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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； 2、C、CO、CO2；碳酸鹽、碳酸氫鹽的相互轉化。 【提問】上次課后給大家布置了一項任務：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，它們是如何轉化的？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及其變化，下面我們一起來探討這些物質的性質及轉化。 【板書】1、氮氣與氮的固定。 【講述】 氮氣是由氮原子構成的雙原子分子，兩個氮原子間共用三對電子，使每個原子都達到穩(wěn)定結構。要破壞這種牢固的結合，需要很高的能量。故常溫下，氮氣的化學性質不活潑，很難與其它的物質發(fā)生反應。但在一定的條件下，氮氣能與氧氣、氫氣等物質發(fā)生反應。 【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， 然后放在感應圈上，將感應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。待礦泉水瓶中產生紅棕色氣體后，加入蒸餾水， 振蕩，用藍色石蕊試紙檢驗產生的溶液。 【結論】 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，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） 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，請你設計實驗，要求盡可能多的使二氧化氮被水吸收。 2、你的設計對工業(yè)上生產硝酸有什么啟示？（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） 【講述】像這樣同時向正反兩個方向進行的反應稱為可逆反應。在可逆反應的化學方程式中用“ ”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】 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） 閃電時氮氣轉化為一氧化氮。 （2） 豆科作物根瘤菌將氮氣轉化為化合態(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。 （1）此次閃電所產生的一氧化氮的物質的量是多少？ （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)生的主要反應有哪些？ 【引入】氨是氮循環(huán)中的主要物質，它在人類的生產和生活中有著廣泛的應用。下面我們一起來探討氨和銨態(tài)氮肥的主要性質和用途。 【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。 【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 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？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，你能得出哪些結論？ 5、氨除了能與鹽酸反應外，還能與硫酸、硝酸反應嗎？若能，請寫出化學反應方程式。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？它可能與哪些物質反應？ 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： 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： 1、與水反應：NH3+H2O NH3H2O （可逆反應） NH3H2O NH4++OH- （可逆過程） 2、與酸反應：NH3+HCl=NH4Cl NH3+HNO3=NH4NO3 2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4 3、與氧氣反應：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。 【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？ 3、銨鹽與堿溶液反應的本質是什么？ 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：白色，易溶于水的晶體。 四、銨鹽的化學性質： 1、受熱易分解：NH4Cl NH3 ↑+HCl↑ NH4HCO3NH3 ↑ +CO2 ↑ +H2O 2、與堿溶液反應：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：不能與堿性物質如草木灰等混用；埋在土下以保持肥效。 【課堂小結】 學生整合本節(jié)課所學的內容。 【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來制得少量氨氣。） 【板書】 3、氨氣的實驗室制法。 △ （1）反應原理：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。 【板書】 五、硝酸及其應用 【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 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？ 【歸納板書】 學生歸納，老師點評并板書 1、物理性質：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： （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，產物與硝酸的濃度有關。） ①與金屬反應——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（?。?3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O ②與某些非金屬單質（如碳）反應 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】 掌握物質性質的目的是為了更好的利用物質，二戰(zhàn)期間，由于德軍即將占領丹麥，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章留下。為了不使獎章落入德軍之手，他把獎章溶解在一種溶液中，并存放在瓶子里。丹麥被德軍占領后，納粹分子闖進玻耳家中，連獎章的影子也沒發(fā)現(xiàn)。戰(zhàn)后，玻耳從溶液中提取出金，又重新鑄成了獎章。這種溶液就是王水（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】 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。