5.2 氮及其化合物 教学设计 2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

第二节 氮及其化合物 课程：高中化学 教材：高中化学人教版（2019）必修第二册 章节：第二节 氮及其化合物 教材分析 氮气与氮的固定这一节在高中化学中起着承上启下的作用，既是对元素周期律和化学键知识的具体应用，又为后续学习硝酸工业制备、环境保护等实际问题奠定基础。学完元素周期表和化学反应原理后，学生通过本节内容从氮气的分子结构三键稳定性出发，理解其惰性本质，再结合高温、放电等条件下的反应，建立起“结构决定性质”的化学思维。教材先介绍氮气性质，再引入自然固氮与人工固氮的概念，然后依次展开NO、NO₂的性质及转化，再过渡到氨的喷泉实验和实验室制法，最后落脚于硝酸的氧化性和酸雨防治，逻辑层层递进。教材通过实验图示如图5-11喷泉实验、图5-14铜与硝酸反应等直观呈现现象，帮助学生建立宏观与微观的联系。学生常在氨水碱性来源的理解上遇到困难，误认为氨气本身显碱性，也容易混淆浓稀硝酸与铜反应的产物，需通过对比实验强化记忆。 学情分析 学生已经学习了原子结构、元素周期律以及常见非金属元素如氧、硫的基本性质，对共价键和化学反应中的能量变化有初步认识，这为理解氮气分子中N≡N三键的稳定性及其在高温、放电条件下发生反应提供了基础。同时，学生通过生物学课程了解了蛋白质和氮在生命活动中的作用，能联系氮在自然界中的存在形式。但学生在面对氮的固定、氮氧化物转化等多步反应过程时，容易混淆反应条件与产物之间的关系，尤其对等可逆反应的条件控制理解不深。氨的喷泉实验和硝酸与铜反应的现象分析需要较强的综合推理能力，而学生往往难以将气体溶解性、溶液酸碱性与离子平衡（如）联系起来，对实验设计原理和工业应用（如氨氧化制硝酸）的理解仍存在断层，需加强从宏观现象到微观本质的思维建构。 教学目标 知识目标 1. 通过学习教材内容，能准确解释氮气的化学性质及氮的固定概念，分析相关化学反应方程式。 2. 依据教材知识，掌握氨、铵盐、硝酸的性质及实验室制取氨的方法，能概括其主要特点及反应原理。 核心素养 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观上认识氮气、氨、硝酸等物质的物理性质及化学反应现象，从微观上理解其分子结构、化学键对化学性质的影响。 2. 科学探究与创新意识：通过教材中的实验如二氧化氮溶于水实验、氨的喷泉实验等，学会有序观察实验现象，尝试对实验结果进行分析、创新改进实验方法。 3. 科学态度与社会责任：了解酸雨的形成及危害，认识到化学物质合理利用及工业废气处理的重要性，培养科学对待化学与环境关系的态度及社会责任感。 重点难点 教学重点 1. 通过分子结构分析理解氮气的稳定性及其化学性质 2. 根据氮的固定概念区分自然固氮与人工固氮方式 3. 通过喷泉实验现象掌握氨极易溶于水及水溶液呈碱性 教学难点 1. 从微观角度理解N≡N三键断裂需要高能量的原因 2. 综合运用氨的还原性分析催化氧化反应过程 3. 理解浓、稀硝酸与金属反应产物不同的条件差异 课堂导入 【教师活动】 同学们，你们有没有注意过雷雨过后，空气会变得格外清新，甚至还能闻到一丝“泥土的香味”？其实，这背后隐藏着大自然神奇的化学魔法！ 【教师活动】 你知道吗？在闪电的高温高压下，空气中的氮气和氧气竟然能结合，生成一种无色气体，它进一步转化后能为植物提供重要的营养。那么，氮气平时为什么不容易反应？它还能变成哪些对人类有用的物质呢？ 【教师活动】 今天，就让我们一起走进氮气与氮的化合物的世界，去探索它的奥秘。 氮气与氮的固定 探究新知 创设情境 在现代农业中，氮肥的使用极大地提高了粮食产量，但氮气作为空气中含量最多的气体，却不能被大多数植物直接吸收利用。这是为什么呢？原来，氮气分子内部存在一种非常稳定的结构，使得它在常温常压下难以参与化学反应。大自然通过闪电放电或豆科植物根瘤菌的作用，才能将氮气转化为植物可吸收的化合物。那么，氮气到底具有怎样的结构和性质？它又是如何实现从游离态到化合态的转化的呢？让我们一起来揭开氮气的神秘面纱。 师生互动与教师引导过程 问题1 · 教师引导：刚才我们提到氮气在空气中含量最多，却不能被植物直接吸收，这是因为它非常稳定。请同学们思考：氮气分子为什么如此稳定？ · 学生回答：因为氮原子之间形成了共价三键，键能很高，不容易断裂。 · 参考答案：氮原子最外层有5个电子，两个氮原子通过共用三对电子形成N≡N共价三键，键能大，结构稳定，因此氮气化学性质不活泼。 · 教师点评并讲解：很好！正是因为N≡N键能大，所以氮气在常温下很难与其他物质反应。那么在什么条件下，氮气才能参与反应呢？我们继续探究。 问题2 · 教师引导：在高温或放电条件下，氮气可以与镁、氧气、氢气等反应。例如，氮气与氧气在放电条件下生成一氧化氮，请写出该反应的化学方程式。 · 学生回答：N₂ + O₂ ⇌ 2NO · 参考答案：N₂ + O₂ ⇌ 2NO · 教师点评并讲解：正确！这个反应是自然固氮的一种方式，也是雷雨天气中形成硝酸盐的基础。接下来我们来看看氮的固定还有哪些形式。 问题3 · 教师引导：什么是氮的固定？请结合教材中的图片，说明自然界中氮的固定有哪些方式？ · 学生回答：将游离态的氮转化为含氮化合物的过程叫做氮的固定。自然固氮包括闪电固氮和生物固氮两种方式。 · 参考答案：氮的固定是指将大气中的氮气转化为氮的化合物的过程。自然固氮包括闪电放电生成NO，以及豆科植物根瘤菌将N₂转化为NH₃等。 · 教师点评并讲解：非常好！氮的固定是氮循环中的关键环节，它使得氮元素能够在生物圈中流动。接下来我们来总结一下本节课的核心内容。 教师总结 1. 氮气分子中存在N≡N共价三键，键能大，化学性质稳定。 2. 在高温、放电等条件下，氮气可与Mg、O₂、H₂等反应，生成氮化物、NO和NH₃。 3. 氮的固定是指将游离态氮转化为氮的化合物的过程，包括自然固氮和人工固氮。 4. 自然固氮主要通过闪电放电和豆科植物根瘤菌实现。 设计意图 通过创设农业与自然现象的情境，激发学生探究氮气结构与性质的兴趣，引导学生理解氮气稳定性的本质原因及其转化条件，掌握氮的固定概念及其在自然界中的表现形式，实现知识的系统建构与迁移应用。 新知巩固 题目1 【题文】：下列关于氮气的说法中，错误的是（　　） A．通常情况下氮气性质比较稳定，是因为断开共价三键(N≡N)需要较多能量 B．自然界雷电固氮反应中，氮气做还原剂 C．人工固氮合成氨反应中，氮气做氧化剂 D．1mol 与 3mol 完全反应生成 个 分子 【解答】：合成氨为可逆反应，不能完全转化，D错误；其他选项均正确。选D。 【总结】：本题考查氮气的结构与化学性质，涉及稳定性原因、氧化还原角色判断及可逆反应限度。解题需掌握N≡N键能大导致稳定，雷电固氮中氮被氧化作还原剂，合成氨中氮被还原作氧化剂，且反应可逆，不能进行到底，故产物分子数小于理论值。 题目2 【题文】：在给定的条件下，下列选项所示的物质间转化均能一步实现的是（　　） A． B． C． D． 【解答】： 与 反应生成 NO，不能直接得 ；B错误。C中燃烧生成而非；D中不与水反应；A中被中硝酸氧化为，生成沉淀，可实现。选A。 【总结】：本题考查氮气及含氮化合物的转化路径，重点在于判断各转化是否符合实际反应规律。解题时应明确：与放电生成NO，不能一步得；燃烧生成；为酸性氧化物但不溶于水；而在酸性条件下可被氧化为，与生成沉淀，故A可行。 一氧化氮和二氧化氮 探究新知 一、情境导入 在城市中，我们有时会看到空气中弥漫着红棕色的烟雾，尤其是在交通繁忙的区域。这种现象与氮的氧化物密切相关。一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO₂）是氮的重要氧化物，它们不仅影响空气质量，还在工业生产中扮演重要角色。例如，二氧化氮溶于水生成硝酸，这是工业上制备硝酸的重要反应。 那么，二氧化氮溶于水时究竟发生了怎样的化学变化？为什么会产生一氧化氮？今天我们就通过实验来探究这一过程，揭开其中的化学奥秘。 二、实验设计与操作 接下来我们设计如下实验来探究二氧化氮溶于水的反应过程： 首先，取一支50 mL的注射器，向其中充入20 mL的一氧化氮气体。然后吸入5 mL蒸馏水，用乳胶管和弹簧夹封住注射器管口，防止气体泄漏。 接着，轻轻振荡注射器，观察气体和液体的变化。随后，打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后再次夹住弹簧夹，使注射器内气体混合均匀。再次振荡注射器，观察最终现象。 在整个实验过程中，请注意：一氧化氮和二氧化氮均为有毒气体，操作时应在通风良好的环境中进行，避免直接吸入。 完成实验后，请仔细观察注射器内气体颜色、体积变化以及液体的状态。 三、现象观察与讨论 通过刚才的实验，我们观察到注射器内气体颜色由无色变为红棕色，随后又逐渐变浅，甚至接近无色。同时，气体体积明显减少，液体中可能有少量气泡产生。 问题1：为什么注射器内气体颜色会由无色变为红棕色？ · 答案：一氧化氮与空气中的氧气反应生成了二氧化氮。 · 讲解：这是因为一氧化氮在空气中迅速与氧气反应生成红棕色的二氧化氮：。 问题2：为什么振荡后气体颜色又变浅甚至消失？ · 答案：二氧化氮溶于水并与水反应生成硝酸和一氧化氮。 · 讲解：这说明二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮：。 问题3：为什么气体体积减少？ · 答案：部分气体参与反应，转化为液体产物。 · 讲解：这说明气体参与化学反应后，部分转化为液体，导致总体积减少。 问题4：为什么最终气体中仍有一氧化氮？ · 答案：反应生成的一氧化氮不溶于水且不再与氧气反应。 · 讲解：这是因为生成的一氧化氮稳定存在，且未再与氧气接触发生反应。 基于以上讨论，让我们深入分析这些现象背后的化学原理。 四、教师活动：实验结果分析 综合上述实验现象和讨论结果，我们可以得出以下结论：当一氧化氮与氧气接触时迅速反应生成二氧化氮，而二氧化氮溶于水时发生歧化反应，生成硝酸和一氧化氮。 从微观角度看，二氧化氮分子与水分子发生反应，其中一部分氮元素被氧化为硝酸中的+5价，另一部分被还原为一氧化氮中的+2价，体现了氧化还原反应的特征。 这与我们学过的氮的氧化物性质和氧化还原反应规律相联系，进一步加深了我们对氮循环和酸雨形成机制的理解。 下面我们共同总结本节课所学的核心知识点。 五、师生活动：知识点总结 通过本节课的探究学习，我们掌握了以下内容： 第一，一氧化氮是无色、有毒、不溶于水的气体，在空气中极易与氧气反应生成红棕色的二氧化氮。 第二，二氧化氮溶于水时发生反应生成硝酸和一氧化氮，反应式为：。 同时，我们理解了该反应属于氧化还原反应，其中二氧化氮既被氧化又被还原。 此外，这一反应在工业上用于硝酸的生产，也与大气污染和酸雨的形成密切相关。 六、设计意图 本节课通过实验探究的方式引导学生理解一氧化氮与二氧化氮的性质及其转化过程，结合观察、讨论与分析，激发学生的探究兴趣，培养其科学思维和实验能力，同时将化学知识与实际问题相结合，提升综合应用能力。 新知巩固 题目1 【题文】：下列装置可用于除去NO中的NO₂杂质的是（ ） A．制备NO B．除去NO中的NO₂ C．收集NO D．吸收尾气中的NO 【解答】：NO中混有NO₂时，可通过水洗法除去NO₂，因NO₂与水反应生成NO，而NO不溶于水，选B。 【总结】：本题考查NO和NO₂的性质差异。解题要点是利用NO₂能与水反应生成NO（），而NO不溶于水的特性，实现除杂。此类题目需结合气体溶解性与化学反应特性选择净化装置。 题目2 【题文】将铜丝插入浓硝酸中，一段时间后抽出铜丝，向反应后的装置b中注入水，观察到气体红棕色变浅。下列解释正确的是（ ） A．浓硝酸只体现氧化性 B．注入水后红棕色变浅 C．Cu与稀硝酸反应生成H₂ D．NO和NO₂均为酸性氧化物 【解答】：浓硝酸与铜反应生成NO₂（红棕色），抽出铜丝后体系中残留NO₂，加水发生反应，NO为无色，故红棕色变浅，选B。 【总结】：本题考查铜与浓硝酸反应及NO₂与水的反应。解题关键在于理解NO₂溶于水生成无色NO，导致颜色变浅；同时排除干扰选项（如H₂生成错误、酸性氧化物判断错误）。需结合实验现象与化学方程式综合分析。 氨的物理性质 探究新知 一、情境导入 在日常生活中，我们有时会闻到一种刺鼻的气味，尤其是在清洁产品中，这种气味就是氨的特征气味。氨不仅在清洁用品中有广泛应用，还常用于制冷系统中作为制冷剂。那么，为什么氨能够被用作制冷剂？它又为何极易溶于水？今天我们就通过一个有趣的实验——喷泉实验，来探究氨的物理性质和溶解特性，揭开这些现象背后的化学奥秘。 二、实验设计与操作 接下来我们设计如下实验来探究氨的溶解性及其溶液的性质： 实验装置：如图5-11所示，在干燥的圆底烧瓶中充满NH₃气体，用带有玻璃管和胶头滴管（预先吸入水）的橡胶塞塞紧瓶口。将烧瓶倒置，使玻璃管插入盛有水的烧杯中（水中已滴入少量酚酞溶液）。打开弹簧夹，挤压胶头滴管，使水进入烧瓶。 操作要点： 1. 烧瓶必须干燥，避免水汽影响实验。 2. 胶头滴管中预先吸入水，确保能迅速引发喷泉现象。 3. 挤压滴管后迅速打开弹簧夹，观察喷泉形成。 4. 注意观察溶液颜色变化，判断其酸碱性。 安全提示：实验中使用氨气，应在通风良好环境下进行，避免吸入气体。 完成实验后，请仔细观察烧瓶内是否形成喷泉现象以及烧杯中溶液的颜色变化。 三、现象观察与讨论 通过刚才的实验，我们观察到烧瓶中迅速形成喷泉，液体呈红色。 