高中化学第三节 硫和氮的氧化物第2课时教案设计

这是一份高中化学第三节 硫和氮的氧化物第2课时教案设计，共8页。教案主要包含了二氧化氮和一氧化氮等内容，欢迎下载使用。

三维目标
知识与技能
1.初步掌握一氧化氮和二氧化氮的重要性质，实验探究由二氧化氮制硝酸的可能方法，学会有关氮氧化物溶于水的计算方法。
2.熟悉氮在五种不同氧化物中的化合价。
3.培养学生观察能力、自学能力、资料、信息处理能力及科学抽象能力，对学生进行内因与外因辩证统一的教育。
过程与方法
1.会对有关物质的性质进行分析、归纳。
2.通过介绍“模拟生物固氮”“硝酸的工业制法”等研究工作，培养学生运用已有的课本知识解决实际问题的能力。并设计实验来证明，激发学生学习化学的兴趣，探索新知识的欲望，且在实验研究中培养求实、进取的优良品质。使学生初步掌握研究物质的方法——结构分析、推测可能的性质、设计实验、观察现象、分析现象、得出结论，再辩证地分析结论的适用范围。
情感、态度与价值观
1.通过氮化合物性质的学习，对学生进行量变到质变、对立统一规律等辩证唯物主义观点教育。
2.通过介绍“模拟生物固氮”“硝酸的工业制法”等研究工作，激发学生热爱科学、献身科学的精神。
3.了解氮氧化物对环境的污染，增强环保意识。通过对汽车尾气的超标排放给人体健康造成的危害和对大气造成污染的调查，培养学生关注社会、关注人类生存环境的意识，培养学生对事物的分析要一分为二，辩证看待的观念。
教学重点
1.掌握一氧化氮和二氧化氮的性质
2.认识研究某物质的程序和方法
教学难点
1.培养学生用新知识解决实际问题的能力
2.培养学生设计实验、动手实验、观察现象，并根据实验现象得出可能的规律的能力
教具准备
1.多媒体、N2的球棍模型、试管、玻璃管、水槽、胶塞、N2的氧化实验装置。
2.药品：NO2气体。
教学过程
资料导课投影：信使分子——NO
三位美国药理学家Rbert F.Furch gtt，Luis J.I gnarr和Ferid Murad获取了1998年诺贝尔生理学或医学奖。他们发现“NO是心血管系统的信号分子”， NO却在哺乳类动物及人类机体起着广泛的重要的生物学作用。
三位科学家发现NO在人体血管内具有传递信号的功能，使血管处于持续的舒张状态，血压降低。NO可抑制VSMC和心肌细胞增殖，维持其正常的有丝分裂；少量NO有正性心肌收缩力及心输出量的作用，并抑制白细胞黏附、浸润而减轻炎症介导的心肌细胞坏死，进而在心肌缺血再灌注损伤中发挥细胞保护作用。
［思考］NO被视为大气污染物，没想到它会在生命过程中有如此重要的作用，这会给我们什么启示？
［板书］二、二氧化氮和一氧化氮
师：欲认识两种氮氧化物，我们还要从大家最熟悉的氮气入手。
师：空气中氮气的体积分数为多少？
生：氮气在空气中的体积分数为78%。
师：自然界中的氮主要以游离态存在于大气中，生物体中蛋白质含有化合态氮，土壤中有硝酸盐，如KNO3、Ca(NO3)2等。所以有人说“氮是生命元素”。
［动画模拟］工业上用分离液态空气法制氮气的原理和操作。
师：预测氮气的性质活泼与否。
生：在通常情况下，氮气不活泼，不与氧气反应，但氮气在一定条件下还可以与氧气反应。
［板书］1.NO的生成及与NO2转化
多媒体演示，N2和O2在放电条件下的反应。
［练习］书写化学方程式并评价书写情况。
［板书］ N2+O22NO 2NO+O2====2NO2
师：这种把游离态的氮转化为化合态的氮的方法叫做氮的固定，简称固氮。
［演示］NO2溶于水实验。
操作：用带橡皮手套的拇指堵住试管口，将试管从水中取出，把试管正立起来，移开拇指，向试管中滴入1～2滴紫色石蕊试液。
［动画模拟］NO2溶于水实验
生：（学生观察实验现象和动画）一氧化氮难溶于水；二氧化氮溶于水，气体体积减少2/3，生成的气体接触空气又变成红棕色，水溶液滴入石蕊变红色。
师：3NO2+H2O====2HNO3+NO（引导学生分析氧化剂、还原剂及电子转移情况）。
师：NO2是否是硝酸的酸酐呢？说明理由。（不是，因为氮的化合价不是+5）。
师：您能否总结出二氧化氮有哪些物理性质呢？
生：二氧化氮是红棕色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易溶于水（和水反应）。
［动画模拟］“雷雨发庄稼”的动画。
师：引导学生思考“雷雨发庄稼”的原理及涉及的可能反应。
