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2019-2020年高中化學 第3章 自然界中的元素 第2節(jié) 氮的循環(huán)教案 魯科版必修1 【復習】 1、碳酸鈉、碳酸氫鈉的化學性質(zhì)； 2、C、CO、CO2；碳酸鹽、碳酸氫鹽的相互轉(zhuǎn)化。 【提問】上次課后給大家布置了一項任務(wù)：查找氮循環(huán)的資料，小組合作畫出氮循環(huán)圖示，寫出短文。重點說明氮循環(huán)中涉及到哪些含氮元素的物質(zhì)，它們是如何轉(zhuǎn)化的？下面，請各小組準備交流。 【小組交流】選取二個小組作為代表在課堂上交流，其他小組的成果課后以科技小報的形式展示或收錄到成長檔案袋中。 【點評評價】教師點評并做好表現(xiàn)性評價 【過渡】在氮循環(huán)中涉及到了較多重要的含氮元素的物質(zhì)及其變化，下面我們一起來探討這些物質(zhì)的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化。 【板書】1、氮氣與氮的固定。 【講述】 氮氣是由氮原子構(gòu)成的雙原子分子，兩個氮原子間共用三對電子，使每個原子都達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。要破壞這種牢固的結(jié)合，需要很高的能量。故常溫下，氮氣的化學性質(zhì)不活潑，很難與其它的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。但在一定的條件下，氮氣能與氧氣、氫氣等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。 【演示實驗】 在一個空礦泉水塑料瓶距瓶底10cm處，對稱地鉆兩個小孔， 然后放在感應(yīng)圈上，將感應(yīng)圈的兩根極針通過小孔插入瓶中，使 兩根極針成一條直線，且針尖之間相距0.5cm（如圖），接通電源， 觀察實驗現(xiàn)象。待礦泉水瓶中產(chǎn)生紅棕色氣體后，加入蒸餾水， 振蕩，用藍色石蕊試紙檢驗產(chǎn)生的溶液。 【結(jié)論】 在放電或高溫的條件下，空氣中的氮氣能與氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成一氧化氮，一氧化氮在空氣中很不穩(wěn)定，易被氧化成二氧化氮，二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸。 【板書】 N2+O2 2NO (有毒、無色、難溶于水) 2NO+O2=2NO2 （有毒、紅棕色、與水反應(yīng)） 3NO2+H2O=2HNO3+NO <討論>1、現(xiàn)給你一試管二氧化氮，其它藥品和儀器自選，根據(jù)上述反應(yīng)，請你設(shè)計實驗，要求盡可能多的使二氧化氮被水吸收。 2、你的設(shè)計對工業(yè)上生產(chǎn)硝酸有什么啟示？（從原料的充分利用，減少污染物的排放等方面考慮。） 【過渡】植物只能利用化合態(tài)的氮，除了閃電等自然方法外，能否用人工的方法把空氣中的氮氣轉(zhuǎn)化為植物可吸收的含氮化合物呢？通過大量實驗研究，科學家們發(fā)現(xiàn)在一定條件下，氮氣和氫氣可以直接化合生成氨。 【板書】 N2+3H2 2NH3 （可逆反應(yīng)） 【講述】像這樣同時向正反兩個方向進行的反應(yīng)稱為可逆反應(yīng)。在可逆反應(yīng)的化學方程式中用“ ”代替“=”。 人們把像這樣使空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮的方法叫做氮的固定。綜上所述： 【板書】 氮的固定 【指導閱讀】 閱讀P74 -氨的合成。 【課堂小結(jié)】 學生自己概括整合。 【課堂練習】 1、 氮的固定有三種途徑：生物固氮、自然固氮和工業(yè)固氮。指出下列固氮方式各屬于哪種類型。 （1） 閃電時氮氣轉(zhuǎn)化為一氧化氮。 （2） 豆科作物根瘤菌將氮氣轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮。 （3） 在高溫、高壓和催化劑作用下，氮氣和氫氣反應(yīng)合成氨。 2、 雷鳴閃電是日常生活中司空見慣的現(xiàn)象。