问题1：为什么水会迅速进入烧瓶形成喷泉？ · 答案：氨极易溶于水，导致烧瓶内压强迅速降低。 · 讲解：这是因为氨在水中溶解度极高（1:700），溶解后烧瓶内气体减少，压强下降，外界大气压推动水进入烧瓶。 · 易错提示：需要注意氨溶于水不是化学反应，而是物理溶解。 问题2：为什么溶液变红？ · 答案：氨溶于水生成弱碱性溶液。 · 讲解：这说明氨溶于水生成一水合氨，部分电离产生OH⁻，使溶液呈碱性。 · 易错提示：需要注意氨水显弱碱性，不是强碱。 问题3：喷泉实验中为何要预先滴入酚酞？ · 答案：用于指示溶液酸碱性变化。 · 讲解：酚酞在碱性条件下变红，有助于直观判断溶液性质。 基于以上讨论，让我们深入分析实验背后的化学原理。 四、教师活动：实验结果分析 综合上述实验现象和讨论结果，我们可以得出以下结论：喷泉现象的产生是由于氨极易溶于水，导致烧瓶内压强迅速下降，外界大气压将水压入烧瓶。从微观角度看，氨分子与水结合生成一水合氨（），其中部分一水合氨电离生成和，使溶液呈弱碱性。这与我们学过的酸碱电离理论相联系，进一步说明了物质溶解过程中的化学变化。 下面我们共同总结本节课所学内容。 五、师生活动：知识点总结 通过本节课的探究学习，我们掌握了以下内容： 第一，氨是无色、有刺激性气味的气体，密度小于空气，极易液化，可用作制冷剂。 第二，氨极易溶于水（1:700），溶于水后生成一水合氨，部分电离产生和，使溶液呈弱碱性。 第三，喷泉实验不仅验证了氨的溶解性，也展示了其溶液的碱性特征。 这些性质为后续学习氨的化学性质和应用打下了基础。 六、设计意图 本节课通过喷泉实验引导学生主动探究氨的物理性质和溶解特性，结合现象观察与问题讨论，激发学生思维，帮助其理解宏观现象背后的微观本质，提升科学探究能力与化学核心素养。 新知巩固 题目1 【题文】：下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是 A．液氨汽化时会吸收大量的热，可用作制冷剂 B．FeCl₃溶液显酸性，可用于蚀刻覆铜电路板 C．葡萄糖易溶于水，可用作制镜工业的原料 D．明矾溶于水能形成胶体，可用于杀菌消毒 【解答】：液氨汽化吸热，使环境降温，故可作制冷剂，A正确；B中FeCl₃蚀刻铜板因其氧化性，与酸性无关；C中葡萄糖用于制镜因其还原性；D中明矾胶体吸附杂质但不杀菌。 【总结】：本题考查物质性质与用途的对应关系。解题要点是区分物理性质与化学性质，明确用途由性质决定。需结合具体应用情境分析，如液氨汽化吸热为物理性质，对应制冷剂；FeCl₃蚀刻铜板利用其氧化性而非酸性，避免误判。 题目2 【题文】：如图5-11所示进行氨的喷泉实验，打开弹簧夹并挤压胶头滴管后，观察到烧杯中的水迅速进入烧瓶形成喷泉，且溶液变红。下列分析正确的是 A．喷泉现象说明氨难溶于水 B．溶液变红说明氨气显碱性 C．实验说明氨极易溶于水且水溶液呈碱性 D．该实验中氨发生了分解反应 【解答】：氨极易溶于水使烧瓶内压强减小，形成喷泉；溶液变红是因NH₃与水反应生成OH⁻，显碱性，C正确；A错误于“难溶”；B中氨气本身不显碱性；D无分解反应。 【总结】：本题考查氨的物理性质及水溶液的化学性质。解题关键是从喷泉实验现象入手，分析压强变化说明溶解性，酚酞变红说明溶液呈碱性，综合判断氨易溶于水且与水反应生成弱碱。此类实验题应结合现象与原理，区分物质本身性质与反应产物性质。 氨和铵盐 探究新知 创设情境 在工业生产中，氨气是制造硝酸和铵态氮肥的重要原料。例如，在硝酸的工业生产中，氨的催化氧化反应是关键步骤。而在农业生产中，铵盐如硫酸铵、碳酸氢铵等广泛用作氮肥，为农作物提供必需的氮元素。然而，这些铵盐受热易分解，影响肥效。那么，氨是如何转化为铵盐的？其性质又如何影响实际应用呢？ 师生互动与教师引导过程 问题1 · 教师引导：观察图5-12，当氨气与氯化氢气体相遇时，会迅速生成氯化铵晶体，你认为这个反应的现象和本质是什么？ · 学生回答：有白烟生成，是气体反应生成固体颗粒。 · 参考答案：氨气与氯化氢气体反应生成氯化铵固体，反应现象为产生白烟，反应式为： · 教师点评并讲解：这个反应说明氨具有碱性，能与酸反应生成铵盐。接下来我们进一步分析铵盐的性质。 问题2 · 教师引导：为什么铵盐如氯化铵受热会分解？其分解产物是什么？ · 学生回答：因为铵盐不稳定，受热易分解为氨气和酸。 · 参考答案：氯化铵受热分解为氨气和氯化氢气体： · 教师点评并讲解：这说明铵盐的热不稳定性。那如果加热碳酸氢铵，又会发生什么反应呢？ 