生：空气中氮气和氧气在放电下生成一氧化氮，一氧化氮再和氧气反应，生成二氧化氮，二氧化氮和水反应生成硝酸，硝酸与土壤中矿物质作用形成可溶性硝酸盐，成为氮肥被植物吸收。
［小结］
N2NONO2HNO3氮肥（可溶性的硝酸盐）
［思考］在新疆与青海交界处有一山谷，人称“魔鬼谷”。经常电闪雷鸣，狂风暴雨，把人畜击毙。然而谷内却是牧草茂盛，四季常青。这是为什么？试写出相关反应的化学方程式。
［小结］N2+O22NO
2NO+O2====2NO2
3NO2+H2O====2HNO3+NO
师：在上面的反应中，涉及两种氮的重要化合物，即一氧化氮和二氧化氮，除此之外还有其他几种氮的氧化物，请同学们填表。
生：填表（用媒体展示答案，及时检查）：
［小结］氮的化合价：－3、+1～+5。
总结：①从N2的化学性质不活泼,推出N2分子结构很稳定。
②在高温、放电时，氮气比较活泼，可参加许多反应。这要从氮原子最外层电子排布特点理解，分析氮元素化合价变化的可能性。根据学过的化学方程式写出如下关系链。
③关系：

（NH3） （N2） （NO） （NO2） （HNO3）
［科学探究］现给你一试管二氧化氮，其他药品、仪器自选。
1.设计实验，要求尽可能多地使二氧化氮被水吸收。
2.你的设计对工业生产硝酸有什么启示？
（用实物投影检查学生的设计方案，公布学生设计最优方案）
［动画模拟］NO2溶于水实验后不断通入O2的现象（由不足到过量，试管内液体的体积变化）
生：练习写出二氧化氮全被吸收的化学反应方程式。
［小结］4NO2+2H2O+O2====4HNO3
师：若参加反应的为NO呢？
［小结］4NO+2H2O+3O2====4HNO3
［例题剖析］
（例1）将20 mL充满NO和NO2的混合气体的试管倒立于盛水的水槽中，充分反应后，剩余气体的体积变为10 mL，求原混合气体中NO和NO2各占多少毫升。
生:本题的解题关键在于正确把握所发生的化学反应，只有NO2溶于水并与水反应生成HNO3和NO。我认为本题还是要抓住剩余气体的成分来分析：NO不溶于水，NO2溶于水并与水反应生成HNO3和NO。所以玻璃筒内剩下10 mL气体全部为NO,有原混合气体中的NO，也有NO2与水生成的NO。
教师精讲：
解法一：设原混合气体中含NO2的体积为x，则含NO的体积为（20 mL－x）。
3NO2+H2O====2HNO3+NO
3 1
x x
由题意：20 mL－x+x=10 mL 解得x=15 mL
则原NO的体积：20 mL-15 mL=5 mL
答案：原混合气体中含NO气体5 mL，NO2气体15 mL。
解法二：（差量法）设原混合气体中含NO2气体体积为x。
3NO2+H2O====2HNO3+NO ΔV
3 3-1
x （20－10） mL
解得x=15 mL
师：有关NO、NO2、O2的混合气体和水反应的计算，一直是高考考查的热点，它所涉及的有关基本化学反应的方程式为：
2NO+O2====2NO2 ①
3NO2+H2O====2HNO3+NO ②
只有熟练掌握了这个反应，才可能正确地解决问题。
师：NO2和O2的混合气体与水的反应也是一个重要考点，当NO2与O2的体积满足什么比例时，可以完全转化为硝酸呢？（生：4NO2+O2+2H2O====4HNO3即NO2和O2体积比为4∶1）
［学生讨论］如果NO2与O2的比例不是4∶1时，剩余气体分别是什么呢？
［小结投影］
（例2）将充满NO2和O2混合气体的量筒倒置于水中，充分反应后，水上升至量筒体积的一半处停止了，则原混合气体中NO2和O2的体积比是多少？
生：本题所涉及的问题正是刚才所讨论的，问题的关键在于如果NO2与O2的体积比是4∶1时，应该没有气体剩余，水充满量筒；现在水上升至量筒体积的一半处停止了，说明NO2与O2的体积比一定不是4∶1。
我认为本题还是要抓住剩余气体的成分来分析：这里要考虑到原混合气体的组成，量筒内剩余气体可能是NO，也可能是O2，对应的就是NO2过量或者是O2过量。所以本题宜分情况来讨论。
教师精讲：NO2和O2的体积比不等于4∶1，则需讨论NO2和O2分别过量时的两种情况。
设混合气体的体积为1，混合气体中NO2的体积为x，则O2为(1－x)。
(1)假定原混合气体中V(NO2)∶V(O2)<4∶1。
4NO2 + O2+2H2O====4HNO3
4 1
x
剩余的O2：1-xx=，解得x=
V(NO2)∶V(O2)=∶(1-)=2∶3
