高中化学人教版必修1教案： 第四章 第4节 氨、硝酸、硫酸（3） Word版.pdf

第四节 氨 硝酸 硫酸第四节 氨 硝酸 硫酸 第 3 课时第 3 课时 教学设计教学设计 三维目标三维目标 知识与技能 1.了解硝酸的物理性质及保存方法。 2.理解硝酸的强酸性。 3.掌握硝酸的不稳定性、强氧化性和制取硝酸的原理。 过程与方法 1.学会全面观察、分析、设计实验，提高观察、实验、探索、思维和自学能力。 2.通过探究硝酸的性质，培养学生的动手、动脑和运用知识的能力、观察能力。 情感、态度和价值观 1.通过掌握浓、稀硝酸性质的差异，使学生进一步理解量变引起质变的规律，帮助学生树立起辩证唯物主 义的世界观。 2.了解工业制硝酸中尾气的危害及处理方法，增强学生环保意识。 3.通过介绍化学家的故事，使学生树立热爱科学、尊重科学的品质，激发学生学习的兴趣。 教学重点教学重点 硝酸的不稳定性和强氧化性 教学难点教学难点 硝酸的强氧化性 教具准备教具准备 多媒体、试管、试管夹、无色透明气球、铜片、浓（稀）HNO3、酒精灯、胶头滴管 教学过程教学过程 导入新课 （用多媒体展示故事内容玻尔巧藏诺贝尔金奖章） 丹麦有位叫玻尔的科学家，37 岁时他获得了 1922 年的诺贝尔奖。第二次世界大战期间，玻尔被迫离 开即将被德军占领的祖国，为了表示他一定要返回祖国的决心，他决定将诺贝尔奖章留在实验室。玻尔把 金奖章溶解在盛有王水的试剂瓶里。后来，纳粹分子窜入玻尔实验室，那个试剂瓶就在他们的眼皮底下， 他们却一无所知。战争结束后，玻尔从王水中把金还原出来，并重新铸成奖章。玻尔配制王水的主要组成 之一是“硝酸”。 师：本节课我们就要共同学习另外一种重要的强酸硝酸。硝酸是我们中学常见的三大强酸之一，那么 它具有酸的通性应在情理之中，除此以外，硝酸会不会也像硫酸一样也有自身某些特性呢？通过今天的学 习，我们就会对硝酸有一个更全面的认识。 展示打开一瓶浓 HNO3，观察白雾，倒入试管少许观察颜色、状态、扇闻气味。 师：通过观察，发现浓硝酸有哪些物理性质？ 生：无色、易挥发、有刺激性气味。 师：那么除以上性质外，硝酸还有哪些物理性质呢？ 小材料纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体，密度为 1.502 7 g·cm-3，沸点 83 ，98%以上 的浓硝酸在空气中由于挥发出 HNO3而产生“发烟”现象，通常叫发烟硝酸，常用浓硝酸的质量分数大约为 69%。 (学生阅读材料了解硝酸的物理性质。请一位学生代表口述) 师： 刚才认识了硝酸的物理性质,硝酸有什么化学性质呢? 板书 （二）硝酸的强氧化性 1.硝酸的强酸性：HNO3=H+ 3 NO 探究 1HNO3可以电离出 H+，具有酸的通性，浓 HNO3和稀 HNO3遇石蕊试液分别有什么现象呢? 学生动手实验浓 HNO3遇石蕊试液却是先变红后褪色，且浓 HNO3、稀 HNO3和金属反应均不产生 H2。 这都与 HNO3的特殊性质有关。 探究 2浓 HNO3、稀 HNO3和金属反应是否有 H2产生呢？ 学生动手实验浓 HNO3与稀硫酸和金属铁反应（生：前者不产生 H2，稀硫酸和金属锌反应有大量 H2 逸出） 师：为什么硝酸会产生这些现象呢？这说明 HNO3有什么化学性质呢？ 板书2.硝酸的强氧化性 师：铁、铝在浓 H2SO4中为什么会产生钝化现象？（生：强氧化性） 师：铁、铝在浓 HNO3中同样会产生钝化现象，因为浓 HNO3也有强氧化性。 师：浓 H2SO4与不活泼金属如铜反应有何条件？（生：浓 H2SO4氧化不活泼金属需加热） 。那么，硝酸氧 化不活泼金属情况又如何？ 探究 3浓硝酸、稀硝酸分别与 Cu 反应有什么现象呢？硝酸有酸性，能否与金属反应放出氢气？ （视频材料）浓硝酸、稀硝酸分别与 Cu 反应 师：从这段视频材料中，你观察到了什么现象呢？ 