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1、2022年鲁科版高中化学必修1第3章自然界中的元素 第2节 氮的循环第3课时教学设计2【教学目标】1. 了解硝酸的物理性质(颜色、状态、气味、密度、沸点、挥发性)；2. 掌握硝酸的热不稳定性，写出其分解反应的方程式；3. 类比浓的硫酸的强氧化性，掌握浓、稀硝酸的氧化性，能够正确书写反应方程式。4.了解硝酸保存的注意事项；了解硝酸的用途和工业制取硝酸的反应原理。【教学过程】一、硝酸1酸性：硝酸是一元强酸，具有挥发性，具有酸的通性。2强氧化性(1)与金属反应：除Au、Pt以外的绝大多数金属都能与硝酸反应。常温下，冷的浓硝酸能使Fe、Al钝化。与铜反应(写出化学方程式)：浓硝酸：Cu4HNO3(浓)
2、=Cu(NO3)22NO22H2O。稀硝酸：3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O。(2)与非金属反应：加热时浓硝酸与木炭发生反应：C4HNO3(浓)CO24NO22H2O。(3)王水：组成：浓硝酸与浓盐酸，体积比为13。性质：能使一些不溶于硝酸的金属如Au、Pt等溶解。3不稳定性(1)化学方程式：4HNO34NO2O22H2O。(2)实验室中浓硝酸显黄色的原因：浓硝酸分解生成的NO2又溶于硝酸所致。4用途：硝酸用途广泛，是制炸药、染料、塑料的原料，也是化学实验室的必备试剂。二、硝酸的强氧化性实验将铜片置于两支具支试管的底部(见下图)。通过分液漏斗分别加入2 mL浓、稀硝酸。
3、AB问题思考：(1)两支具支试管中观察到的实验现象是否完全相同？反应中浓硝酸、稀硝酸起什么作用？【提示】不相同。加入浓硝酸的具支试管中出现的现象是铜片表面产生气泡，铜片溶解，溶液变蓝，具支试管上部空间无色变红棕色。加入稀硝酸的具支试管出现的现象是铜片表面产生气泡，铜片溶解，溶液变蓝，具支试管上部空间气体由无色变红棕色，后又变成无色。两支具支试管中浓、稀硝酸既表现出氧化性，又表现出酸性。(2)如何证明集气瓶里的气体是NO?【提示】向集气瓶中通入少量O2(或空气)，气体颜色由无色变为红棕色，说明集气瓶中收集的气体是NO。(3)A装置中Cu若过量，生成成分有哪些？A装置收集的气体有NO2吗？要收集N
4、O2，用什么方法？【提示】NO2、NO；没有NO2，因为NO2与水反应生成NO；用向上排空气法。(4)NO能用向上排空气法收集吗？为什么？【提示】不能，因为NO易被O2氧化。三、硝酸的强氧化性1.规律：硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强。还原剂一般被氧化成最高价态。2.硝酸的强氧化性的表现硝酸与金属的反应：a除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属。b活泼金属与HNO3反应不生成H2，HNO3的浓度不同，还原产物不同。c常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化，加热时反应。硝酸与非金属的反应：反应规律：非金属单质浓硝酸最高价氧化物或高价含氧酸NO2H2O。硝酸与还原性化合物的反应：硝
5、酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合物或离子，如HI、HBr、SO2、Fe2、FeO、Br、I、S2、SO等均能被HNO3氧化。硝酸与铁反应，当硝酸过量时，产物为Fe(NO3)3，当铁过量时为Fe(NO3)2。4. 常温下铁、铝在浓硝酸中的反应有哪些情况？常温下，浓硝酸可以使铁、铝表面形成致密的氧化膜，保护内部金属不再与酸反应，这一过程称为“钝化” ，该过程是化学反应。5. 小知识：常温下浓HNO3可使铁、铝表面形成致密的氧化物膜而钝化，（浓H2SO4也有此性质）因此可用铁、铝容器盛放浓H2SO4、HNO3。氧化性酸和酸的氧化性：酸的氧化性是指H+的氧化性；氧化性酸是酸根离子中心原子获