问题3 · 教师引导：碳酸氢铵受热会发生什么反应？写出反应的化学方程式。 · 学生回答：生成氨气、水和二氧化碳。 · 参考答案：碳酸氢铵受热分解为氨气、水和二氧化碳： · 教师点评并讲解：这说明铵盐与碱反应或受热都会释放氨气，影响其储存和使用方式。 问题4 · 教师引导：为什么铵态氮肥不能与碱性肥料混合使用？ · 学生回答：因为会反应释放氨气，降低肥效。 · 参考答案：铵盐与碱反应会生成氨气，导致氮元素损失，因此不能混合使用。 · 教师点评并讲解：这体现了铵盐的化学性质对农业应用的影响，接下来我们总结本节课的重点内容。 教师总结 1. 氨与酸反应生成铵盐，反应现象为产生白烟。 2. 铵盐易溶于水，但受热易分解，与碱反应放出氨气。 3. 铵盐在农业中广泛用作氮肥，但使用时需避免高温和与碱性物质混合。 4. 氨的催化氧化是工业制硝酸的基础反应。 设计意图 通过实验现象引导学生理解铵盐的生成与性质，结合农业实际应用强化知识迁移能力，帮助学生建立“性质决定用途”的化学观念。 新知巩固 题目1 【题文】：下列关于的性质的描述中，不正确的是 A．无色气体 B．极易溶于水 C．用向上排空气法收集 D．能与氯化氢反应 【解答】：氨密度小于空气，应用向下排空气法收集，C错误，选C。 【总结】：本题考查氨气的物理和化学性质。解题要点是掌握氨气易溶于水、密度比空气小、可与酸反应等特性，特别注意其收集方法应为向下排空气法。判断时需结合气体密度与溶解性综合分析。 题目2 【题文】：下列现象与氧化还原反应无关的是 A．NO遇空气变为红棕色 B．和HCl反应产生白烟 C．无色的浓久置后变为黄色 D．向酸性溶液中通入，紫色褪去 【解答】：氨与氯化氢反应生成氯化铵固体，属于非氧化还原的化合反应，无元素化合价变化，选B。 【总结】：本题考查氧化还原反应的判断。解题要点是分析各反应中是否有元素化合价变化。NO→NO₂涉及氮元素被氧化，浓硝酸分解产生NO₂，KMnO₄被SO₂还原，均属氧化还原；而NH₃与HCl反应无价态变化，不属于氧化还原反应。 氨的实验室制法 探究新知 三级标题：情境导入 在日常生活中，我们常常会闻到一种刺鼻的气味，比如在清洁剂、尿液或汗味中都能感受到。这种气味的来源之一就是氨气。那么，氨气是如何产生的？它在实验室中又是如何制取的呢？今天我们就通过实验来探究氨气的实验室制法，了解铵盐与强碱反应生成氨气的原理。通过动手实验，我们将揭开氨气的神秘面纱，理解其生成条件和性质，为后续学习打下坚实基础。 三级标题：实验设计与操作 接下来我们设计如下实验：利用铵盐与强碱反应生成氨气，并通过湿润的红色石蕊试纸检验其生成。首先，取三支试管，分别加入少量NH₄Cl溶液、NH₄NO₃溶液和(NH₄)₂SO₄溶液。然后，向每支试管中加入适量NaOH溶液，轻轻摇匀后加热。加热过程中，用镊子夹住湿润的红色石蕊试纸置于试管口，观察试纸颜色变化。 实验过程中需要注意通风，避免吸入氨气造成不适。同时，加热时要控制温度，防止液体剧烈沸腾。实验结束后，及时关闭热源，清理实验台，确保安全。 完成实验后，请仔细观察红色石蕊试纸的变化，并记录实验现象。 三级标题：现象观察与讨论 通过刚才的实验，我们观察到红色石蕊试纸在试管口变蓝，说明有碱性气体生成。这提示我们反应过程中产生了氨气。为进一步理解实验现象，我们提出以下问题： 问题1：红色石蕊试纸为何变蓝？ · 答案：氨气溶于水生成弱碱，使试纸变蓝。 · 讲解：这说明氨气具有碱性，能与水反应生成NH₃·H₂O。 问题2：为什么实验中要加热？ · 答案：加热促进反应速率，使氨气更容易逸出。 · 讲解：这说明反应在加热条件下更易进行，符合化学反应动力学原理。 问题3：为何不能用NaOH或KOH代替Ca(OH)₂？ · 答案：NaOH、KOH易吸湿结块，影响反应效果。 · 讲解：这说明试剂的物理性质对实验操作有重要影响。 问题4：为何不能用浓硫酸或CaCl₂干燥氨气？ · 答案：浓硫酸和CaCl₂会与氨气反应。 · 讲解：这是因为它们具有酸性或配位能力，会与碱性气体氨发生反应。 · 易错提示：需要注意干燥剂的选择应与气体性质相匹配。 基于以上讨论，让我们深入分析实验背后的化学原理。 三级标题：教师活动：实验结果分析 综合上述实验现象和讨论结果，我们可以得出：铵盐与强碱在加热条件下反应生成氨气，这一反应不仅可用于实验室制氨，也可用于铵离子的检验。从微观角度看，NH₄⁺与OH⁻在加热条件下结合生成NH₃和H₂O，体现了离子反应的本质。这与我们学过的酸碱反应、气体生成反应等知识相联系，进一步加深了我们对化学反应类型的理解。 