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安徽省懷遠(yuǎn)縣包集中學(xué)高中化學(xué)魯科版必修1：3.2氮的循環(huán)學(xué)案 一、課標(biāo)研讀： 1、通過實(shí)驗(yàn)了解氮及其重要化合物的主要性質(zhì)； 2、認(rèn)識氮及其化合物在生產(chǎn)中的應(yīng)用和對生態(tài)環(huán)境的影響。 二、考綱解讀： 1、N2、氮的氧化物、NH3、銨鹽、HNO3的主要性質(zhì)及應(yīng)用； 2、氮的氧化物對環(huán)境質(zhì)量的影響。 三、教材分析 氮及其化合物是高中化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，是學(xué)生在中學(xué)階段所學(xué)習(xí)的元素化合物知識的重要組成本分。這部分內(nèi)容如氮的固定、氮肥，以及人們在利用含氮物質(zhì)過程中對環(huán)境造成的影響等，與生產(chǎn)生活有著密切的聯(lián)系。氮及其化合物的重要性質(zhì)也是高考的熱點(diǎn)之一。 重點(diǎn)：1、N2、氮的氧化物、NH3、銨鹽、HNO3的主要性質(zhì)； 2、培養(yǎng)學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)分析物質(zhì)性質(zhì)的能力，并使他們初步體會物質(zhì)的濃度對化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的影響，進(jìn)一步認(rèn)識實(shí)驗(yàn)中變量控制的重要性。 難點(diǎn)：1、氮的氧化物的重要性質(zhì)； 2、硝酸的氧化性。 四、教學(xué)策略 1、通過閃電這一自然現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生思考自然界中的含氮物質(zhì)；通過自然界中的氮的循環(huán)，使他們了解氮循環(huán)的基本過程，認(rèn)識氮循環(huán)過程中的重要物質(zhì)。 2、通過了解生物固氮和人工固氮形式，使學(xué)生認(rèn)識氮?dú)庠谝欢l件下能夠與氧氣、氫氣發(fā)生反應(yīng)，并且了解氮的固定的相關(guān)知識，如什么是氮的固定、氮的固定主要有哪些形式；了解氮的兩種氧化物：一氧化氮和二氧化氮的顏色、狀態(tài)、溶解性，一氧化氮與氧氣的反應(yīng)，二氧化氮與水的反應(yīng)，了解自然界中形成硝酸的過程。 3、通過觀察思考活動，使學(xué)生認(rèn)識氨氣的溶解性，氨氣與水的反應(yīng)，以及氨的還原性，如氨能夠與氧氣發(fā)生反應(yīng)；通過認(rèn)識銨鹽的受熱分解、銨鹽與堿的反應(yīng)，認(rèn)識銨態(tài)氮肥的使用問題，了解它們在生產(chǎn)中的應(yīng)用。 4、認(rèn)識硝酸的強(qiáng)氧化性。 5、通過了解人類活動對氮的循環(huán)的影響，使學(xué)生知道酸雨、光化學(xué)煙霧和富營養(yǎng)化等環(huán)境問題，了解如何減少氮氧化物的排放，樹立環(huán)境保護(hù)的意識。 第一課時 一、自然界中氮的循環(huán) 1、氮在生物圈中的循環(huán) 空氣中 的氮 植物 蛋白 動物 蛋白 人體內(nèi) 的氮 細(xì)菌的分解作用 氨、銨鹽、 硝酸鹽 無機(jī)氮 2、人類的活動對氮在自然界中循環(huán)的影響 ①人類通過化學(xué)方法將空氣中的氮轉(zhuǎn)化為氨，再根據(jù)需要將氨轉(zhuǎn)化成各種含氮化合物，某些含氮化合物參與氮的循環(huán)。 ②化石燃料燃燒、森林和農(nóng)作物的枝葉燃燒所產(chǎn)生的含氮化合物通過大氣進(jìn)入陸地和海洋，參與氮的循環(huán)。 二、氮循環(huán)中的重要物質(zhì) 1、氮?dú)? （1）物理性質(zhì) 氮?dú)馐且环N無色、無味的氣體，難溶于水。 （3）氮的固定 ①定義：使空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的方法叫做氮的固定，簡稱固氮。 ②固氮類型： 氮的固定 自然固氮 人工固氮 仿生固氮 高能固氮 生物固氮 合成氨 2、一氧化氮和二氧化氮 （1）物理性質(zhì) 名稱 一氧化氮 二氧化氮 顏色、狀態(tài) 無色氣體 紅棕色氣體 氣味 刺激性氣味 溶解性 難溶 易溶 毒性 有毒 有毒 （2）化學(xué)性質(zhì) ①一氧化氮的化學(xué)性質(zhì)： 2NO+O2===2NO2 說明：a：NO與O2不共存； b：實(shí)驗(yàn)室只能用排水法收集NO ②二氧化氮的化學(xué)性質(zhì)： 3NO2+H2O===2HNO3+NO 說明：a：該反應(yīng)是N元素之間進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)； b：工業(yè)制取硝酸的原理； c：常用差量法進(jìn)行計(jì)算； d：實(shí)驗(yàn)室收集NO2只能使用向上排空氣法。 二氧化氮能使多種織物褪色，損壞多種織物和尼龍制品，對金屬和非金屬材料也具有腐蝕性。 練習(xí)： 1、充滿NO2氣體的試管倒立于盛滿水的在水槽中，充分反應(yīng)后，剩余氣體約占試管體積的幾分之幾？ 2、將20ml充滿NO2和NO混合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中，充分反應(yīng)后，剩余氣體的體積變?yōu)?0ml，求原混合氣體中NO2和NO的體積各為多少？ （3）氮的氧化物與環(huán)境保護(hù) ①光化學(xué)煙霧 ②硝酸型酸雨 【重點(diǎn)精講】 1、NO2和O2的同時通入水中相關(guān)反應(yīng)的判斷與計(jì)算 涉及到的化學(xué)反應(yīng)：3NO2+H2O===2HNO3+NO 2NO + O2 ===2NO2 可應(yīng)用關(guān)系式：4NO2 + O2 +2H2O === 4HNO3 討論如下： NO2和O2的體積比 發(fā)生的化學(xué)反應(yīng) 剩余氣體 = 4∶1 4NO2 + O2 +2H2O === 4HNO3 無 < 4∶1 4NO2 + O2 +2H2O === 4HNO3 O2 > 4∶1 4NO2 + O2 +2H2O === 4HNO3 3NO2+H2O===2HNO3+NO NO 練習(xí)：充滿NO2和O2的混合氣體的量筒倒置于水中，充分反應(yīng)后，保持氣體壓強(qiáng)不變，水進(jìn)入到量筒體積的一半處停止了，則原混合氣體中NO2和O2的體積比是多少？ 2、NO和O2同時通入水中相關(guān)反應(yīng)的判斷與計(jì)算 涉及到的化學(xué)反應(yīng)：2NO + O2 ===2NO2 3NO2+H2O===2HNO3+NO 可應(yīng)用關(guān)系式：4NO + 3O2 +2H2O === 4HNO3 討論如下： NO和O2的體積比 發(fā)生的化學(xué)反應(yīng) 剩余氣體 = 4∶3 4NO + 3O2 +2H2O === 4HNO3 無 < 4∶3 4NO + 3O2 +2H2O === 4HNO3 O2 > 4∶3 4NO + 3O2 +2H2O === 4HNO3 NO 練習(xí)：一定條件下將等體積的NO和O2的混合于一試管中，然后將試管倒立于盛有水的水槽中，充分反應(yīng)后，剩余氣體是什么？剩余氣體與原混合氣體的體積比是多少？ 第二課時 3、氨與銨態(tài)氮肥 （1）氨 ①物理性質(zhì)： 無色、有刺激性氣味的氣體；密度比空氣小；極易溶于水且能快速溶解，常溫、常壓下，1體積水中能溶解約700體積氨氣。 【噴泉實(shí)驗(yàn)】課本P76 ●實(shí)驗(yàn)裝置圖： ●引發(fā)實(shí)驗(yàn)的操作：擠壓膠頭滴管，打開止水夾，使少量水進(jìn)入燒瓶。 ●實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：形成噴泉，且燒瓶內(nèi)液體呈紅色。（為什么會形成噴泉？） ●實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵：a：裝置氣密性良好（如何檢查該裝置的氣密性？） b：燒瓶干燥。 ●實(shí)驗(yàn)結(jié)論：氨氣極易溶于水，且與水反應(yīng)生成了使溶液顯堿性的物質(zhì)。 ②化學(xué)性質(zhì)： 與水的反應(yīng)： NH3 + H2O NH3 H2O NH4+ + OH- 說明：氨氣是唯一能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)色的氣體。 與HCl氣體的反應(yīng)：NH3 + HCl === NH4Cl （課本P77實(shí)驗(yàn)） 與酸的反應(yīng)：2NH3 + H2SO4 === (NH4)2SO4 高溫 催化劑 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 與氧氣的反應(yīng)： （工業(yè)制硝酸的重要反應(yīng)之一） （2）銨鹽 ①物理性質(zhì)：銨鹽都是易溶于水的白色固體。 NH4HCO3 NH3↑ +CO2 ↑+H2O ②化學(xué)性質(zhì)： 不穩(wěn)定，受熱易分解： NH4Cl NH3 ↑+ HCl↑ （課本P78實(shí)驗(yàn)） NH4+ + OH- NH3↑+H2O 與堿反應(yīng)，生成氨氣： （應(yīng)用于銨根離子的檢驗(yàn)） 說明：注意氨鹽與堿反應(yīng)的化學(xué)方程式和離子方程式的寫法。 【難點(diǎn)精講】液氨、氨水、一水合氨的比較 液氨 氨水 一水合氨 物質(zhì)類別 NH3 NH3、NH4+、NH3 H2O、H2O、OH-、H+ NH3 H2O 所含粒子 純凈物 混合物 純凈物 ③氨氣的實(shí)驗(yàn)室制法： 2NH4Cl+Ca(OH)2 2 NH3 ↑+CaCl2+2H2O ●實(shí)驗(yàn)原理： 實(shí)驗(yàn)室制取及收集氨氣裝置圖 固 + 固 氣 ●實(shí)驗(yàn)裝置： ●干燥劑：堿石灰 ●收集方法：向下排空氣法 ●驗(yàn)滿方法：濕潤的紅色石蕊試紙（變藍(lán)）；用玻璃棒蘸取濃鹽酸靠近試管口（白煙）。 ●尾氣處理：用水吸收 討 論：用水吸收氨氣時，可能會出現(xiàn)什么現(xiàn)象，如何防止這一現(xiàn)象的發(fā)生？ 【跟蹤練習(xí)】 制取氨氣并完成噴泉實(shí)驗(yàn)（圖中夾持裝置均已略去）。 氨氣 水 圖1 圖2 ⑴寫出實(shí)驗(yàn)室制取氨氣的化學(xué)方程 式： 。 ⑵收集氨氣應(yīng)使用 法，要得到干燥的氨氣可選 用 做干燥劑。 ⑶用圖1裝置進(jìn)行噴泉實(shí)驗(yàn)，上部燒瓶已裝滿干燥氨氣， 引發(fā)水上噴的操作是 。 該實(shí)驗(yàn)的原理是 。 ⑷如果只提供如圖2的裝置，請說明引發(fā)噴泉的方法。 第三課時 4、硝酸 （1）物理性質(zhì)及用途： 純凈的硝酸是無色、易揮發(fā)、有刺激性氣味的液體， 硝酸是一種重要的化工原料，可用于制造炸藥、染料、塑料和硝酸鹽等。 （2）化學(xué)性質(zhì) a：強(qiáng)酸性：具有酸的通性 使指示劑變色： 與堿中和反應(yīng)： 與堿性氧化物反應(yīng)： 與活潑金屬反應(yīng)不產(chǎn)生H2： 與鹽發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)： b：不穩(wěn)定性：濃硝酸見光或受熱分解，一般保存在帶玻璃塞的棕色試劑瓶里，放置在陰涼處。 4HNO3 4NO2 ↑+ O2 ↑+ 2H2O 受熱或見光 Cu + 4HNO3（濃）==== Cu(NO3)2 + 4NO2 ↑+ 2H2O c：強(qiáng)氧化性：（從氧化還原的角度分析各化學(xué)方程式） 與金屬的反應(yīng)： 3Cu + 8HNO3（?。?