学生实验对照视频材料的操作，请完成浓硝酸、稀硝酸分别与 Cu 反应的实验，并把现象记录下表。 改进方案实验前，准备好与试管配套的事先已系上塑料袋的带导管的胶塞。实验时，向盛有铜片的试 管中加入浓、稀硝酸后，立即塞上上述已准备好的胶塞（如图所示） ，可观察到铜片与浓、稀硝酸反应的 现象，生成的气体进入塑料袋。 反应现象产物 浓硝酸+Cu 1.Cu 片：有大量气泡产生 2.溶液颜色：无色变为绿色 3.气体颜色：红棕色 4.反应 剧烈程度：剧烈 5.触摸容器 外壁：很热 Cu(NO3)2、NO2和 H2O 稀硝酸+Cu 1.Cu 片：有气泡产生 2.溶液 颜色：无色变为蓝色 3.气体颜色 ： 无色(打开止水夹 后)无色变为红棕色 4.反应剧烈程度：缓慢 5.触 摸容器外壁：温热 Cu(NO3)2、NO 和 H2O 板书 （1）与金属反应：（引导学生讨论反应的化学方程式，并板书） Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O 3Cu8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO+4H2O 师：浓硝酸与活泼金属反应是否也剧烈？ 学生实验浓硝酸+铝片 师：钝化原理：铁、铝与冷的浓硫酸或浓硝酸，表面被氧化为牢固的氧化物薄膜，阻止酸与内层金属 进一步反应。 小结铁、铝与冷的浓硫酸或浓硝酸常温下发生钝化。 师：浓硝酸的运输和贮存可用何种材料制的容器？（生：铁质容器或铝质容器） 师 ： 除金、铂等少数金属外，硝酸几乎能与所有金属反应 ； 当浓硝酸与浓盐酸按体积比为 13 混合时， 就配制成玻尔的“王水”溶液，王水的氧化性比浓硝酸强，可以溶解金、铂等不溶于硝酸的金属。 （要求学生记住王水的组成，可引导学生妙用王水中的“王”字的竖横笔画比，帮助记忆） 师：比较浓硫酸的性质，浓硝酸能否与非金属反应？ 板书 （2）与非金属反应 （视频材料）浓硝酸与 C、S 反应 师：对照浓硫酸的性质，你能否写出浓硝酸与 C、S 反应的化学方程式？ 学生练习 C4HNO3(浓)=CO24NO22H2O S6HNO3(浓)=H2SO46NO22H2O 师：从刚才硝酸与金属及非金属的反应及产物情况，你能够得到的结论是什么呢？硝酸浓度与还原产 物有什么关系呢？ 生：讨论硝酸的有关反应特点，找一名同学汇报讨论结果，其他同学补充完善。 （多媒体）归纳学生讨论的结果，硝酸的反应规律有： 除 Au、Pt 等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属。 常温下 Fe、Al 等金属在浓 HNO3中发生钝化。 硝酸越浓，其氧化性越强。如稀 HNO3可使石蕊试液变红，而浓 HNO3可使石蕊试液先变红后褪色。 一般来说，活泼金属与 HNO3反应不生成 H2，浓 HNO3的还原产物为 NO2，稀 HNO3的还原产物为 NO。 活泼金属与极稀 HNO3反应时，还原产物复杂，可为 NO、N2O、NH4NO3等。 非金属单质可被 HNO3氧化为最高价氧化物或其含氧酸。 王水（浓 HNO3和浓盐酸按体积比 13 配制）具有更强的氧化性，能溶解 Au、Pt。 师：（强调）反应物或条件不同，硝酸的还原产物发生变化：NO2、HNO2、NO、N2O、N2、NH3。 如：4Zn+10HNO3=4Zn(NO3)2+N2O+5H2O 师：(设疑)有人认为：“比较浓硝酸和稀硝酸的还原产物的化合价，浓 HNO3中的氮从5 价降为4 价而稀 HNO3中的氮从5 价降为2 价，从化合价变化可以判断稀硝酸的氧化性比浓硝酸强。”这种看法 是否正确？为什么？ 生：（提示）从浓硝酸、稀硝酸分别与 Cu 反应的条件和剧烈程度分析。 师：（展示）一瓶呈黄色的浓硝酸，启发学生思考为什么久置的浓 HNO3呈黄色？