5.2 氮及其化合物 第3课时（教学设计）化学人教版必修第二册

第二节 氮及其化合物 课时3 硝酸　酸雨及防治 一、知识目标 1.掌握工业上以空气、水、氨为主要原料制备硝酸的原理和方法，能正确书写相关反应的化学方程式。 2.了解硝酸的物理性质，掌握硝酸的不稳定性、酸的通性和强氧化性等化学性质，并能运用这些性质解决实际问题。 3.明确酸雨的概念、成因、危害及防治措施，理解硫酸型酸雨和硝酸型酸雨的形成过程。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：通过对硝酸性质的实验探究和分析，从宏观现象入手，深入理解硝酸反应的微观本质，建立结构决定性质的化学观念。 2.证据推理与模型认知：通过对硝酸与金属、非金属反应的分析，掌握硝酸的强氧化性，建立氧化还原反应的思维模型，并能运用该模型解决相关化学问题。 3.科学探究与创新意识：通过分组讨论和实验探究，培养学生的团队合作能力和探究精神，提高学生设计实验、分析实验和解决实际问题的能力。 一、教学重点 1.掌握硝酸的性质及应用。 二、教学难点 1.掌握硝酸的性质及应用。 氮及其化合物是高中化学元素化合物知识的重要组成部分，硝酸作为氮元素的重要化合物，在化工生产中有着广泛的应用。本节内容不仅是对前面所学氮的氧化物等知识的深化和拓展，也为后续学习其他元素化合物知识奠定基础，在整个高中化学知识体系中起着承上启下的作用。本课时聚焦于硝酸的制法和性质以及酸雨的相关知识。硝酸的性质是重点内容，通过探究硝酸与不活泼金属、非金属的反应，能让学生深刻认识硝酸的强氧化性，培养学生的化学思维和实验探究能力。同时，酸雨的成因及防治措施的学习，有助于增强学生的环保意识和社会责任感。教材通过工业制硝酸的原理分析、实验探究等多种方式，引导学生逐步构建知识体系，体现了理论与实践相结合的教学理念。 在物质分类方面，学生具备一定的化学基础知识，对常见的酸如盐酸、硫酸等有了初步了解，但对于硝酸这种具有强氧化性的酸还比较陌生。在思维能力方面，学生正从形象思维向抽象思维过渡，逻辑推理和综合分析能力有待提高。在学习硝酸的制法和性质时，学生可能会对工业制硝酸的复杂反应原理和硝酸强氧化性的本质理解存在困难。但他们对化学实验充满好奇，具有较强的探究欲望，教师可以利用这一特点，通过实验探究和问题驱动的方式，引导学生积极参与课堂活动，激发他们的学习兴趣。在酸雨及防治的学习中，学生对酸雨的危害有一定的生活感知，但对于酸雨的形成机制和具体防治措施缺乏深入了解。教师可以结合生活实际，引导学生分析酸雨形成的化学原理，培养学生运用化学知识解决实际问题的能力。同时，通过对酸雨防治措施的讨论，增强学生的环保意识，提高学生的社会责任感。 教学环节一 新课导入 【播放视频】同学们，在正式开始今天的课程之前，老师先给大家播放一段视频。（播放一段雷雨天后庄稼茁壮成长的视频，画面中可以看到雨后的农田里，农作物生机勃勃）。 【提出问题】大家看完这段视频，有没有发现一个很神奇的现象？没错，就是雷雨天过后，庄稼好像变得更壮实了。那大家想一想，为什么会出现“雷雨壮庄稼”这样的现象呢？（给学生一些思考和发言时间，鼓励学生大胆猜测，可能会有学生提到和空气中的某些成分有关等）。 【讲解原理】其实啊，这背后隐藏着一个重要的化学知识。在雷雨天，天空中会发生一系列复杂的化学反应。空气中的氮气和氧气在雷电的作用下会发生反应生成一氧化氮，一氧化氮又会迅速与氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮再与雨水反应就会生成硝酸，硝酸随着雨水落到地面，为土壤提供了氮肥，从而促进了庄稼的生长。也就是说，雷雨天的自然过程产生了硝酸。那大家能想一想，工业上又是如何制备硝酸的呢？硝酸又具有哪些性质呢？带着这些疑问，让我们一起走进今天的学习内容——硝酸、酸雨及防治。