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2019-2020年人教版高中化學必修一：4-4氨硝酸硫酸（教案2）（第1課時氨） 本節(jié)的內(nèi)容選擇充分考慮學生已有的知識和含氮、含硫化合物的實際應用。氮的氧化物和硫的氧化物在前面中已經(jīng)學習過，學生對氮的氧化物、硫的氧化物的知識已有了一定的基礎，在此基礎上讓學生學習氮的重要化合物——氨、銨鹽以及硝酸和硫的重要化合物——硫酸的知識，這不僅是學習非金屬元素及其化合物的知識的需要，也是學生獲得未來生活和發(fā)展所必需的科學素養(yǎng)的需要。 縱觀《化學1》的教學模塊，本單元安排在最后，承載鞏固離子反應、氧化還原反應、物質(zhì)的量等基本概念等知識的載體作用，同時也使學生對氮元素、硫元素的化合物這部分內(nèi)容形成完整的知識網(wǎng)絡。訓練學習氮元素、硫元素化合物知識的一般方法，為元素族概念的形成、各族元素性質(zhì)遞變規(guī)律、元素周期律的形成積累感性材料，是學習元素周期律、元素周期表知識的重要基礎。 建議從以下幾個線索上來理解和把握本節(jié)教材： (1)要重視基礎知識的落實和基本科學方法的培養(yǎng)。氮是比較典型的非金屬，氮及其化合物在日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用十分廣泛，教材對氨及銨鹽、硝酸的性質(zhì)、用途等進行了全面、詳細的介紹和分析，同時在學習了有關二氧化硫、三氧化硫性質(zhì)的基礎上認識硫酸的性質(zhì)及用途，為學生今后學習和研究非金屬元素及其化合物的性質(zhì)提供了方法和研究思路。因此，在單元內(nèi)容的學習中，科學方法的學習和化學知識的學習同樣重要。在教學過程中，要精心進行問題設計，引導學生用研究式的學習方式學習和體驗研究的一般方法。 (2)高度重視化學實驗的教學功能。(認真規(guī)范地做好每一個實驗，把學生的思維帶入到實驗情景當中，對實驗操作中的每一個步驟、每一個現(xiàn)象進行詳細分析，每一個“為什么”都會激起學生的求知欲望，使學生變得主動且充滿樂趣。)在此過程中，重視對學生思維遷移能力和分析歸納能力的培養(yǎng)。 (3)硫酸和硝酸的性質(zhì)是本單元內(nèi)容的重點，也是難點所在，可以把兩者的性質(zhì)進行比較，從中培養(yǎng)學生分析、歸納的能力，且從分析比較、歸納中得出規(guī)律。 本節(jié)內(nèi)容的教學分三課時進行，第一課時講解“氨及銨鹽”，在這一課時中，氨與水的反應以及銨鹽的性質(zhì)是重點，在教學過程中，對實驗操作中的每一個步驟、每一個現(xiàn)象進行詳細分析，激起學生的求知欲望，從而培養(yǎng)學生科學的思維方法；第二課時講解“硫酸的性質(zhì)和用途”，在這一課時中重點講解了有關硫酸的性質(zhì)，要充分利用對比教學法，可以把濃硫酸的性質(zhì)與稀硫酸作比較；第三課時講解“硝酸的性質(zhì)和用途”，在這一課時中重點講解了有關硝酸的性質(zhì)，要充分利用演示實驗，把硝酸的強氧化性與濃硫酸的強氧化性作比較。 