(2)假定原混合气体中NO2和O2的体积比大于4∶1。
4NO2 + O2+2H2O====4HNO3
4 1
4(1－x) 1－x
暂时剩余NO2：1－5(1－x)=5x－4
由反应式3NO2+H2O====2HNO3+NO可知最后余NO：(5x-4)
由(5x-4)= 解得x=（不合题意，舍去）
师：有关NO2和O2的混合气体与水反应，往往要紧扣剩余气体是什么，剩余气体的体积是解题的一个重要突破口。如果是NO与O2的混合气体溶于水，结果如何呢？
师：当NO2与O2的体积满足什么比例时，可以完全转化为硝酸呢？（生：4NO+3O2+2H2O====4HNO3）
［学生讨论］如果NO与O2的比例不是4∶3时，剩余气体分别是什么呢？
［小结投影］
（例3）一定条件下，将等体积的NO和O2混合于一试管中，然后将试管倒立于盛有水的水槽中，充分反应后剩余气体的体积与原混合气体的体积之比是多少？
生：如果NO与O2的体积比是4∶3时，应该没有气体剩余，水上升至充满试管；现在NO与O2的体积比是1∶1，看来要从讨论剩余的气体是什么入手来解决这个问题。
我认为本题的剩余气体不需讨论，只能是O2，所以只要把计算式列出直接比较即可。
教师精讲：因为混合气体中NO和O2的体积比小于4∶3，则剩余气体为O2。
设混合气体中NO的体积为x，则O2的体积也为x。
4NO + 3O2+2H2O====4HNO3
4 3
x x
剩余的O2为xx=x
它与原混合气体的体积比为x∶2x=1∶8
师：刚才讨论了NO2和O2的混合气体与NO和O2的混合气体分别溶于水的情况，如果是NO2、NO、O2的混合气体与水反应的试题又该如何解决呢？
（例4）常温下盛有10 mL NO2和10 mL NO组成的混合气体的大试管倒立于水中，当向其中缓缓通入O2一段时间后，试管内残留2 mL气体，则通入O2体积可能为多少升？
师：NO2、NO、O2的混合气体与水反应在量上有何关系呢？
生：关系式：V(O2)=V(NO2)+V(NO)
师：当V(NO)∶V(NO2)∶V(O2)=1∶1∶1时，混合气体全部与水反应，无气体剩余。
解析:残留2 mL气体可能是NO也可能是O2,应予以讨论。
（1）若残留2 mL气体是NO，则转化为HNO3的NO为10 mL-2 mL=8 mL，则：
4NO2 + O2+2H2O====4HNO3
4 1
10 mL mL=2.5 mL
NO2转化为HNO3耗O2 2.5 mL
4NO + 3O2+2HNO3====4HNO3
4 3
8 mL ×8 mL=6 mL
共耗V(O2)=2.5 mL+6 mL=8.5 mL
（2）若残留2 mL气体是O2，则：
4NO + 3O2+2H2O====4HNO3
4 3
10 mL ×10 mL=7.5 mL
故通入O2体积为：7.5 mL+2.5 mL+2 mL=12 mL
答案：通入O2的体积可能为8.5 mL或12 mL。［课堂小结］
比较：氮的重要氧化物(见下表)
氮的重要氧化物
板书设计
二、二氧化氮和一氧化氮 例1：
1.NO的生成及与NO2转化
N2+O22NO 例2：
2NO+O2====2NO2
3NO2+H2O====2HNO3+NO
2.二氧化氮物理性质：红棕色刺激性气味有毒气体，密度比空气大，易溶与水。
例3：
3.4NO2+2H2O+O2====4HNO3
4NO+2H2O+3O2====4HNO3
活动与探究
将学生分成若干小组，依据学生兴趣自主选取其中一个课题进行研究，研究成果将以小组为单位在课堂上交流。
1.查阅资料，了解人类活动对自然界氮循环和环境的影响，重点交流讨论：如何减少人类活动对自然界中氮循环的影响，如何减少氮氧化物对环境的影响。
2.查阅资料，了解人工固氮的研究方向、成果及研究固氮的意义。
3.通过对汽车尾气的超标排放给人体健康造成的危害和对大气造成污染的调查，试设计实验验证汽车尾气的成分，了解其重要的影响，并提出您个人为解决这一社会问题的构想，写成研究性小论文。
随堂练习
1.下列污染现象主要与NO2有关的是（ ）
A.臭氧空洞 B.水体富营养化 C.光化学烟雾 D.温室效应
答案:C
2.在相同条件下，将NO和O2按体积比1∶1混合，所得气体的平均相对分子质量应接近于（不考虑N2O4的生成）( )
A.31 B.41.3 C.46 D.62
答案:B
3.下列各组气体，通常条件下能稳定存在的是( )