硝酸应该如何保存 呢？ 板书3.硝酸的不稳定性 演示浓 HNO3加热分解 （根据现象分析生成物，引导学生写出化学方程式） 生：4HNO32H2O+4NO2+O2 师：浓 HNO3在保存的时候能否用橡皮塞或软木塞呢，为什么？ 生：不能，这与浓 HNO3的强氧化性有关。 小结浓 HNO3显黄色原因：分解生成的 NO2溶于 HNO3。 保存方法：放于棕色瓶中，置于阴凉处，不能用橡皮塞和软木塞。 阅读材料硝酸用途：硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造炸药、染料、塑料、硝酸盐等；在实验 室里，它是一种重要的化学试剂。 例题剖析 （例1） 同温同压下， 在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体， 它们是NO和NO2， NO2 和O2， NH3和N2。 现将3支试管均倒置于水槽中， 充分反应后， 试管中剩余气体的体积分别为V1、 V2、 V3， 则下列关系正确的是( ) A.V1V2V3 B.V1V3V2 C.V2V3V1 D.V3V1V2 师：大家可以讨论本题的解题关键是什么？应该如何解决呢？ 生：我认为关键是这三种情况下可能发生的化学反应是什么。 应该重视的是溶液中气体的体积变化。 （请同学互相交流彼此的认识，促进共同提高） 教师精讲：NO 不与 H2O 反应，设原有 NO、NO2各 3 体积，则由反应 3NO2+H2O=2HNO3+NO 知 3 体积的 NO2与 H2O 反应后， 变为 1 体积的 NO， 此时剩余 NO 的总体积与原来气体的体积比为 46。 由反应 4NO2+O2+2H2O=4HNO3可知等体积的 NO2与 O2混合溶于水时 O2过量，若二者皆为 4 体积， 则剩余 3 体积氧气，与原来总体积的比为 38。N2不与水反应，NH3与 H2O 完全反应，气体剩余体积 为原来的一半。显然有 V1V3V2。 答案：答案：B 深化拓展根据气体中氮原子、氧原子守恒关系分析讨论 ： 将 NO2、NO 的混合气体与 O2同时通入水中， 恰好完全溶解时应满足怎样的比例关系？ 答：将 NO2、NO 的混合气体与 O2同时通入水中，发生的总反应是：4NO2+O2+2H2O=4 HNO3，4NO+3O2+2H2O=4HNO3。由此分析可知恰好完全反应时，三种气体中 n(N)n(O)=25。 （例 2）将 3.20 g 铜跟 50.0 mL 10.0 mol· L1的 HNO3溶液充分反应，还原产物为 NO 和 NO2。若反应后 溶液中有 x mol H+，则此时溶液中含的物质的量为( ) 3 NO A.mol B.(x+0.1) mol C.2x mol D.0.1x mol x 2 师：这是一道有关氧化还原反应的问题，涉及了计算，大家可以讨论本题的解题关键是什么，应该如 何解决。 生 ： 我认为关键是要明确这两种情况下可能发生的化学反应是什么，另外，到底生成多少 NO 和 NO2， 可以通过列方程组解决。列方程组解决太麻烦，可以通过氧化还原反应中电子的得失守恒和反应后溶液中 的电荷守恒来解决。 师：很好，可否说一说你的思路呢？（引导学生充分表达自己的看法，让其他同学参与讨论，畅所欲 言） 教师精讲：因 n(Cu)=0.05 mol，n(HNO3)=50×10-3 L×10 mol·L-1=0.05 mol，由反应 1 64 2 . 3 molg g Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O 及 3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO +4H2O 可知 HNO3过量， 则 c(H+)c(OH)； 又根据反应后的溶液中正负电荷守恒， 2n(Cu2+)+n(H+)=n( 3 NO )+n(OH)，由于 c(H+)c(OH)，所以，n()=2n(Cu2+)+n(H+) 3 NO =2×0.05 mol+x mol=(x+0.1) mol。 