安徽省懷遠縣包集中學高中化學 3.2氮的循環(huán)學案 魯科版必修.doc

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安徽省懷遠縣包集中學高中化學魯科版必修1：3.2氮的循環(huán)學案 一、課標研讀： 1、通過實驗了解氮及其重要化合物的主要性質； 2、認識氮及其化合物在生產中的應用和對生態(tài)環(huán)境的影響。 二、考綱解讀： 1、N2、氮的氧化物、NH3、銨鹽、HNO3的主要性質及應用； 2、氮的氧化物對環(huán)境質量的影響。 三、教材分析 氮及其化合物是高中化學教學的重要內容，是學生在中學階段所學習的元素化合物知識的重要組成本分。這部分內容如氮的固定、氮肥，以及人們在利用含氮物質過程中對環(huán)境造成的影響等，與生產生活有著密切的聯(lián)系。氮及其化合物的重要性質也是高考的熱點之一。 重點：1、N2、氮的氧化物、NH3、銨鹽、HNO3的主要性質； 2、培養(yǎng)學生通過觀察實驗現象總結分析物質性質的能力，并使他們初步體會物質的濃度對化學反應產物的影響，進一步認識實驗中變量控制的重要性。 難點：1、氮的氧化物的重要性質； 2、硝酸的氧化性。 四、教學策略 1、通過閃電這一自然現象，激發(fā)學生思考自然界中的含氮物質；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，認識氮循環(huán)過程中的重要物質。 2、通過了解生物固氮和人工固氮形式，使學生認識氮氣在一定條件下能夠與氧氣、氫氣發(fā)生反應，并且了解氮的固定的相關知識，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，二氧化氮與水的反應，了解自然界中形成硝酸的過程。 3、通過觀察思考活動，使學生認識氨氣的溶解性，氨氣與水的反應，以及氨的還原性，如氨能夠與氧氣發(fā)生反應；通過認識銨鹽的受熱分解、銨鹽與堿的反應，認識銨態(tài)氮肥的使用問題，了解它們在生產中的應用。 4、認識硝酸的強氧化性。 5、通過了解人類活動對氮的循環(huán)的影響，使學生知道酸雨、光化學煙霧和富營養(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 的氮 細菌的分解作用 氨、銨鹽、 硝酸鹽 無機氮 2、人類的活動對氮在自然界中循環(huán)的影響 ①人類通過化學方法將空氣中的氮轉化為氨，再根據需要將氨轉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、森林和農作物的枝葉燃燒所產生的含氮化合物通過大氣進入陸地和海洋，參與氮的循環(huán)。 二、氮循環(huán)中的重要物質 1、氮氣 （1）物理性質 氮氣是一種無色、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 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）化學性質 ①一氧化氮的化學性質： 2NO+O2===2NO2 說明：a：NO與O2不共存； b：實驗室只能用排水法收集NO ②二氧化氮的化學性質： 3NO2+H2O===2HNO3+NO 說明：a：該反應是N元素之間進行的氧化還原反應； b：工業(yè)制取硝酸的原理； c：常用差量法進行計算； d：實驗室收集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： 1、充滿NO2氣體的試管倒立于盛滿水的在水槽中，充分反應后，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 ①光化學煙霧 ②硝酸型酸雨 【重點精講】 1、NO2和O2的同時通入水中相關反應的判斷與計算 涉及到的化學反應：3NO2+H2O===2HNO3+NO 2NO + O2 ===2NO2 可應用關系式：4NO2 + O2 +2H2O === 4HNO3 討論如下： NO2和O2的體積比 發(fā)生的化學反應 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：充滿NO2和O2的混合氣體的量筒倒置于水中，充分反應后，保持氣體壓強不變，水進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同時通入水中相關反應的判斷與計算 涉及到的化學反應：2NO + O2 ===2NO2 3NO2+H2O===2HNO3+NO 可應用關系式：4NO + 3O2 +2H2O === 4HNO3 討論如下： NO和O2的體積比 發(fā)生的化學反應 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：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： 無色、有刺激性氣味的氣體；密度比空氣??；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。 