課時分配 氨氣的性質(zhì)　　　　　1課時 硫酸 1課時 硝酸 1課時 第一課時　氨 設計思想 化學是一門實驗學科，對剛升入高中不久的學生來說，大部分人的抽象思維比較困難，有些學生學得比較呆板，不太會靈活運用所學知識，學習方法上往往更多地習慣死記硬背，不習慣對知識的理解記憶和獨立思考，在動手探究能力方面則更差。為此，本節(jié)課的教學主要以史料和新聞報道創(chuàng)設情境，激發(fā)學生的學習興趣和求知欲，充分運用實驗探究，層層推進，堅持以人為本的宗旨，注重對學生進行科學方法的訓練和科學思維的培養(yǎng)，提高學生的邏輯推理能力以及分析問題、解決問題、總結規(guī)律的能力。 教學方法 本節(jié)課的教學主要采用“問題—探究”的教學方法，即：創(chuàng)設問題情境→提出問題→提出假設→實驗驗證→解決問題→提出新問題……的自主探究學習模式。在教學中，通過創(chuàng)設問題情境，讓學生通過對問題的體驗，對問題的探究，去體驗和感受知識的發(fā)生和發(fā)展過程，在整個的教學過程中內(nèi)化與問題有關的知識，同時培養(yǎng)學生的思維能力和探索精神。 三維目標 知識與技能 1．掌握氨氣的物理性質(zhì)； 2．掌握氨氣的化學性質(zhì)，了解氨氣的用途； 3．提高規(guī)范操作能力、實驗觀察能力及分析歸納的思維能力。 過程與方法 1．通過對實驗的觀察和分析，探究事物本質(zhì)，體驗科學探究的過程，強化科學探究的意識； 2．培養(yǎng)觀察能力、思維能力和應用化學實驗發(fā)現(xiàn)新知識的學習能力。 情感態(tài)度與價值觀 1．通過學習合成氨方法的發(fā)明及其對解決人類糧食的重大貢獻，認識化學合成在人類生產(chǎn)和生活中的重要地位，體會科學家對社會進步的推動作用。 2．不斷引導學生發(fā)揮主觀能動性，培養(yǎng)自身認真仔細、嚴謹求實的科學態(tài)度和努力探索的優(yōu)良品質(zhì)，并逐步培養(yǎng)其創(chuàng)新精神。 教學重點 1．氨氣的化學性質(zhì)。 2．運用科學的方法、準確的術語、規(guī)范的操作來解決實際問題。 教學難點 1．氨水的組成及其堿性。 2．培養(yǎng)透過現(xiàn)象挖掘本質(zhì)的科學研究能力。 教學準備 充滿氨氣的圓底燒瓶、水、酚酞溶液、濃氨水、濃鹽酸、濃硫酸、濃硝酸、紅色石蕊試紙、熱水、脫脂棉、燒杯、集氣瓶、雙孔膠塞、鐵架臺、導氣管、毛巾、兩端開口的長玻璃管、橡皮塞等。 導入新課 合成氨是人類科學技術發(fā)展史上的一項重大突破，解決了地球上因糧食不足而導致的饑餓和死亡問題，是化學技術對社會發(fā)展與進步的巨大貢獻之一，化學家有關氨的研究曾獲得三次諾貝爾化學獎： 1918 年，德國化學家弗里茨哈伯因為發(fā)明合成氨方法而獲得諾貝爾化學獎。哈伯的合成氨方法是人類科技發(fā)展史上的一項重大突破，是化工生產(chǎn)實現(xiàn)高溫、高壓、催化反應的第一個里程碑。 1931 年，德國工業(yè)化學家卡爾博施因為改進合成氨方法獲得諾貝爾化學獎，博施的主要貢獻是改進了哈伯首創(chuàng)的高壓合成氨法，找到了合適的氧化鐵型催化劑，使合成氨生產(chǎn)工業(yè)化，稱為“哈伯—博施法”。