高中化学鲁科版 (2019)必修 第一册第3节 氮的循环教案

这是一份高中化学鲁科版 (2019)必修 第一册第3节 氮的循环教案，共10页。教案主要包含了知识与能力目标，过程与方法目标，情感态度价值观目标，教学重点，教学难点等内容，欢迎下载使用。

教学目标
【知识与能力目标】
了解硝酸的物理性质；
掌握硝酸的强酸性、热不稳定性及强氧化性；
掌握硝酸根离子的检验方法。
【过程与方法目标】
熟练运用研究物质性质的一般方法：运用观察法等研究物质的物理性质，运用实验法探究物质的化学性质。培养动手实验能力、归纳分析能力。
【情感态度价值观目标】
通过实验探究，提高学习化学的兴趣；通过学习人类活动对自然界氮的循环及环境的影响，提高热爱生活、热爱化学的情感。
教学重难点
【教学重点】
硝酸的物理性质化学性质；硝酸根离子的检验。
【教学难点】
硝酸的强氧化性；硝酸根离子的检验。
课前准备

多媒体课件等
教学过程
硝酸
1．物理性质
纯硝酸为无色、有刺激性气味的液体，沸点低，易挥发，在空气中呈“白雾”状，质量分数95%以上的浓硝酸称为“发烟硝酸”。
2．化学性质
(1)酸性：属于强酸，具有酸的通性，
如CaCO3与HNO3反应CaCO3＋2HNO3(稀)===Ca(NO3)2＋CO2↑＋H2O。
(2)不稳定性：见光或受热易分解，
4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。
光照越强、温度越高、硝酸越浓，越易分解。硝酸分解放出的NO2溶于其中而使硝酸呈黄色。
(3)强氧化性：
二、人类活动对氮循环和环境的影响
1．含氮物质的来源及其危害
2．减少人类活动对氮循环和环境的影响措施
(1)控制进入大气、陆地和海洋的有害物质的数量。
(2)增强生态系统对有害物质的吸收能力，如保护森林、植树造林等。
[重点剖析]
硝酸是强氧化性酸，显强氧化性的是最高价态＋5价氮元素，反应中N元素得到电子转化为较低价态。
1．硝酸与金属反应
硝酸与金属反应无H2生成，通常情况下，浓硝酸与金属反应生成的主要是NO2，稀HNO3与金属反应生成的主要是NO。
(1)硝酸与铜的反应：
①Cu与浓HNO3反应的现象：反应剧烈，生成红棕色气体，溶液变蓝。
②Cu与稀HNO3反应的现象：反应较缓慢，放出无色气体，然后又立即变为红棕色，溶液变蓝。
(2)硝酸与Fe、Al的反应：
①Fe、Al等金属在常温下遇浓硝酸发生钝化现象。钝化有新物质生成，是化学变化。
②稀硝酸与铁反应：
2.浓硝酸与非金属反应
(1)可将C、S、P等非金属氧化成最高价氧化物或含氧酸。如S＋6HNO3(浓)eq \(=====,\s\up7(△),\s\d5( ))H2SO4＋6NO2↑＋2H2O。
(2)一般只有浓HNO3在加热时才与非金属反应。
3．硝酸与具有还原性的化合物反应
硝酸可氧化具有还原性的化合物，如I－、Br－、SO2、Fe2＋、S2－、SOeq \\al(2－,3)等。
[特别提醒]
(1)硝酸与金属反应时，一般既表现强氧化性，又表现酸性，参加反应的硝酸部分被还原，还有一部分仍以NOeq \\al(－,3)形式存在。
(2)浓硝酸与金属反应的过程中，浓度逐渐减小，还原产物有可能是NO2和NO的混合物，最终溶液中仍有NOeq \\al(－,3)。
[典例印证]
[例题1] 将红热的固体单质甲投入黄色的溶液乙中，剧烈反应产生混合气体A，A在常温下不与空气反应，根据下列变化填空：

