潮和水华 含磷洗衣粉的大量使用及废水的任意排放 使藻类过度繁殖，水质恶化，发生在海水中为赤潮，淡水中为水华 白色污染 聚乙烯塑料的大量使用、任意丢弃 破坏土壤结构和生态环境 设计意图 通过总结常见环境污染，让学生对各种环境问题有一个全面的认识，增强学生的环保责任感。 第三节 氮的循环 第3课时 硝酸的性质及人类活动对氮循环和环境的影响 一、硝酸的性质 1.物理性质 o常用浓硝酸质量分数：68％ - 70％ o发烟硝酸：质量分数95%以上 o颜色：无色；状态：液体；气味：刺激性；挥发性：易挥发；溶解性：与水任意比互溶 2.化学性质 o不稳定性：(4HNO₃ 4NO₂↑＋O₂↑＋2H₂O) o酸的通性 使指示剂变色 与碱反应：(HNO₃ + NaOH = NaNO₃ + H₂O) 与碱性氧化物反应：(2HNO₃ + CuO = Cu(NO₃)₂ + H₂O) 与某些盐反应：(2HNO₃ + Na₂CO₃ = 2NaNO₃ + H₂O + CO₂↑) o强氧化性 与金属反应 (Cu + 4HNO₃(浓)= Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O) (3Cu + 8HNO₃(稀)= 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O) 与非金属反应 (C + 4HNO₃(浓)= 4NO₂↑ + CO₂↑ + 2H₂O) 3.用途 2、 人类活动对氮循环和环境的影响 1.氮氧化物引起的环境问题 o光化学烟雾 o雾霾 o水体富营养化 o酸雨 2.酸雨 o定义：pH＜5.6的雨水 o成因：SO₂和NOₓ溶于水 o危害：污染水源、损伤农作物、腐蚀建筑物等 o防治：消除污染源、控制排放、健全法规等 1.关于硝酸的说法中正确的是（D） A. 硝酸电离出的H⁺，能被Zn还原成H₂ B. 常温下，向浓HNO₃中投入Fe片，会产生大量的红棕色气体 C. 王水是浓硝酸和浓盐酸体积比为3∶1的混合物，能溶解金和铂 D. 浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂 2.已知：2Fe + 3Br₂ = 2FeBr₃，2Fe³⁺ + 2I⁻ = 2Fe²⁺ + I₂，3Fe²⁺ + NO₃⁻ + 4H⁺ = 3Fe³⁺ + NO↑ + 2H₂O，现将Fe(NO₃)₂溶液分别滴入到以下溶液中：①H₂SO₄；②HNO₃；③溴水；④碘水。其中能使Fe²⁺转变成Fe³⁺的是（B） A. 只有②③ B. ①②③ C. ②③④ D. 全部 3.将1.92 g铜粉与一定量的浓硝酸反应，当铜粉完全反应时收集到气体1.12 L(标准状况下)。则所消耗硝酸的物质的量是(B) A. 0.12 mol B. 0.11 mol C. 0.09 mol D. 0.08 mol 在本次教学中，通过引入历史记载和实际案例进行新课导入，有效激发了学生的学习兴趣。在讲解硝酸性质时，借助实验现象和化学反应方程式，让学生较好地理解了硝酸的物理和化学性质。但在教学过程中，发现部分学生对硝酸强氧化性的实质理解存在困难，后续应加强这方面的讲解和练习。在讲解人类活动对氮循环和环境的影响时，学生表现出较高的关注度，但对于一些环境问题的防治措施理解不够深入，后续可结合实际案例进一步探讨。总体而言，本次教学基本达成教学目标，但在教学方法和内容深度上仍需改进。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$