2007年10月10日瑞典皇家科學院宣布，德國科學家格哈德埃特爾因在表面化學研究領域作出開拓性貢獻而獲得xx年諾貝爾化學獎，格哈德埃特爾最重要的貢獻是合成氨的機理研究。 人類為什么對氨如此地感興趣？它具有怎樣的性質(zhì)和用途呢？今天我們一起來認識它。 推進新課 [板書]第四節(jié)　氨、硝酸、硫酸 第1課時氨氣的性質(zhì) [展示]合成氨工廠圖片。 [新聞導課]據(jù)新安晚報消息： 一輛裝有22噸液氨的槽罐車，在銅陵市某地發(fā)生泄漏，槽罐噴出的白色氣柱有四五米高，發(fā)出的“哧哧”聲一里開外就能聽到，現(xiàn)場被濃烈的刺激性氣味所包圍。事發(fā)地點距離長江的直線距離僅500米，很有可能導致長江污染，須及時處置…… [思考與交流] 1．你從這一新聞報道及圖片得到什么啟示？ 2．從報道中你能總結出氨氣的哪些性質(zhì)？ 3．如何吸收泄漏而彌漫在空氣中的氨氣？ [學生討論]小組討論后，請一同學小結討論結果。 [展示]拿出一瓶氨氣引導學生從顏色、氣味、狀態(tài)、密度等方面進行歸納，并與以上討論結果進行對比。 [提出問題]對于有刺激性氣味的氣體或未知氣體應當如何聞其氣味？ [學生活動]請學生上講臺演示聞氨氣的方法。 [小結]氨氣的物理性質(zhì)：無色，有刺激性氣味的氣體，密度小于空氣，易液化(因為氨氣可液化后放在槽罐車中運輸)。 [提出疑問]上述報道的圖片中消防隊員為什么用水龍頭對空中噴灑？ [猜測]是否用水吸收空氣中彌漫的氨氣呢？氨氣在水中的溶解性如何呢？下面我們一起來探究這個問題。 [實驗探究]氨氣噴泉實驗。 [學生活動]觀察現(xiàn)象，思考氨氣還有什么性質(zhì)？ [現(xiàn)象]形成紅色噴泉。 [結論]氨極易溶于水，水溶液顯堿性。 [實驗分析]水不能充滿整個燒瓶，原因可能有哪些？ 若某學生用氨做噴泉實驗，結果實驗失敗，請你分析實驗失敗的可能原因。 [學生回答]可能收集的氨氣不純；可能裝置的氣密性不好；可能是收集氨氣時燒瓶潮濕…… [講解]1體積的水約溶解700體積的氨氣，氨氣的水溶液叫做氨水。 實驗成功關鍵：燒瓶干燥、密封。 [提出問題]剛才噴泉實驗中裝滿水的膠頭滴管的作用是什么？ [學生回答]利用氨氣極易溶于水的特性來引發(fā)噴泉實驗。 [實驗探究]請同學們思考能否用其他的方法來引發(fā)該實驗？ [師生共同活動]學生探討，教師給予適當?shù)闹笇?，小結可行的實驗方案，并對可行的實驗方案給予肯定表揚，對其中較好的方案大家重點探討： (1)方案一：用熱毛巾捂住裝滿氨氣的集氣瓶一會兒，使氣體受熱膨脹把玻璃導管內(nèi)的空氣排掉，這樣氨氣可接觸到玻璃導管下面的水，溶于水后引發(fā)噴泉。 (2)方案二：用冰水浸泡過的毛巾捂住裝滿氨氣的集氣瓶一會兒，使氣體冷縮后造成的壓力差而引發(fā)噴泉實驗。 [實驗驗證]在老師的指導下，請兩位同學完成方案一的實驗。若有興趣，課后大家可以在實驗室試一試方案二。 [過渡]水是中性的，氨分子也沒有氫氧根離子，那么氨水為什么會顯堿性呢？氨水的成分又是什么呢？ [提出問題]氨水有氨氣的刺激性氣味嗎？