下面我们共同总结本节课的重点内容。 三级标题：师生活动：知识点总结 通过本节课的探究学习，我们掌握了氨气的实验室制法及其检验方法。首先，铵盐与强碱在加热条件下反应生成氨气；其次，氨气具有碱性，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝；此外，实验中需注意试剂选择和操作安全，如避免使用NaOH、KOH代替Ca(OH)₂，以及使用碱石灰作为干燥剂。 三级标题：设计意图 本节课通过实验探究引导学生理解氨气的生成原理和性质，结合动手操作与问题讨论，激发学生兴趣，提升科学探究能力，帮助学生构建化学知识体系，达到理解与应用并重的教学目标。 新知巩固 题目1 【题文】：如图，利用培养皿探究氨气的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水，立即用另一表面皿扣在上面。下列说法正确的是 A．该实验中NaOH固体可以用无水代替 B．浓硫酸附近无明显现象，说明与浓硫酸不发生反应 C．氯化物溶液变浑浊，说明该溶液一定是溶液 D．干燥红色石蕊试纸不变色，湿润红色石蕊试纸变蓝 【解答】：NaOH吸水放热促使浓氨水挥发产生，遇水显碱性使湿润红色石蕊试纸变蓝，干燥试纸不变色，选D。 【总结】：本题考查氨气的制取原理及性质。解题要点是理解NaOH与浓氨水作用产生的机制，掌握的碱性、扩散性和检验方法。解答此类题需结合实验装置分析气体生成与性质验证过程，排除干扰选项（如吸水但不放热、与浓硫酸反应但无可见现象等）。 题目2 【题文】：如图为氮元素的“价-类”二维图。下列说法正确的是 A．实验室一般通过加热固体来制备a B．是工业制硝酸的流程 C．物质b难溶于水，实验室可用排水集气法收集 D．常温下，c为无色气体 【解答】：b为，难溶于水，可用排水法收集；a为，加热不能稳定制氨；c为，无色气体，但常温下易氧化，选C。 【总结】：本题考查氮元素不同价态物质的性质及转化。解题关键是识别“价-类”图中物质（a：，b：，c：，d：，e：），掌握其物理性质与制备方法。需注意实验室制用与共热，虽无色但难用排空气法收集，可用排水法。 硝酸 探究新知 三、情境导入 在日常生活中，我们常常会接触到各种化学物质，其中硝酸作为一种重要的化工原料，广泛应用于制造化肥、炸药、塑料等产品。然而，硝酸具有强烈的腐蚀性和氧化性，稍有不慎就可能引发危险。你是否注意到实验室中的浓硝酸总是保存在棕色瓶中？为什么不能放在透明瓶中？它与金属反应时又会产生哪些气体？这些问题背后隐藏着硝酸的化学特性。 那么，我们今天就通过实验来探究硝酸与金属铜的反应，了解其在不同浓度下的反应差异，并揭示其保存方式背后的化学原理。 四、实验设计与操作 接下来我们设计如下实验来探究硝酸的性质。首先，准备好两支具支试管，分别加入2 mL的浓硝酸和稀硝酸。然后，将铜丝下端卷成螺旋状，并嵌入橡胶塞侧面的凹槽中。接着，用橡胶塞塞住试管口，使铜丝与硝酸接触，观察反应现象。反应结束后，向上拉起铜丝，终止反应。 操作过程中要注意以下几点：实验应在通风橱中进行，避免吸入有害气体；佩戴防护手套和护目镜，防止硝酸溅出；浓硝酸具有强氧化性，操作时要小心谨慎。完成实验后，请仔细观察反应过程中产生的气体颜色、反应速率以及溶液颜色的变化。 五、现象观察与讨论 通过刚才的实验，我们观察到浓硝酸与铜反应时迅速产生红棕色气体，溶液变为蓝色；而稀硝酸与铜反应时产生无色气体，遇空气变为红棕色，溶液也呈现蓝色。 问题1：浓硝酸与铜反应产生的红棕色气体是什么？ · 答案：是二氧化氮（NO₂）。 · 讲解：这说明浓硝酸具有强氧化性，能将铜氧化为硝酸铜，并自身被还原为NO₂。 · 易错提示：需要注意NO₂有毒，应在通风条件下操作。 问题2：稀硝酸与铜反应产生的气体为何遇空气变红棕色？ · 答案：是由于生成的NO与空气中的氧气反应生成NO₂。 · 讲解：这说明稀硝酸的氧化性较弱，产物为NO。 · 易错提示：NO无色但易氧化，需及时观察。 问题3：为什么浓硝酸和稀硝酸与铜反应的产物不同？ · 答案：因为硝酸浓度不同，其氧化性强弱不同。 · 讲解：这说明硝酸的氧化性随浓度变化而变化，浓硝酸更容易被还原为NO₂。 基于以上讨论，让我们深入分析实验结果背后的化学原理。 六、教师活动：实验结果分析 综合上述实验现象和讨论结果，我们可以看出硝酸的氧化性强弱与其浓度密切相关。浓硝酸在反应中表现出更强的氧化能力，将铜氧化为Cu²⁺，自身被还原为NO₂；而稀硝酸的氧化性较弱，生成的产物为NO。