A.NH3、O2、HCl B.N2、H2、HCl
C.CO2、NO、O2 D.H2S、O2、SO2
答案:B
4.上世纪80年代后期人们逐渐认识到，NO在人体内起着多方面的重要生理作用。下列关于NO的说法错误的是（ ）
A.NO是具有刺激性的红棕色气体
B.NO是汽车尾气的有害成分之一
C.NO在人体的血管系统内具有传送信号的功能
D.NO能够与人体血红蛋白结合，造成人体缺氧中毒
答案:A
5.如图所示，试管中盛装的是红棕色气体（可能是混合物），当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水柱继续上升，经过多次重复后，试管内完全被水充满，原来试管中盛装的可能是什么气体（ ）
A.可能是N2与NO2的混合气体 B.可能是O2与NO2的混合气体
C.可能是NO与NO2的混合气体 D.只可能是NO2一种气体
答案:BC
6.盛有NO 和NO2的混合气体的量筒倒立在盛有水的水槽中，过一段时间后，量筒内的气体体积减小为原来的一半。则原混合气体中NO 和NO2的体积比是（ ）
A.3∶1 B.1∶3 C.2∶1 D.1∶2
答案:B
7.某混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种气体。现将此无色透明的混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，把剩余气体排入空气中，很快变为红棕色。对于原混合气体成分的判断正确的是（ ）
A.肯定有SO2和NOB.肯定没有Cl2、O2和NO2
C.可能有Cl2和O2D.肯定只有NO
答案:AB
8.下列反应中,通入的气体物质只作为氧化剂的是( )
A.二氧化硫通入氢硫酸中B.氯气通入NaOH溶液中
C.少量氯气通入氯化亚铁酸性溶液中D.硫化氢通入溴水中
答案:AC
9.用仪器A、B和胶管组成装置收集NO气体
（①仪器A已经气密性检查；②除水外不能选用其他试剂）。
正确的操作步骤是：____________________________________________。
答案:在A中加满水，盖紧瓶塞，用胶管连接b和c接口，由a导入NO气体，水通过b和c排入B中
10.电闪雷鸣是自然界中司空见惯的现象，地球上每年平均发生31万余次闪电。
（1）当电闪雷鸣之时，空气会发生很多化学反应，试写出与氮元素有关的化学方程式。
（2）设某次雷电中放出的能量为1.5×10-7 kJ，空气中的氮气和氧气直接化合，已知1 ml O2和1 ml N2化合时要吸收180.74 kJ的能量，闪电时有1/1 000的能量用于这一反应，那么：①此次闪电所产生的NO的物质的量有多大?②此次雷雨闪电的生成物相当于给土地施了多少尿素〔CO(NH2)2〕化肥?
答案:(1)N2＋O22NO；2NO＋O2====2NO2；3NO2＋H2O====2HNO3＋NO
(2)①由（1）化学方程式，可知1 ml O2和1 ml N2化合生成2 ml NO，所以此次闪电所产生的NO的物质的量为×2 ml=165.98 ml
②设此次雷雨闪电的生成物相当于给土地施了质量为x的尿素化肥，可列方程式：
165.98 ml×30 g·ml-1×=x
解得x＝4 979.4 g
所以此次雷雨闪电的生成物相当于给土地施了4 979.4 g的尿素化肥。氧化物
N2O
NO
N2O3
NO2
N2O4
N2O5
化合价
是否是酸酐
NO2与O2的体积比
发生的化学反应
剩余气体
=4∶1
4NO2+O2+2H2O====4HNO3
无
<4∶1
4NO2+O2+2H2O====4HNO3
O2
>4∶1
4NO2+O2+2H2O====4HNO3
3NO2+H2O====2HNO3+NO
NO
NO与O2的体积比
发生的化学反应
剩余气体
=4∶3
4NO+3O2+2H2O====4HNO3
无
<4∶3
4NO+3O2+2H2O====4HNO3
O2
>4∶3
4NO+3O2+2H2O====4HNO3
NO
名称
一氧化氮
二氧化氮
化学式
物理性质
______色气体，______溶于水
______色气体，______溶于水，______毒
化学性质
与水反应
—
NO2+H2O——
与O2反应
—
其他性质
—
2NO2N2O4
收集方法
_______法
_______法
相互转化