說明氨水中有什么微粒？ [學生回答]說明氨水中有氨氣分子存在。 [提出問題]氨氣溶于水形成氨水的過程，是簡單的物理過程嗎？會有怎樣的反應發(fā)生呢？ [設想推測] 假設NH3不和水反應，只是簡單的溶于水，那么溶液中只存在NH3分子和H2O分子，這時溶液應該是中性的。 [實驗驗證]加紫色石蕊溶液檢驗溶液的酸堿性。 [現(xiàn)象及結論]石蕊溶液變藍，表明氨氣與水反應后溶液呈堿性。 [學生討論小結]氨水中的粒子：NH3、H2O、NH3H2O、NH、OH－ [講解]其中一水合氨很不穩(wěn)定，受熱會分解。 [提出問題]液氨與氨水有何不同？ [學生活動]討論液氨與氨水的不同，并完成下列表格： 液氨 氨水 物質(zhì)成分 粒子種類 主要性質(zhì) 存在條件 [學生活動]根據(jù)以上探討的知識寫出氨氣與水發(fā)生的反應 [拓展]在標準狀況下，1 L水中溶解700 L NH3，所得溶液的密度為0.9 gcm－3，則氨水的濃度為(　　) A．18.4 molL－1　　　　　B．20.4 molL－1 C．34.7% D．52.2% [學生活動]動手練習。 [解析]氨水的溶質(zhì)是NH3H2O，但計算氨水的濃度時，溶質(zhì)以NH3 分子計算。 氨水的物質(zhì)的量濃度為 molL－1＝18.4 molL－1 氨水質(zhì)量分數(shù)的計算結果為：34.7% 故選擇A、C。 [小魔術]請兩位同學上講臺演示，一位同學手拿玻璃棒蘸點濃氨水，另一位同學拿玻璃棒蘸點濃鹽酸，然后相互靠近，但不接觸，觀察現(xiàn)象。 [學生活動]觀察現(xiàn)象，寫出反應化學方程式。 [現(xiàn)象]兩玻璃棒相互靠近時有大量白煙產(chǎn)生。 [實驗探究]上述實驗有它的不足之處：由于濃氨水和濃鹽酸本身都可以在空氣中形成白霧，導致反應后形成的白煙現(xiàn)象不太明顯，有學生會誤認為這是濃氨水或濃鹽酸本身在空氣中形成白霧，因而說服力不強。請同學們來設計一個說服力更強的實驗？ [師生共同活動]學生探討，教師給予適當?shù)闹笇?，小結并肯定可行的實驗方案，同時自己給出一種具有參考價值的方案，給學生演示： 取一根兩端開口的長玻璃管，一端塞入浸有濃鹽酸的脫脂棉，另一端塞入浸有濃氨水的脫脂棉，然后兩端用橡皮塞塞緊，仔細觀察實驗現(xiàn)象。 [問題討論]上述實驗中我們可明顯看到一段時間后，在玻璃管中間偏向濃鹽酸的一端先出現(xiàn)白煙，然后白煙向兩端逐漸擴散。請問為什么起初偏向濃鹽酸的一端先出現(xiàn)白煙呢？ [學生討論]在教師的提示下，由學生討論得出答案：因為分子量小的氨分子擴散的速度快，所以兩種氣體分子在靠近濃鹽酸的一端先相遇產(chǎn)生白煙。 [練習]NH3也可與其他酸發(fā)生類似的反應，請同學們動手練習： NH3＋HNO3===NH4NO3 2NH3＋H2SO4===(NH4)2SO4 [思考]生產(chǎn)Cl2的化工廠常用濃氨水來檢查生產(chǎn)設備和管道是否漏氣，如有白煙生成，則說明已發(fā)生漏氣，這是為什么？ [學生猜想]一定是氯氣與氨氣發(fā)生反應后有氨化銨固體小顆粒在空氣中呈白煙狀，來檢查生產(chǎn)設備和管道是否漏氣。 [教師解析]反應原理：3Cl2＋2NH3===6HCl＋N2 HCl＋NH3===NH4Cl。 [過渡]在上述氨氣與水、氨氣與酸的反應中，氮元素的化合價都沒有發(fā)生變化，那么它能否發(fā)生氧化還原反應呢？請同學們閱讀課本P98～99的思考與交流，討論、思考下列問題： [問題1]氮氣怎樣轉(zhuǎn)化為氨氣？ [講解]前面我們提到過，德國化學家弗里茨哈伯因為發(fā)明合成氨方法而獲得諾貝爾化學獎。那么他是怎樣合成氨氣的呢？其實他的方法就是用氮氣和氫氣為原料，在高溫、高壓、催化劑的條件下來合成氨氣。 N2＋3H2 2NH3 [引申]哈伯合成氨法是人工固氮的重要方法，那么什么是氮的固定？一氧化氮與氧氣反應生成二氧化氮也是氮的固定嗎？ [學生討論]將游離的氮轉(zhuǎn)變?yōu)榈幕衔锏姆椒ㄊ堑墓潭āＲ谎趸c氧氣反應生成二氧化氮是氮的化合物間的轉(zhuǎn)化，因而不是氮的固定。 [問題2]氨氣中氮元素的化合價是多少？與氧氣如何反應？ [學生討論]氨氣中氮的化合價為－3價，在化學反應中它的化合價可以升高，具有還原性。 [問題3]按照課文P98～99的思考與交流討論工業(yè)上制HNO3的流程圖，寫出各步反應的化學方程式。 N2―→NONO2HNO3 請同學們課后在作業(yè)本上完成上圖的各步反應。 [過渡]我們知道物質(zhì)的性質(zhì)決定了它的用途，大家能否根據(jù)氨氣的性質(zhì)推測氨氣可能具有哪些用途？ [學生討論小結]氨的用途： 因為氨氣易液化，故可作制冷劑； 因為氨氣極易溶于水，故可制氨水； 因為氨氣可與酸反應生成銨鹽，故可制氮肥； 因為氨氣具有還原性，故可被氧化制硝酸…… 1．當氨氣發(fā)生大面積泄漏時，你認為可采取哪些措施來減少或消除由此帶來的危害和損失？ 2．通過上網(wǎng)查閱資料進一步了解氨氣還有哪些用途？ 3．用一充滿氨氣的燒瓶做噴泉實驗，當水充滿整個燒瓶后，燒瓶內(nèi)的氨水的物質(zhì)的量濃度是(按標準狀況下計算)多少？ 4.4.1　氨氣的性質(zhì) 1．氨的物理性質(zhì) (1)氨是無色氣體，有刺激性氣味；(2)易液化；(3)比空氣輕；(4)極易溶于水。 2．氨的化學性質(zhì) (1)NH3與水的反應：NH3＋H2ONH3H2ONH＋OH－ (2)NH3與酸的反應：NH3＋HCl===NH4Cl、NH3＋HNO3===NH4NO3、2NH3＋H2SO4===(NH4)2SO4 (3)NH3的還原性：4NH3＋5O24NO＋6H2O 3．氨的用途 1．光化學煙霧 大氣中的烴和NOx等為一次污染物，在太陽光中紫外線照射下能發(fā)生化學反應，衍生種種二次污染物。由一次污染物和二次污染物的混合物(氣體和顆粒物)所形成的煙霧污染現(xiàn)象，稱為光化學煙霧。NOx是這種煙霧的主要成分，又因其1946年首次出現(xiàn)在美國洛杉磯，因此又叫洛杉磯型煙霧，以區(qū)別于煤煙煙霧(倫敦型煙霧)。 這種洛杉磯型煙霧是由汽車的尾氣所引起，而日光在其中起了重要作用： 2NO(g)＋O2(g)―→2NO2(g) NO2(g)NO(g)＋O(g) O(g)＋O2(g)―→O3(g) NO2見光分解成NO和氧原子時，光化學煙霧的循環(huán)就開始了。