6、得电子的性质。四、硝酸与金属反应的“三个守恒、一个关系”突破计算(1)三个守恒。电子得失守恒：金属失电子数n(NO2)3n(NO)。,氮原子守恒：n(HNO3)xnM(NO3)xn(NO2)n(NO)。若向反应后溶液加入NaOH溶液恰好使Mx沉淀完全，此时溶质为NaNO3，则存在：,n(Na)n(NO)n(HNO3)n(NO)n(NO2)。(2)一个关系。,起酸性作用的HNO3的物质的量是金属物质的量和金属所带电荷数的乘积，可表示为n(HNO3)酸性xn(Mx)n(转移电子)。五、人类活动对自然界氮循环和环境的影响 自然界中以氮气形态存在的氮称为惰性氮，对生态环境没有负面影响，在生产工业化以前
7、，氮循环系统中，氮的收支是平衡的，即固氮作用和脱氨作用基本持平。当氮通过化学工业合成或燃烧后，就会被活化，形成氮氧化物和氮氢化物等物质，即加强了固氮作用。氮活化的途径有三：一是人工固氮，将空气中的氮气转化为氨；二是工业生产中燃烧煤、石油、天然气等；三是固氮植物的作用。在循环系统中，氮收支是否平衡会关系到活性氮对人类健康和生存环境积极或消极的影响。氮的过量“活化”，便使自然界原有的固氮和脱氨失去平衡，氮循环被严重扰乱，越来越多的活化氮开始向大气和水体过量迁移，循环开始出现病态，导致全球环境问题光化学烟雾酸 雨水体富营养化六、板书设计硝 酸一、物理性质无色、易挥发、有刺激性气味、液体见光或受热二、
8、化学性质1. 不稳定性 4HNO3 2H2O+4NO2 +O2 2. 强酸性 HNO3 = H+ + NO3-3. 强氧化性Cu + 4HNO3(浓) = Cu(NO3)2 + 2NO2+ 2H2O3Cu + 8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO+ 4H2OC + 4HNO3(浓) CO2+ 4NO2+ 2H2O三、人类活动对自然界氮循环和环境的影响七、检测题1. 下列关于硝酸的叙述正确的是()A稀硝酸是弱酸，浓硝酸是强酸B铜与浓硝酸和稀硝酸都能反应生成二氧化氮C浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂D稀硝酸与活泼金属反应主要放出氢气，而浓硝酸则使金属钝化2. 一定质量的铜分别与足量的稀硝
9、酸和浓硝酸完全反应，在相同条件下用排水法收集反应产生的气体，下列叙述正确的是()A硝酸浓度越大，硝酸被还原之后的生成物的价态越低，对应的硝酸的氧化性越弱B硝酸浓度不同，生成Cu(NO3)2的物质的量不同C硝酸浓度越大，产生的气体越少D两者用排水法收集到的气体体积相等3. “保护环境，就是保护人类自己”。下列环境问题与产生的主要原因不相符的是()“臭氧空洞”主要是大量使用氟氯代烃等引起的“光化学烟雾”主要是由NO2等引起的“酸雨”主要是由空气中CO2浓度增大引起的“白色污染”主要是由聚乙烯塑料等引起的“厄尔尼诺”现象由空气中CO2浓度增大引起的“温室效应”主要是由空气中CO2浓度增大引起的“赤潮
10、”主要是由水体中P、N等元素过量引起的A只有 B只有C全部 D只有4. 为了测定某铜银合金的成分，将30.0 g 合金溶于80 mL 13.5 molL-1的浓HNO3中，待合金完全溶解后，收集到气体6.72 L (标准状况)，并测得溶液中c(H+)1molL-1。假设反应后溶液的体积仍为80 mL，试计算： （1）被还原的HNO3 的物质的量； （2）合金中银的质量分数。5将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2 L。请回答： (1)NO的体积为_ L，NO2的体积为_ L。(2)待产生的气体全部逸出后，向溶液中加