(1)甲是_________，乙是_________，丙是____________。
(2)混合气体A的主要成分是________。
(3)气体B是________，蓝色溶液是________。
(4)甲与乙反应的化学方程式是___________。
[解析] 气体A与水反应后的溶液与单质丙反应，生成气体B和蓝色溶液，可推知丙为Cu，A中含NO2，A与水反应生成HNO3，所以B为NO；气体A与水反应后的气体通过澄清石灰水得到NO和白色沉淀，联想A是固体甲与黄色溶液乙反应得到的混合气体，可推知甲为碳，乙为浓硝酸，A中含NO2、CO2。
[答案] (1)C 浓硝酸 Cu (2)CO2和NO2
(3)NO Cu(NO3)2溶液
(4)C＋4HNO3(浓)eq \(=====,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
浓HNO3与碳反应生成CO2、NO2的混合气体，将混合气体先通入水中，再将气体NO和CO2通入澄清石灰水会产生白色沉淀，但注意如果将CO2和NO2的混合气体通入澄清石灰水不会产生白色沉淀。
1．某兴趣小组设计出如图所示装置来改进教材中“铜与硝酸反应”实验，以探究化学实验的绿色化。
(1)实验前，关闭活塞b，试管d中加水至浸没长导管口，塞紧试管c和d的胶塞，加热c，其目的是___________。
(2)在d中加适量NaOH溶液，c中放一小块铜片；由分液漏斗a向c中加入2 mL的浓硝酸。c中反应的化学方程式是__________________。再由a向c中加2 mL蒸馏水，c中的实验现象是_________。
(3)下表是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理念的最佳方案是________，理由是_______。
解析：(1)连接好一整套装置，关闭分液漏斗活塞，把出气导管液封，加热发生装置，显然是检验装置气密性。(2)铜片与2 mL浓硝酸反应的化学方程式为Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，再加入2 mL 蒸馏水，硝酸浓度变稀，降低了反应物浓度使反应减慢，同时产物气体由NO2变NO，故装置中气体颜色变浅。(3)从题表中制取硝酸铜的三种方案可以看出丙方案消耗反应物硝酸少(只起酸性作用)且不产生污染性气体NO、NO2等，显然是体现绿色化学的最佳方案。
答案：(1)检查装置气密性
(2)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O反应变缓，气体颜色变淡 (3)丙 耗酸量最少，无污染