在閃電發(fā)生的過程中，空氣中的氮氣和氧氣直接化合。假設(shè)某次雷電放出的能量為1.5107KJ。已知1molO2與1molN2化合時要吸收181KJ的能量，閃電時有1/1000的能量用于這一反應(yīng)。 （1）此次閃電所產(chǎn)生的一氧化氮的物質(zhì)的量是多少？ （2）此次雷電的生成物相當于給土壤施加了多少千克的尿素[CO(NH2)2]化肥？ 第2課時 【復習】高能固氮和工業(yè)固氮發(fā)生的主要反應(yīng)有哪些？ 【引入】氨是氮循環(huán)中的主要物質(zhì)，它在人類的生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用。下面我們一起來探討氨和銨態(tài)氮肥的主要性質(zhì)和用途。 【板書】 2、氨和銨態(tài)氮肥 【演示實驗1】 氨的溶解性實驗。 【演示實驗2】 氨和氯化氫的反應(yīng)。 【交流討論】用多媒體投影所要討論的問題： 通過觀察實驗現(xiàn)象，思考、歸納并回答下列問題： 1、完成下列表格 實 驗 實驗現(xiàn)象 結(jié) 論 實 驗1 實 驗2 2、通過觀察實驗現(xiàn)象，你獲得了氨的哪些物理性質(zhì)？是通過什么現(xiàn)象獲得的？ 3、氨的噴泉實驗原理是什么？氨溶解于水僅是簡單的溶解過程嗎？由什么現(xiàn)象可以說明？ 4、由[演示實驗2]的現(xiàn)象，你能得出哪些結(jié)論？ 5、氨除了能與鹽酸反應(yīng)外，還能與硫酸、硝酸反應(yīng)嗎？若能，請寫出化學反應(yīng)方程式。演示實驗2中若將濃鹽酸用濃硝酸、濃硫酸代替，會觀察到同樣的現(xiàn)象嗎？ 6、氨中氮元素的化合價是-3，請從化合價的角度分析，氨還可能具有什么性質(zhì)？它可能與哪些物質(zhì)反應(yīng)？ 7、氨水為何不大量用作化肥？ 【歸納板書】 學生歸納，老師點評并板書。 一、氨的物理性質(zhì)： 無色；有刺激性氣味的氣體；比空氣輕；極易溶于水（1：700）。 二、氨的化學性質(zhì)： 1、與水反應(yīng)：NH3+H2O NH3H2O （可逆反應(yīng)） NH3H2O NH4++OH- （可逆過程） 2、與酸反應(yīng)：NH3+HCl=NH4Cl NH3+HNO3=NH4NO3 2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4 3、與氧氣反應(yīng)：4 NH3+5O2 4NO+6H2O 【講解】 由于氨水易揮發(fā)，不易運輸，因此氨水不大量用作化肥，而是常將氨制成各種固態(tài)的銨鹽加以使用，如何科學的使用銨態(tài)氮肥呢？要解決這一問題，首先要了解銨態(tài)氮肥的主要成分——銨鹽的主要性質(zhì)。 【演示實驗3】取少量氯化銨固體放在試管中加熱。 【演示實驗4】取少量碳酸氫銨固體放在試管中加熱，并將生成的氣體通入新制的石灰水中。 【演示實驗5】在試管中加入少量氯化銨固體，再滴加適量的10%氫氧化鈉溶液，加熱，并將濕潤的紅色石蕊試紙貼在玻璃棒上靠近試管口，觀察現(xiàn)象。 【交流討論】用多媒體投影所要討論的問題： 通過觀察實驗現(xiàn)象，思考、歸納并回答下列問題： 1、完成下列表格： 實 驗 實驗現(xiàn)象 結(jié)論及化學方程式 實驗1 實驗2 實驗3 2、銨鹽具有哪些物理、化學性質(zhì)？ 3、銨鹽與堿溶液反應(yīng)的本質(zhì)是什么？ 4、怎樣合理地儲存和施用銨態(tài)氮肥？ 【歸納板書】 學生歸納，老師點評并板書 三、銨鹽的物理性質(zhì)：白色，易溶于水的晶體。 四、銨鹽的化學性質(zhì)： 1、受熱易分解：NH4Cl NH3 ↑+HCl↑ NH4HCO3NH3 ↑ +CO2 ↑ +H2O 2、與堿溶液反應(yīng)：NH4++OH- NH3 ↑+H2O NH4++OH-= NH3H2O 保存方法：密封、陰涼通風處保存。 施用注意事項：不能與堿性物質(zhì)如草木灰等混用；埋在土下以保持肥效。 【課堂小結(jié)】 學生整合本節(jié)課所學的內(nèi)容。 【課堂練習】教材P80-81 1（3）（4）（5）、4（1） 【課外作業(yè)】教材P81 2、3 第3課時 【復習引入】 通過前面的學習，你知道通過哪些方法可以制得NH3？如果實驗室要制得少量NH3，你會選擇哪種方法？