11、入V mL a molL1的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2全部转化成沉淀，则原HNO3溶液的浓度为_ molL1。.6. (1)实验室用金属铜和稀硝酸制取NO的化学方程式为_；(2)NO是有毒气体，某学生为防止污染，用分液漏斗和烧杯装配了一套简易的、能随开随用、随关随停的NO气体发生装置，如图甲所示。实验室若没有铜丝，而只有小铜粒，在使用上述装置进行实验时，可用丝状材料包裹铜粒以代替铜丝进行实验，这种丝状材料的成分可以是_(填选项编号)；A铁 B铝 C铂 D玻璃打开分液漏斗的活塞使反应进行，在分液漏斗中实际看到的气体是红棕色的，原因是_；(填化学方程式)。(3)为证明铜丝与稀硝酸反应生成的
12、确实是NO，某学生另设计了一套如图乙所示的装置制取NO。反应开始后，可以在U形管右端观察到无色的NO气体。长玻璃管的作用是_；让反应停止的操作方法及原因是_；(4)以下收集NO气体装置，合理的是_(填选项代号)。检测题参考答案1. 【解析】A.硝酸为强电解质，能完全电离，所以无论是稀硝酸还是浓硝酸都是强酸；B.铜和稀硝酸反应生成NO；C.浓硝酸和稀硝酸都具有强氧化性；D.稀硝酸与活泼金属反应生成NO，冷的浓硝酸能使铁、【答案】C2. 【解析】硝酸的浓度越大氧化性越强，故A错误；等量的Cu与酸反应，生成Cu(NO3)2的物质的量相同，故B错误；等量的Cu与酸反应，浓硝酸反应生成气体多，故C错误；
13、因3NO2H2O=2HNO3NO，最终收集气体均为NO，由电子守恒可知，收集NO的体积相等，故D正确。【答案】D3. 【解析】“保护环境，就是保护人类自己”，环境问题已越来越引起社会的关注，了解一些环境问题产生的主要原因，才能提出合理的治理方案。“臭氧空洞”主要是氟氯代烃引起的，而NOx对“臭氧空洞”的形成也有一定作用；光化学烟雾主要是NOx引起的；“酸雨”的形成主要是SO2及NOx引起的，故不正确；“白色污染”是指聚乙烯塑料引起的污染；空气中CO2浓度增大，引起“温室效应”，“厄尔尼诺”也由此而起；“赤潮”“水华”则是水体中由N、P等营养元素的过量引起的。综上所述，正确答案为D。【答案】D4
14、. 【解析】（1） HNO3 被还原生成NO 或NO2 气体 ， 因此产生的气体的物质的量即是被还原的HNO3 的物质的量。 n 6.72 L/ 22.4Lmol-10.3mol （2）反应后溶液中c(H+) 1molL-1， 说明硝酸过量。 参加反应的HNO3 为 (13.5molL-1 -1molL-1)0.08L1mol，设合金中Cu的物质的量为x， Ag的物质的量为y则得：解得： x0.3mol y0.1mol则合金中银的质量分数为：（0.1mol108g/mol）/30.0g 36%【答案】（1） 0.3 mol （2）36%5. 【解析】(1)设生成NO的物质的量为x，NO2的物质
15、的量为y。则有，解得x0.26 mol，y0.24 mol；V(NO)0.26 mol22.4 Lmol15.824 L；V(NO2)0.24 mol22.4 Lmol15.376 L。(2)由原子守恒得：HNO3n(HNO3)n(气体) n(NaOH)所以c(HNO3) molL1。【答案】(1)5.8245.376(2)6. 【解析】(1)化学方程式的书写，要注意配平；(2)这种丝状材料的成分不能与稀硝酸反应，所以A、B项不行；红棕色的气体是NO2，原因是生成的NO与空气中的氧气反应；(3)该实验装置是防止产生的气体与空气接触，长玻璃管的作用是排稀硝酸，防止稀硝酸溢出；关闭活塞，产生的气体使稀硝酸液面下降，从而铜丝与稀硝酸分开，反应停止；(4)不能用排空气法来收集NO，因为NO与空气中的氧气反应，只能用排水法，C和D装置符合题意。【答案】 (1)3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O(2)CD2NOO2=2NO2(3)接收被气体压出U形管的液体，防止稀硝酸溢出关闭U形管右端导气管上的活塞；反应产生的气体将U形管右端管内的稀硝酸向下压，使铜丝与稀硝酸分开，反应就会停止(4)CD.
2022年鲁科版高中化学必修1第3章自然界中的元素 第2节 氮的循环第3课时教学设计2