由此可见，硝酸的浓度直接影响其在反应中的还原产物。 从微观角度看，硝酸分子在不同浓度下与金属反应时，其接受电子的能力不同，导致产物不同。这与我们学过的氧化还原反应原理密切相关，体现了浓度对反应类型的影响。 下面我们共同总结本节课所学的知识点。 七、师生活动：知识点总结 通过本节课的探究学习，我们掌握了以下知识点：第一，硝酸具有强氧化性，其与金属反应的产物受浓度影响；第二，浓硝酸与铜反应生成NO₂，稀硝酸则生成NO；第三，浓硝酸见光或受热易分解，因此需保存在棕色瓶中；第四，铁、铝在常温下遇浓硝酸会发生钝化现象。 同时，我们还理解了实验设计中控制变量的重要性，并通过观察现象、分析反应原理，提升了科学探究能力。 八、设计意图 本节课通过实验探究硝酸与铜的反应，引导学生理解硝酸的氧化性及其浓度对反应产物的影响，强化实验观察能力和化学思维，提升学生对氧化还原反应的理解与应用能力。 新知巩固 题目1 【题文】：下列操作能达到相应实验目的的是（ ） A．比较与金属性强弱：将、分别投入等量的蒸馏水中，反应较剧烈的对应金属性较强 B．检验与水蒸气反应后的固体残留物为：用磁铁靠近固体残留物 C．验证木炭与浓反应生成：向浓中插入红热的炭，观察现象 D．检验某无色溶液中含有：加稀溶液，用红色石蕊试纸靠近试管口 【解答】：Na与水反应剧烈，Mg与冷水反应缓慢，可比较金属性；A正确。磁铁能吸引，但Fe也可被吸引，B错误；红热木炭与浓硝酸反应产生红棕色气体，C正确；检验需加热并用湿润红色石蕊试纸，D错误。答案为A。 【总结】：本题考查实验设计与评价，涉及金属性比较、物质检验等。解题关键在于掌握反应现象与原理的对应关系，如金属性越强与水反应越剧烈；检验必须加热释放；磁性不能唯一确定；红棕色气体可验证生成。 题目2 【题文】：如图是N元素及其化合物的“价—类”二维图，下列说法正确的是（ ） A．实验室采用向上排空气法收集A（NO） B．化合物B（NH₃）的水溶液能导电，证明B是电解质 C．控制不同条件，C（NO）与E（NO₂）可相互转化 D．蘸有B（NH₃·H₂O）浓溶液与D（HNO₃）浓溶液的玻璃棒靠近产生白雾 【解答】：A中NO易与O₂反应，应用排水法收集，错误；B中NH₃本身不电离，是非电解质，其水溶液导电因生成NH₃·H₂O，错误；C中NO可氧化为NO₂，NO₂可被还原为NO，正确；D中产生白烟（NH₄NO₃固体），非白雾，错误。答案为C。 【总结】：本题考查氮元素及其化合物的转化与性质。解题需掌握“价—类”二维图中物质类别与化合价关系，明确气体收集方法、电解质判断依据、常见现象（白烟vs白雾），以及氧化还原转化条件，如NO与NO₂在氧气或还原剂作用下可相互转化。 酸雨及防治 探究新知 创设情境 近年来，我国部分城市频繁出现酸雨现象，严重影响农作物生长，腐蚀建筑物，甚至危害人体健康。科学家通过监测发现，酸雨的形成与工业排放的二氧化硫和汽车尾气中的氮氧化物密切相关。那么，这些气体是如何转化为酸性物质的？酸雨又为何具有如此强的危害性？我们一起来探究酸雨的形成与防治原理。 师生互动与教师引导过程 问题1 · 教师引导：观察图片，结合情境，酸雨的pH为何小于5.6？正常雨水的pH又为何是5.6？ · 学生回答：因为酸雨中含有更多的酸性物质，如硫酸和硝酸；正常雨水因溶解了呈弱酸性。 · 参考答案：正常雨水中溶解了空气中的，形成碳酸：，使pH约为5.6；酸雨中还溶有和，进一步生成和，使pH低于5.6。 · 教师点评并讲解：很好，这说明我们已经理解了酸雨的基本成因。那么，和是如何转化为硫酸和硝酸的呢？我们继续探究。 问题2 · 教师引导：在大气中如何转化为硫酸？请写出相关反应式。 · 学生回答：先被氧化为，再与水反应生成。 · 参考答案： · 教师点评并讲解：非常准确。这些反应在大气中缓慢进行，最终形成酸性降水。接下来我们思考，酸雨有哪些具体危害？ 问题3 · 教师引导：结合教材图片，酸雨对自然环境和人类生活有哪些危害？ · 学生回答：酸雨会破坏森林、酸化湖泊、腐蚀建筑物等。 · 参考答案：酸雨会直接损伤植物叶片，使土壤酸化；进入水体后破坏生态系统；腐蚀金属结构和建筑材料，缩短建筑物寿命。 · 教师点评并讲解：这些危害提醒我们必须重视酸雨的防治。那么，我们应如何从源头上减少酸雨的形成？ 问题4 · 教师引导：工业上如何处理含和的废气？请结合教材内容说明。 · 学生回答：工业废气需经过脱硫脱硝处理，如用石灰石吸收，生成石膏。 · 参考答案： 同时，氮氧化物可通过选择性催化还原法（SCR）转化为氮气。 · 教师点评并讲解：非常好，这说明我们已经掌握了酸雨防治的核心方法。接下来我们总结本节课的重点内容。 教师总结 1. 酸雨的pH小于5.6，主要由和溶于雨水生成和所致。 2. 酸雨的危害包括破坏植被、酸化水体、腐蚀建筑等。 3. 防治酸雨的关键是减少含硫燃料的使用和控制机动车尾气排放。 4. 工业上可通过脱硫脱硝技术处理废气，实现资源回收与环境保护。 设计意图 通过真实情境引导学生理解酸雨的形成与危害，结合化学反应式分析其本质，培养学生运用化学知识解释实际问题的能力，并增强环保意识。 新知巩固 题目1 【题文】：物质类别和元素价态，是学习元素及其化合物性质的重要认识视角。含氮的物质分类与相应化合价关系如图所示，下列说法正确的是（ ） A．物质A转化为NO是工业制备的第一步 B．标准状况下，3.36L物质B与水完全反应，转移0.3mol电子 C．实验室常将C的浓溶液保存在用橡胶塞密封的棕色试剂瓶里 D．的检验方法是取少量待测液于试管中，加入NaOH溶液并加热，用镊子夹住一片湿润的蓝色石蕊试纸放在试管口，观察试纸是否变红 【解答】：A项正确，氨催化氧化生成NO是硝酸工业第一步；B项B为，3.36L即0.15mol，与水反应转移0.1mol电子，错误；C项C为浓硝酸，应使用玻璃塞，错误；D项应用红色石蕊试纸，且变蓝才正确，错误。 【总结】：本题考查氮元素价态与物质类别的对应关系及氮及其化合物的性质。解题需结合氮元素化合价变化规律判断各物质，掌握工业制硝酸流程、气体摩尔体积计算、试剂保存方法和离子检验操作。关键在于准确识别图示中各物质（如A为，B为等），再逐项验证化学事实。 题目2 【题文】：利用某分子筛作催化剂，可脱除废气中的NO和，生成两种无毒物质，其反应历程如图所示，下列说法正确的是（ ） A．反应过程中、之间的反应是氧化还原反应 B．汽车尾气中含有的氮氧化合物是由汽油燃烧产生的 C．X可能是 D．上述历程的总反应为 【解答】：D项正确，总反应生成和，符合脱硝原理；A项与反应若无价态变化则非氧化还原；B项氮氧化物主要来自空气中与高温反应；C项X应为中间产物，而非。 【总结】：本题考查氮氧化物的催化还原反应机理及环境保护知识。解题要点是分析反应历程中的物质转化，判断氧化还原关系，理解选择性催化还原（SCR）技术原理。需明确汽车尾气中氮氧化物来源、中间产物推断方法，并能根据原子守恒和价态变化写出总反应方程式，最终确定无毒产物为和$\mathrm{H}_2}\mathrm{O}$。 课堂练习 第1题 【题文】某同学研究铜和稀硝酸的反应。测得产生气体的体积(V)随时间(t)的变化关系如图1所示，并提出了铜和稀硝酸反应的过程如图2所示(反应过程中温度变化忽略不计)。 已知：为弱酸，为淡黄色沉淀 下列说法不正确的是 A．铜和稀硝酸总反应的化学方程式是(稀) B．取200min时的反应液，向其中加入溶液，产生少量淡黄色沉淀，说明反应i发生 C．反应ii中氧化剂与还原剂物质的量之比为1：2 D．图1中，反应速率的变化可能是由于催化反应导致的 【答案】C 第2题 【题文】下列关于NH₃的说法正确的是 A．NH3的空间结构为平面三角形 B．NH3与H2O反应生成NH3・H2O，该过程属于化合反应 C．NH3在催化剂作用下与O2反应时表现氧化性 D．NH3的水溶液能导电，故NH3是电解质 【答案】B 第3题 【题文】部分含铜或氮元素的“价-类”二维图如图所示。下列说法不正确的是 A．理论上，c与e可反应生成a B．工业制f的流程为a→c→d→f C．新制的g可用于检验还原糖，能生成砖红色的b D．若h可用于检验水，则h中既含有离子键，又含有共价键 【答案】B 板书设计 氮及其化合物 1. 氮气（） · 分子结构：三键 → 化学性质稳定 · 氮的固定：游离态→化合态（自然固氮：闪电、根瘤菌） 2. 氮氧化物 · · · 3. 氨（） · 物性：极易溶于水（1:700） · 化性： 4. 铵盐与硝酸 · 铵盐：受热分解、与碱反应放氨 · 硝酸：强氧化性 教学反思 本节课围绕氮及其化合物的性质与转化展开，系统讲解了氮气的结构与固定、一氧化氮与二氧化氮的性质、氨的制法与性质、硝酸的氧化性及酸雨成因等内容，教学设计贴合高中化学课程标准要求。课堂通过喷泉实验、铜与硝酸反应对比等直观演示，提升了学生对抽象概念的理解，成功激发了学习兴趣。不足在于对氮的循环整体认知引导不足，部分学生对铵盐分解、硝酸与金属反应机理掌握不牢，需加强知识整合与练习设计。 学科网（北京）股份有限公司 $