[重点剖析]
1．一般分析
(1)反应通式：M＋HNO3―→M(NO3)n＋还原产物＋H2O。
(2)还原产物：浓HNO3―→NO2；稀HNO3―→NO。
(3)HNO3的物质的量：
①起氧化作用的HNO3转化为气体(NO、NO2)时，气体的物质的量等于被还原的酸的物质的量。
②起酸性作用的HNO3转移到生成物的盐中，可以根据金属阳离子的物质的量求出。
③没有参加反应的HNO3，可根据溶液中H＋的物质的量求出。
2．常见反应
浓硝酸与Cu反应时，若Cu过量，反应开始时浓硝酸的还原产物为NO2，但随着反应的进行，硝酸变稀，其还原产物将为NO，最终应得到NO2与NO的混合气体，可利用守恒规律求解有关Cu、HNO3和混合气体之间的量的关系，硝酸与其他金属(过量)反应的情况与此类似。
3．常用解题方法
(1)原子守恒：n(HNO3)＝n(NOeq \\al(－,3))＋n(还原产物中氮原子)。
(2)电子守恒：硝酸与金属反应属于氧化还原反应，N原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数。
(3)电荷守恒：Mn＋和H＋所带正电荷总数等于NOeq \\al(－,3)所带负电荷总数。
[特别提醒]
过量的金属与浓HNO3反应后，若向溶液中滴入稀H2SO4，引入的H＋与NOeq \\al(－,3)能与剩余的金属继续反应。
[典例印证]
[例题2] 将7.68 g铜与50 mL一定浓度的硝酸恰好完全反应，产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为4.48 L。
请回答：
(1)NO的体积为______L，NO2的体积为______L。
(2)被还原的硝酸的物质的量是________ ml。
(3)硝酸的物质的量浓度是________ ml·L－1。
(4)欲使铜和硝酸产生的气体收集于一倒置于水槽的容器中，当充入标准状况下O2________L时，使水充满容器。
[解析] n(Cu)＝eq \f(7.68 g,64 g·ml－1)＝0.12 ml，
n(NO)＋n(NO2)＝eq \f(4.48 L,22.4 L·ml－1)＝0.2 ml。
(1)解法一：设n(NO2)＝x ml，则n(NO)＝(0.2－x) ml，
Cueq \(――→,\s\up7(浓HNO3),\s\d5( ))2NO2↑ 3Cueq \(――→,\s\up7(稀HNO3),\s\d5( ))2NO↑
eq \f(x,2) ml x ml eq \f(3,2)(0.2－x) ml (0.2－x) ml
得eq \f(x,2)＋eq \f(3,2)(0.2－x)＝0.12，解得x＝0.18 ml，
则V(NO2)＝0.18 ml×22.4 L·ml－1＝4.032 L，
V(NO)＝(0.2－0.18) ml×22.4 L·ml－1＝0.448 L。
解法二：Cu～Cu2＋～ 2e－
0.12 ml 0.24 ml e－
HNO3～NO2↑～e－ HNO3～NO↑～3e－
n(NO2) n(NO2) n(NO) 3n(NO)
由得失电子守恒得：n(NO2)＋3n(NO)＝0.24
又因n(NO2)＋n(NO)＝0.2解得n(NO2)＝0.18 ml，
n(NO)＝0.02 ml，
即V(NO2)＝4.032 L，V(NO)＝0.448 L。
(2)HNO3被还原生成NO和NO2，故被还原的n(HNO3)＝n(NO2)＋n(NO)＝0.2 ml。
(3)
故n(HNO3)＝2n(Cu)＋[n(NO)＋n(NO2)]＝
2×0.12 ml＋0.2 ml＝0.44 ml，
则c(HNO3)＝eq \f(nHNO3,V)＝eq \f(0.44 ml,0.05 L)＝8.8 ml·L－1。
(4)充入O2后，水充满容器，则O2将NO和NO2氧化又生成HNO3，其过程可表示为：HNO3NO＋NO2，两个相反的过程得失电子数相等。
即：2Cu ～ O2 ～ 4e－
0．12 ml 0.06 ml
V(O2)＝0.06 ml×22.4 L·ml－1＝1.344 L。
[答案] (1)0.448 4.032 (2)0.2 (3)8.8 (4)1.344
(1)浓HNO3与Cu反应，只要Cu足量，会产生NO2和NO混合气体，作氧化剂的HNO3，一部分HNO3―→NO2，另一部分HNO3―→NO，由N原子守恒可知，被还原的n(HNO3)＝n(NO)＋n(NO2)。
(2)NO＋NO2＋O2＋H2O―→HNO3，电子转移数目与Cu―→Cu2＋转移电子数目相等，所以由电子守恒将O2和Cu建立量的关系。
2．9.7 g Cu和Zn的合金与足量的稀硝酸反应，还原产物只有NO气体，其体积在标准状况下为2.24 L。将溶液稀释为1 L，测得溶液中的c(H＋)＝0.1 ml·L－1，此时溶液中NOeq \\al(－,3)的浓度为__________。
解析：n(NO)＝0.1 ml，转移电子的物质的量为0.1 ml×3＝0.3 ml，据得失电子守恒可知：n(Cu＋Zn)＝0.3 ml÷2＝0.15 ml，n[Cu(NO3)2]＋n[Zn(NO3)2]＝0.15 ml，其中所含n(NOeq \\al(－,3))＝0.3 ml，溶液中c(HNO3)＝c(H＋)＝0.1 ml·L－1，其中含n(NOeq \\al(－,3))＝0.1 ml，溶液中NOeq \\al(－,3)的总浓度为0.4 ml·L－1。
答案：0.4 ml·L－1
教学反思
略。
反应物量的关系
HNO3过量
Fe过量
恰好反应
产物
Fe(NO3)3
Fe(NO3)2
Fe(NO3)3或Fe(NO3)2或二者的混合物
方案
反应物
甲
Cu、浓硝酸
乙
Cu、稀硝酸
丙
Cu、O2、稀硝酸