氧原子會和氧分子反應生成臭氧(O3)，O3是一種強氧化劑，O3與烴類發(fā)生一系列復雜的化學反應，其產(chǎn)物中有煙霧和刺激眼睛的物質(zhì)，如醛類、酮類等物質(zhì)。在此過程中，NO2還會形成另一類刺激性強烈的物質(zhì)如PAN(硝酸過氧化乙酰)。另外，烴類中一些揮發(fā)性小的氧化物會凝結成氣溶膠液滴而降低能見度。下列化學方程式表示光化學煙霧的主要成分和產(chǎn)物。 汽車排氣＋陽光＋O2(g)―→O3(g)＋NOx(g)＋CO2(g)＋H2O(g)＋有機化合物 CO，NOx，烴　提供能量　　氧化劑　刺激劑 總之，NO，烴的氧化，NO2的分解，O3和PAN等的生成，是光化學煙霧形成過程的基本化學特征，其反應機理極為復雜，至今還在研究之中。它對大氣造成的嚴重污染不能輕視。O3、PAN、醛類對動植物和建筑物傷害很大，對人和動物的傷害主要是刺激眼睛和黏膜，及氣管、肺等器官，引起眼紅流淚、頭痛、氣喘咳嗽等癥狀，嚴重者也有死亡的危險。O3、PAN等還能造成橡膠制品老化、脆裂，使染料褪色并損壞油漆涂料、紡織纖維和塑料制品等等。 在發(fā)生光化學煙霧時，大氣中各種污染物的濃度比晴朗天氣要增大五六倍，能見度晴天為11.2 km，而煙霧天只有1.6 km。 顯然，要對石油、氮肥、硝酸等化工廠的排廢嚴加管理，嚴禁飛機在航行途中排放燃料等，以減少氮氧化物和烴的排放?，F(xiàn)在已研制開發(fā)成功的催化轉(zhuǎn)化器，就是一種與排氣管相連的反應器，它使排放的廢氣和外界空氣通過催化劑處理后，氮的氧化物轉(zhuǎn)化成無毒的N2，烴可轉(zhuǎn)化成CO2和H2O。 2．氨與氯化氫的反應 氯化氫和氨氣反應時生成氯化銨，該反應是一個生成固體且氣體體積減小的反應，但過去在演示該反應時，通常只能看到有白煙(NH4Cl)生成。改進后，不僅能看到白煙的生成，還能感覺到反應的熱效應；并從實驗現(xiàn)象反映出氣體體積的減小。 如圖，A、B為兩個錐形瓶，A瓶塞為雙孔橡皮塞，B瓶塞為單孔橡皮塞，A、B兩瓶的瓶塞用一根短的粗玻璃管(10 mm80 mm) 相連，A瓶塞另一孔插一玻璃導管，在瓶內(nèi)的一端導管緊扎一氣球，另一端和大氣連通。 操作時，先在A、B兩瓶中分別用向上和向下排空氣法收集滿氯化氫和氨兩種氣體，并迅速如圖所示安好裝置，塞緊兩瓶塞。翻轉(zhuǎn)A、B兩瓶，使A 瓶在上，B瓶在下，這時，發(fā)現(xiàn)B瓶內(nèi)不斷有白煙生成，且越來越濃。A瓶中的氣球慢慢鼓起，直到氣球緊貼A瓶內(nèi)壁，占滿A瓶。用手觸摸B瓶外壁，有熱乎乎的感覺，說明B瓶內(nèi)發(fā)生的反應能放出熱量。 反應開始后，系統(tǒng)內(nèi)氣體不斷減少，壓強不斷降低。由于扎有氣球的導管是和大氣連通的，所以氣球慢慢鼓起，A瓶中的氯化氫氣體被源源不斷地排入B瓶。 若A瓶中盛有二氧化硫氣體，B瓶中盛有硫化氫氣體(盡量使硫化氫氣體的體積是二氧化硫的2倍)，還可同樣很好地演示二氧化硫和硫化氫的反應，反應后，氣球同樣緊貼A瓶內(nèi)壁，并有黃色的硫附著在B瓶內(nèi)壁上。