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：通过播放雷雨天后庄稼茁壮成长的视频，展示生活中常见但又蕴含神奇化学原理的现象，能迅速吸引学生的注意力，激发他们的好奇心和探索欲望，使学生积极主动地参与到课堂讨论中来。 2.联系生活实际：“雷雨壮庄稼”是生活中常见的现象，将化学知识与生活实际紧密联系起来，让学生感受到化学就在身边，增强学生对化学学科的亲切感和认同感，提高学生学习化学的积极性。 3.引发思考，导入新课：由“雷雨壮庄稼”的现象引导学生思考其中的化学原理，进而引出工业制硝酸的原理和硝酸的性质等本节课的主题内容，自然地过渡到新知识的学习，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效率。 教学环节二 硝酸的制法和性质 任务1：请同学们分组讨论工业上以空气、水、氨为主要原料制备硝酸？ 【引入】同学们，我们都知道“雷雨壮庄稼”，在雷雨天氮会发生循环从而自然界产生硝酸。那大家思考一下，工业上是如何以空气、水、氨为主要原料制备硝酸的呢？硝酸又有什么性质呢？带着这些问题，我们先来探究硝酸的工业制法。 【交互动画】 【师生活动】 1.教师布置任务：请同学们分组讨论工业上以空气、水、氨为主要原料制备硝酸的原理，写出每一步反应的化学方程式，并分析上述反应中的物质类别和氮元素化合价的变化情况，以及每一步反应中含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应。 2.学生分组讨论，积极交流，教师巡视各小组，参与部分小组的讨论，给予适当的指导和启发。 3.各小组代表发言，展示讨论结果。教师引导其他小组进行评价和补充。 反应方程式： 4.教师总结：现代工业上一般采用氨催化氧化法制硝酸，通过一系列反应将氨转化为硝酸。同时，引导学生思考原料最多可生产硝酸的物质的量，讲解循环操作的原理。 根据反应关系，最多可生产​循环操作最多可生产 【交互动画】硝酸生产的工艺流程 【设计意图】通过分组讨论和交互动画交流，培养学生的合作学习能力和分析问题的能力。让学生自主探究硝酸的工业制法，加深对化学反应原理的理解，同时体会化学工业生产中的循环利用思想。 【总结讲解】 一、硝酸的制法和性质 1.硝酸的工业制法 ①现代工业上一般都采用氨催化氧化法制硝酸。 ②1 mol NH3原料，求最多可生产硝酸的物质的量。 循环操作最多可生产 ③生产流程 任务2：请同学们分组讨论工业生产的浓硝酸如何装运呢？一旦出现事故有极大的危害！从事故现场视频，你认为硝酸具有哪些性质呢？ 【引入】我们已经了解了硝酸的工业制法，那硝酸在我们日常生活中是什么样的呢？接下来我们来探究硝酸的物理性质。大家先观看一段工业生产的浓硝酸装运事故现场视频，思考硝酸具有哪些性质呢？ 【师生活动】 1.教师播放视频，引导学生观察视频中硝酸的相关现象。 2.学生观看视频后，进行小组讨论，总结硝酸可能具有的物理性质。 3.各小组代表发言，教师进行总结和补充。 硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。 浓硝酸见光或者受热会分解产生二氧化氮，所以一般将其保存在棕色试剂瓶中，并放置在阴凉处。 提出问题：浓硝酸久置后呈黄色，为什么？引导学生思考并回答。 学生回答：浓硝酸见光或受热会分解生成，溶于浓硝酸使溶液显黄色。 进一步提问：如何去除浓硝酸的黄色？ 学生思考回答，教师总结：向浓硝酸中通入氧气（或空气），发生反应 【总结讲解】 一、硝酸的制法和性质 2. 硝酸的物理性质 硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。浓硝酸见光或者受热会分解产生二氧化氮，所以一般将其保存在棕色试剂瓶中，并放置在阴凉处。 【设计意图】通过视频展示和问题引导，激发学生的学习兴趣，培养学生的观察能力和思考能力。让学生在讨论和交流中总结硝酸的物理性质，加深对知识的理解和记忆。 