【噴泉實驗】課本P76 ●實驗裝置圖： ●引發(fā)實驗的操作：擠壓膠頭滴管，打開止水夾，使少量水進入燒瓶。 ●實驗現象：形成噴泉，且燒瓶內液體呈紅色。（為什么會形成噴泉？） ●實驗成功的關鍵：a：裝置氣密性良好（如何檢查該裝置的氣密性？） b：燒瓶干燥。 ●實驗結論：氨氣極易溶于水，且與水反應生成了使溶液顯堿性的物質。 ②化學性質： 與水的反應： NH3 + H2O NH3 H2O NH4+ + OH- 說明：氨氣是唯一能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍色的氣體。 與HCl氣體的反應：NH3 + HCl === NH4Cl （課本P77實驗） 與酸的反應：2NH3 + H2SO4 === (NH4)2SO4 高溫 催化劑 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 與氧氣的反應： （工業(yè)制硝酸的重要反應之一） （2）銨鹽 ①物理性質：銨鹽都是易溶于水的白色固體。 NH4HCO3 NH3↑ +CO2 ↑+H2O ②化學性質： 不穩(wěn)定，受熱易分解： NH4Cl NH3 ↑+ HCl↑ （課本P78實驗） NH4+ + OH- NH3↑+H2O 與堿反應，生成氨氣： （應用于銨根離子的檢驗） 說明：注意氨鹽與堿反應的化學方程式和離子方程式的寫法。 【難點精講】液氨、氨水、一水合氨的比較 液氨 氨水 一水合氨 物質類別 NH3 NH3、NH4+、NH3 H2O、H2O、OH-、H+ NH3 H2O 所含粒子 純凈物 混合物 純凈物 ③氨氣的實驗室制法： 2NH4Cl+Ca(OH)2 2 NH3 ↑+CaCl2+2H2O ●實驗原理： 實驗室制取及收集氨氣裝置圖 固 + 固 氣 ●實驗裝置： ●干燥劑：堿石灰 ●收集方法：向下排空氣法 ●驗滿方法：濕潤的紅色石蕊試紙（變藍）；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，可能會出現什么現象，如何防止這一現象的發(fā)生？ 【跟蹤練習】 制取氨氣并完成噴泉實驗（圖中夾持裝置均已略去）。 氨氣 水 圖1 圖2 ⑴寫出實驗室制取氨氣的化學方程 式： 。 ⑵收集氨氣應使用 法，要得到干燥的氨氣可選 用 做干燥劑。 ⑶用圖1裝置進行噴泉實驗，上部燒瓶已裝滿干燥氨氣， 引發(fā)水上噴的操作是 。 該實驗的原理是 。 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）化學性質 a：強酸性：具有酸的通性 使指示劑變色： 與堿中和反應： 與堿性氧化物反應： 與活潑金屬反應不產生H2： 與鹽發(fā)生復分解反應： 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：強氧化性：（從氧化還原的角度分析各化學方程式） 與金屬的反應： 3Cu + 8HNO3（稀）==== 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 【實驗探究】 說明：①由于硝酸具有強氧化性，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、鐵片反應的實驗是，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。 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： 與其它還原性物質的反應：3Fe2+ + NO3－ + 4H+ === 3Fe3+ + NO↑ + 2H2O 【知識小結】 ①硝酸與其它物質發(fā)生氧化還原反應的一般規(guī)律是：一般濃硝酸的還原產物為NO2，稀硝酸的還原產物為NO ②硝酸與金屬反應時，既表現氧化性，也表現酸性；而與非金屬反應時，硝酸只表現出氧化性，判斷酸在反應中是否表現出酸性時，一般看生成物中是否有相應的鹽生成。 ③在分析硝酸的還原產物時，往往還需考慮隨著反應的進行，硝酸濃度的變化。 【基礎演練】 1、實驗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，充分反應后，所得溶液中Cu2+的物質的量濃度為多少？（假設反應前后溶液體積不變） 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)。氮氣是惰性的，通過固氮而活化。 活化氮數量增加， 破壞全球生態(tài)平衡 影響 問題 溫室效應 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，農田土壤及動物排泄物中含氮化合物的轉化。 污染 水體污染 大氣 污染 光化學煙霧；氮氧化物在紫外線作用下與碳氫化合物發(fā)生一系列光化學反應，產生一種有毒的煙霧。 酸雨：NOx排入大氣中后，與水反應，生成硝酸和亞硝酸，隨雨雪降到地面。 水體富營養(yǎng)化 ③ 2、對生產中氮氧化物污染的防治 （1） 控制進入自然界的有害物質的數量，例如：堿液吸收法。 （2） 增強生態(tài)系統(tǒng)對有害物質的吸收能力，例如：保護森林、植樹造林，促進全球氮的良性循環(huán)。