=== 3Cu(NO3)2 + 4NO ↑+ 4H2O Fe + 4HNO3（?。?=== Fe(NO3)3 + NO ↑+ 2H2O 濃硝酸 蘸有氫氧化鈉溶液的棉花 稀硝酸 銅片 濃硝酸 蘸有氫氧化鈉溶液的棉花 稀硝酸 鐵片 【實(shí)驗(yàn)探究】 說明：①由于硝酸具有強(qiáng)氧化性，對皮膚、衣物、紙張等都有腐蝕性，所以使用硝酸（特別是濃硝酸）時，一定要格外小心，注意安全，萬一不慎將濃硝酸弄到皮膚上，應(yīng)立即用大量水沖洗，再用小蘇打水或肥皂水洗滌。 ②在做濃硝酸與銅片、鐵片反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)是，加入濃硝酸后，立即用蘸有NaOH溶液的棉花封住試管口，防止有毒氣體NO、NO2污染空氣。 ③硝酸能于除Pt、Au、Ti外幾乎所有的金屬反應(yīng)。 ④常溫下，濃硝酸使某些金屬如Al、Fe發(fā)生鈍化。 C + 4HNO3（濃）==== CO2 ↑+ 4NO2 ↑+ 2H2O 與非金屬的反應(yīng)： 與其它還原性物質(zhì)的反應(yīng)：3Fe2+ + NO3－ + 4H+ === 3Fe3+ + NO↑ + 2H2O 【知識小結(jié)】 ①硝酸與其它物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律是：一般濃硝酸的還原產(chǎn)物為NO2，稀硝酸的還原產(chǎn)物為NO ②硝酸與金屬反應(yīng)時，既表現(xiàn)氧化性，也表現(xiàn)酸性；而與非金屬反應(yīng)時，硝酸只表現(xiàn)出氧化性，判斷酸在反應(yīng)中是否表現(xiàn)出酸性時，一般看生成物中是否有相應(yīng)的鹽生成。 ③在分析硝酸的還原產(chǎn)物時，往往還需考慮隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硝酸濃度的變化。 【基礎(chǔ)演練】 1、實(shí)驗(yàn)室不需用棕色試劑瓶保存的試劑是 A、濃硝酸 B、濃硫酸 C、硝酸銀 D、氯水 2、為了除去鍍在鋁表面的銅鍍層，可選用的試劑是 A、濃硝酸 B、稀硝酸 C、鹽酸 D、氫氧化鈉溶液 【能力拓展】 在100ml某混合液中，HNO3和H2SO4的物質(zhì)的量濃度分別是0.4mol/L和0.1mol/L。向該溶液中加入1.92g銅粉，加熱，充分反應(yīng)后，所得溶液中Cu2+的物質(zhì)的量濃度為多少？（假設(shè)反應(yīng)前后溶液體積不變） 三、人類活動對氮循環(huán)和環(huán)境的影響 1、固氮及影響 （1）活化氮：NH4+和NO3-是自然界中活化氮的主要形態(tài)。氮?dú)馐嵌栊缘?，通過固氮而活化。 活化氮數(shù)量增加， 破壞全球生態(tài)平衡 影響 問題 溫室效應(yīng) 水體污染 酸雨 （2） （3）NOx的污染 ①氮的氧化物中，一氧化氮和二氧化氮是最主要的空氣污染物。 ②污染源：化石燃料的燃燒和植物體的焚燒，工業(yè)廢氣、廢水、生活污水的排放，農(nóng)田土壤及動物排泄物中含氮化合物的轉(zhuǎn)化。 污染 水體污染 大氣 污染 光化學(xué)煙霧；氮氧化物在紫外線作用下與碳?xì)浠衔锇l(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一種有毒的煙霧。 酸雨：NOx排入大氣中后，與水反應(yīng)，生成硝酸和亞硝酸，隨雨雪降到地面。 水體富營養(yǎng)化 ③ 2、對生產(chǎn)中氮氧化物污染的防治 （1） 控制進(jìn)入自然界的有害物質(zhì)的數(shù)量，例如：堿液吸收法。 （2） 增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)對有害物質(zhì)的吸收能力，例如：保護(hù)森林、植樹造林，促進(jìn)全球氮的良性循環(huán)。