【引入】我们知道浓硝酸要保存在棕色试剂瓶中，这与硝酸的什么性质有关呢？接下来我们探究硝酸的不稳定性。 【师生活动】 1.教师引导学生写出浓硝酸见光或受热时发生反应的化学方程式：。 2.分析反应中元素化合价的变化，强调硝酸的不稳定性。 氮元素化合价从价降低到价，氧元素化合价从价升高到价。 3.提问：如何去除浓硝酸的黄色？引导学生回顾之前的讨论结果。 学生回答：向浓硝酸中通入氧气（或空气），发生反应。 【设计意图】通过分析化学方程式和化合价变化，让学生深入理解硝酸的不稳定性。引导学生回顾之前的问题，强化知识的联系和应用。 【总结讲解】 一、硝酸的制法和性质 3. 硝酸的化学性质 (1) 不稳定性 ①浓硝酸见光或受热时发生反应 ②浓硝酸见光或受热会分解生成NO2，NO2溶于浓硝酸使溶液显黄色。 ③一般将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中，并避光放置于阴凉处 如何去除浓硝酸的黄色？ 向浓硝酸中通入氧气（或空气） 。 任务3：请同学们分组探讨硝酸泄漏如何处理？ 【引入】我们已经知道硝酸是一种酸，那它具有哪些酸的通性呢？接下来我们一起探究。 【师生活动】 1.教师引导学生回顾酸的通性，让学生思考硝酸作为酸可能具有的性质。 2.学生分组讨论，然后各小组代表发言，教师进行总结和补充。 与指示剂反应：硝酸是一元强酸，稀硝酸使石蕊溶液由紫色变为红色，浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红（酸性）后褪色（强氧化性）。 与碱反应：举例。 与碱性氧化物反应：举例。 与弱酸盐反应：举例。 教师强调硝酸的酸性和强氧化性在这些反应中的体现。 【设计意图】通过回顾酸的通性，引导学生自主探究硝酸的酸的通性，培养学生的知识迁移能力和归纳总结能力。让学生在讨论和交流中加深对硝酸性质的理解。 【总结讲解】 一、硝酸的制法和性质 3. 硝酸的化学性质 （2）酸的通性 硝酸是一元强酸 HNO3 === H++ NO3− ①与指示剂反应: 稀硝酸使石蕊溶液由紫色变为红色，浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红(酸性)后褪色(强氧化性)。 ②与碱反应 ③与碱性氧化物反应: ④与弱酸盐反应: 任务4： 请同学们分组探讨硝酸可与哪些物质反应？从价态变化认识硝酸的氧化性！ 【引入】我们知道硝酸具有强氧化性，那它能与哪些物质反应呢？接下来我们通过实验和讨论来探究硝酸的强氧化性。 【交互动画】 【总结讲解】 一、硝酸的制法和性质 3. 硝酸的化学性质 （3）强氧化性 ①硝酸显酸性使石蕊溶液变红，因强氧化性而具有漂白性，又使其褪色。 ②常温下，铁、铝遇到浓硝酸发生钝化 任务5：请同学们分组讨论如果是稀硝酸会怎样？硝酸和金属发生怎样的反应？ 【师生活动】 1.实验探究：教师展示实验装置，进行铜与浓、稀硝酸反应的实验。 实验步骤：在橡胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝。向两支具支试管中分别加入2mL浓硝酸和稀硝酸，用橡胶塞塞住试管口，使铜丝与硝酸接触，观察并比较实验现象。向上拉铜丝，终止反应。 学生观察实验现象，记录并进行小组讨论。 各小组代表发言，描述实验现象： 铜与浓硝酸反应：反应剧烈，铜片逐渐溶解，溶液变绿，生成红棕色气体。 铜与稀硝酸反应：反应较慢，铜片上有气泡产生，溶液逐渐变为蓝色，接近管口处观察到浅红棕色。 教师引导学生根据实验现象写出反应方程式： 2.讨论铁与硝酸的反应： 教师提问：铁与硝酸反应会有什么现象呢？引导学生思考。 学生讨论后回答，教师总结： 常温下，浓硝酸能使、发生钝化。 加热时， 铁在常温下可以和稀硝酸反应，，。 3.总结硝酸与金属反应的规律： 硝酸与金属的反应，既表现出强氧化性，又表现出酸性，除了Pt、Au之外的绝大多数金属都能与硝酸反应。 硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强，还原剂一般被氧化为最高价态。氧化性：浓硝酸>稀硝酸（均比浓硫酸强）。 浓硝酸的还原产物是，稀硝酸的还原产物是，极稀硝酸可能变成、、等。 与金属反应一般不能产生（浓、稀硝酸都具有强氧化性）。 【设计意图】通过实验探究和讨论，让学生直观地感受硝酸的强氧化性，培养学生的观察能力、实验操作能力和分析问题的能力。总结硝酸与金属和非金属反应的规律，帮助学生系统地掌握硝酸的强氧化性知识。 【总结讲解】 一、硝酸的制法和性质 3. 硝酸的化学性质 （3）强氧化性 ③铜与硝酸的反应 实验现象 实验结论 浓HNO3+Cu 反应剧烈，铜片逐渐溶解，溶液变绿，生成红棕色气体 铜与浓硝酸反应生成NO2 Cu＋4HNO3(浓) == Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 稀HNO3+Cu 反应较慢，铜片上有气泡产生，溶液逐渐变为蓝色，接近管口处观察到浅红棕色 铜与浓硝酸反应生成NO 3Cu＋8HNO3(稀) ==3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 典例精讲 【例1】写出铜与浓、稀硝酸反应方程式，用双线桥表示电子转移的方向和数目，并改写为离子方程式 【答案】 【总结讲解】 一、硝酸的制法和性质 3. 硝酸的化学性质 （3）强氧化性 ④铁与硝酸的反应 a.常温下，浓硝酸能使Fe、Al发生钝化。 b.加热会反应 c.铁在常温下可以和稀硝酸反应，预测铁与稀硝酸反应的产物，试写出化学方程式。 ， 。 ⑤硝酸与金属的反应，既表现出强氧化性，又表现出酸性,除了Pt、Au之外的绝大多数金属都能与硝酸反应。 ⑥硝酸与金属的反应规律： a.硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强，还原剂一般被氧化为最高价态。氧化性：浓硝酸>稀硝酸（均比浓硫酸强） b.浓硝酸的还原产物是NO2，稀硝酸的还原产物是NO，极稀硝酸可能变成N2、N2O、NH4NO3等。 3Zn+8HNO3(稀)===3Zn(NO3)2+2NO↑+4H2O 4Zn+10HNO3(极稀)===4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O c. HNO3与金属反应一般不能产生H2 。 （浓、稀硝酸都具有强氧化性） 任务6：请同学们分组讨论根据碳与浓硫酸的反应，请推测非金属与浓硝酸能否反应? 【师生活动】 1.探究硝酸与非金属的反应： 教师引导学生根据碳与浓硫酸的反应，推测非金属与浓硝酸能否反应。 学生思考并回答，教师给出反应方程式。 2.强调硝酸可以氧化具有还原性的微粒： 举例， ， 。 【总结讲解】 一、硝酸的制法和性质 3. 硝酸的化学性质 （3）强氧化性 ⑦与非金属反应 ⑧硝酸可以氧化具有还原性的微粒：SO32−、Br－、Fe2+、S2－等。 ， ， 。 典例精讲 【例2】判断正误 (1)硝酸可与Na2SO3反应生成SO2(　　) (2)稀硝酸可溶解Fe(OH)2生成Fe(NO3)2和水(　　) (3)碳、铜与浓硝酸反应时，浓硝酸只表现强氧化性(　　) (4)在常温下Fe和Al在浓硫酸和浓硝酸中发生钝化，说明常温下浓硫酸和浓硝酸与Fe和Al不反应(　　) (5)王水是浓硝酸和浓盐酸体积比为1∶3的混合物，其氧化性比浓硝酸强(　　) 【答案】× × × × √ 【解析】(1)×；硝酸具有强氧化性，会将氧化为，不会生成。 (2)×；稀硝酸具有强氧化性，会将氧化为，生成而不是。 (3)×；碳与浓硝酸反应时，浓硝酸只表现强氧化性；铜与浓硝酸反应时，浓硝酸既表现强氧化性又表现酸性。 (4)×；常温下和在浓硫酸和浓硝酸中发生钝化，是因为发生了化学反应，在金属表面形成了一层致密的氧化膜，阻止了内部金属继续反应。 (5)√；王水是浓硝酸和浓盐酸体积比为的混合物，其氧化性比浓硝酸强，能溶解、等金属。 教学环节三 酸雨及防治 任务1：请同学们分组探讨什么是酸雨吗？酸雨有何危害、如何防治？ 【引入】同学们，什么是酸雨吗？酸雨有何危害、如何防治？ 【交互动画】了解酸雨及其防治 【总结讲解】 二、酸雨及防治 1. 酸雨 PH小于5.6的雨水（正常雨水由于溶解了CO2，PH约为5.6）。 二氧化硫、氮氧化合物以及它们在大气中发生反应后的生成物溶于雨水会形成酸雨。 （1）硫酸型酸雨。 S→SO2 →H2SO3→ H2SO4 SO2＋H2O⇌H2SO3 2H2SO3 ＋O2 = 2H2SO4 （2）硝酸型酸雨 NO2 →HNO3 3NO2＋H2O = 2HNO3＋NO 2.酸雨的危害与防治 (1)危害：直接损伤农作物，使土壤、湖泊酸化，腐蚀建筑物、桥梁、工业设备等。 (2)防治： 钙基固硫：CaO + SO2 = CaSO3 2CaSO3 ＋O2 = 2CaSO4 一、硝酸的制法和性质 1.硝酸的工业制法 原理：氨催化氧化法 4 2​ 生产流程 2.硝酸的物理性质 无色、易挥发、有刺激性气味的液体 保存：棕色试剂瓶，阴凉处 3.硝酸的化学性质 不稳定性 除黄方法：通入氧气（或空气） 酸的通性 与指示剂反应 与碱反应 与碱性氧化物反应 与弱酸盐反应 强氧化性 使石蕊溶液先变红后褪色 常温下，铁、铝钝化 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 氧化还原性微粒 ， ， 。 二、酸雨及防治 1.酸雨 定义：pH<5.6的雨水 类型 硫酸型酸雨 硝酸型酸雨 ​ 2.酸雨的危害与防治 (1)危害：直接损伤农作物，使土壤、湖泊酸化，腐蚀建筑物、桥梁、工业设备等。 (2)防治： 钙基固硫：CaO + SO2 = CaSO3 2CaSO3 ＋O2 = 2CaSO4 尾气处理 1.下列事实与硝酸性质的对应关系错误的是 A.打开浓硝酸的试剂瓶，瓶口有白雾——挥发性 B.用棕色试剂瓶保存浓硝酸——不稳定性 C.稀硝酸使紫色石蕊溶液变红——酸性 D.稀硝酸使黑色氧化铜固体溶解——强氧化性 【答案】D 2.下列对于硝酸的认识，不正确的是( ) A.浓硝酸在见光或受热时会发生分解 B.金属与硝酸反应不产生氢气 C.可用铁和铝制品盛装冷的浓硝酸 D.铜与硝酸的反应属于置换反应 【答案】D 3.氮及其化合物的变化关系如下所示： 则下列说法不正确的是( ) A.路线①②③是工业生产硝酸的主要途径 B.路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径 C.上述所有反应都是氧化还原反应 D.氮气可在足量的氧气中通过一步反应生成NO2 【答案】B 4.0.3 mol铜和含1.2 mol HNO3的浓硝酸，充分反应后，生成NO2的量为( ) A.0.2 mol B.0.6 mol C.小于0.6 mol D.大于0.6 mol 【答案】C 5.现有以下几种措施： ①对燃烧煤时产生的尾气进行除硫处理；②少用原煤作燃料；③燃煤时鼓入足量空气；④开发清洁能源。 其中能减少酸雨产生的措施是( ) A.①②③ B.②③④ C.①②④ D.①③④ 【答案】C 在本节课的教学中，我采用实验探究、问题驱动等多种教学方法，引导学生积极参与课堂讨论和实验操作，较好地达成了教学目标。学生对硝酸的性质和酸雨的相关知识表现出较高的兴趣，尤其在实验环节，学生的观察和分析能力得到了锻炼。 然而，教学过程中也存在一些不足之处。例如，在讲解硝酸与金属反应的规律时，部分学生理解起来有一定困难，后续应增加一些实例进行详细讲解。在小组讨论环节，个别小组讨论效率不高，需要加强对小组讨论的组织和引导。在今后的教学中，我将更加关注学生的学习反馈，及时调整教学策略，以提高教学效果。 / 学科网（北京）股份有限公司 $