為什么？（由于氮氣與氫氣反應(yīng)條件不易獲得，加熱銨鹽制得的NH3又不純，故實驗室選擇銨鹽與堿反應(yīng)來制得少量氨氣。） 【板書】 3、氨氣的實驗室制法。 △ （1）反應(yīng)原理：2NH4Cl+Ca(OH)22 NH3 ↑+CaCl2+2H2O （2）發(fā)生裝置——固體+固體→型 （3）干燥劑——堿石灰或無水CaCl2 （4）收集方法——向下排空氣法 （5）驗滿方法——濕潤的紅色石蕊試紙 （6）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？ 【講述】 工業(yè)三酸之一的硝酸是一種重要的化工原料，也是一種重要的化學試劑，下面我們一起來討論它的性質(zhì)。 【板書】 五、硝酸及其應(yīng)用 【實驗1】 取一瓶濃硝酸，打開瓶蓋，小心的扇聞濃硝酸的氣味。 【實驗2】 在兩支試管中各放入一小塊銅片，分別加入少量4mol/L的稀硝酸和14mol/L的濃硝酸，立即用蘸有氫氧化鈉溶液的棉花封住試管口，觀察試管中發(fā)生的現(xiàn)象。 【實驗3】 將[實驗2]中的金屬銅換成金屬鐵進行相同的實驗，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。 【交流討論】用多媒體投影所要討論的問題： 通過觀察實驗現(xiàn)象，思考并回答下列問題： 1、完成下列表格： 實 驗 實 驗 現(xiàn) 象 結(jié) 論 實驗1 實驗2 實驗3 2、通過實驗探究，你對硝酸的氧化性有了哪些認識？ 3、濃硝酸通常保存在棕色試劑瓶中，為什么？ 4、歸納硝酸的物理、化學性質(zhì)？ 【歸納板書】 學生歸納，老師點評并板書 1、物理性質(zhì)：純硝酸無色，易揮發(fā)，有刺激性氣味，熔沸點低，密度比水大。 2、化學性質(zhì)： （1）不穩(wěn)定性：4HNO3 2H2O+4NO2↑+O2↑ （2）強氧化性：（規(guī)律：濃硝酸一般被還原為NO2，稀硝酸一般被還原為NO，產(chǎn)物與硝酸的濃度有關(guān)。） ①與金屬反應(yīng)——除金、鉑、鈦外（常溫下，濃硝酸可使鐵、鋁鈍化） Cu+4HNO3（濃）=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3（稀）=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O ②與某些非金屬單質(zhì)（如碳）反應(yīng) C+4HNO3（濃）CO2↑+4NO2↑+2H2O <討論>①通常情況下，濃、稀硝酸作氧化劑時，還原產(chǎn)物有何規(guī)律？ ②濃硝酸通常被還原為NO2、稀硝酸通常被還原為NO，故相同條件下，稀硝酸的氧化性強于濃硝酸的氧化性，你認為這種觀點對嗎？請闡述你的理由。 【講述】 掌握物質(zhì)性質(zhì)的目的是為了更好的利用物質(zhì)，二戰(zhàn)期間，由于德軍即將占領(lǐng)丹麥，丹麥物理學家，諾貝爾獎獲得者玻爾被迫要離開自己的祖國。他堅信以后一定能返回祖國，決心把心愛的諾貝爾獎?wù)铝粝隆榱瞬皇躬務(wù)侣淙氲萝娭?，他把獎?wù)氯芙庠谝环N溶液中，并存放在瓶子里。丹麥被德軍占領(lǐng)后，納粹分子闖進玻耳家中，連獎?wù)碌挠白右矝]發(fā)現(xiàn)。戰(zhàn)后，玻耳從溶液中提取出金，又重新鑄成了獎?wù)隆＿@種溶液就是王水（由濃鹽酸與濃硝酸按體積比3：1混合而成）。又如食物中的硝酸鹽是無毒的，但是在一些細菌的作用下，會被還原為有毒的亞硝酸鹽導致食物中毒。生活中注意不要吃腐爛的食物，因為這種食物含較多的亞硝酸鹽。 【指導閱讀】閱讀P78-人類活動對自然界氮循環(huán)和環(huán)境的影響 <思考>由于人類活動對自然界氮循環(huán)的影響而導致的環(huán)境問題主要有哪些？ （酸雨、光化學煙霧、富營養(yǎng)化） 【課堂小結(jié)】 學生自主完成教材第81頁的“概括整合”。 【課堂練習】 教材P80 1（1）（2） 【布置研究性作業(yè)】 將學生分成若干小組，依據(jù)學生興趣自主選取其中一個課題進行研究，研究成果將以小組為單位以板報的形式進行交流。 1、如何減少人類活動對自然界中氮循環(huán)的影響？ 2、如何減少氮氧化物對環(huán)境的影響？ 3、查閱資料，了解人工固氮的研究方向、成果及研究固氮的意義。