答案：答案：B （例 3）铜与浓硝酸反应和铜与稀硝酸反应的产物不同，实验现象也不同。 (1)某课外活动小组为了证明并观察到铜与稀硝酸反应的产物为 NO，设计了如图所示的实验装置。请你根 据他们的思路，选择下列药品，完成该实验，并叙述实验步骤。 药品：稀硝酸、稀盐酸、Zn 粒、CaCO3固体 步骤：检查装置的气密性； _；_；_；_； 用注射器向试管内推入氧气(或空气)。 (2)推入氧气或空气的目的是_。 (3)分别将等质量的铜片与等体积均过量的浓硝酸、稀硝酸反应，所得到的溶液前者呈绿色，后者呈蓝色， 某同学提出这可能是由 Cu2+浓度差异引起的，你同意这种看法吗？_(填“同意”或“不同意”)，原因 是_；另一同学提出溶液呈“绿色”是 Cu2+与 NO2混合的结果，请你设计一个实验证明(简述实验 方案和实验现象)。 师：这是一道涉及化学实验的方案设计和评价的问题，对能力的要求比较高，大家可以互相讨论本题的解 题思路是什么？应该如何利用题给信息解决实验设计问题呢？ 生：我认为关键是要明确实验的目的是什么，可能通过发生什么化学反应来实现，然后由化学反应确定需 要选择的药品和仪器装置，从而探讨实验的步骤。本题的解题关键首先要明确两个化学反应的比较，然后 要注意把信息用好。 师：太棒了。 （引导学生充分表达自己的看法，让其他同学参与讨论，畅所欲言） 教师精讲：本题主要考查硝酸的性质(强氧化性)、化学实验等知识应用及在实验中探索发现问题、解决问 题的能力。 答案：答案：(1)向试管中加入一定量的 CaCO3固体 向试管中倒入过量的稀 HNO3，并迅速盖上带铜丝和导 管的橡皮塞 待反应完全后， 将右边导管插入试管内接近液面 将铜丝插入到溶液中 (2)检验生成的 NO 气体 (3)不同意 铜片质量相同，溶液体积相同，生成的 Cu2+浓度相同 加热绿色溶液，有红棕色气 体产生，溶液变成蓝色 课堂小结 总结本节课的内容：1.了解硝酸的物理性质及保存方法。 2.理解硝酸的强酸性。 3.掌握硝酸的不稳定性、强氧化性和制取硝酸的原理。 板书设计板书设计 （二）硝酸的强氧化性 1.硝酸的强酸性：HNO3=H+ 3 NO 2.硝酸的强氧化性 （1）与金属反应： Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O 3Cu8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO+4H2O 铁、铝与冷的浓硫酸或浓硝酸常温下发生钝化。 （2）与非金属反应： C4HNO3(浓)=CO24NO22H2O S6HNO3(浓)=H2SO46NO22H2O 3.不稳定性 4HNO32H2O+4NO2+O2 活动与探究活动与探究 1.用哪些方法可以区分浓硝酸与稀硝酸？（学生分组课后讨论、归纳总结） 2.请通过上网查询有关硝酸的资料和社会调查，了解硝酸有哪些主要用途，这些用途分别涉及硝酸的哪些 物理、化学性质并互相交流。 3.去硝酸厂参观硝酸的生产流程，了解硝酸生产的相关知识：如原料、贮存、运输、销售等知识。 随堂练习随堂练习 1.下列反应属于氮的固定的是（ ） A.空气在雷电作用下产生 NO B.NO 和 O2生成 NO2 C.铜与浓硝酸反应产生 NO2 D.NH4Cl 与 Ca(OH)2反应生成 NH3 答案答案:A 2.铜锌合金的颜色酷似金的颜色，所以近来用铜锌合金制成的假金元宝欺骗行人的事件屡有发生。要检验 市面上的金首饰是否为纯金或者真金，可取样品与一种试剂进行反应，根据现象即可判断，所取的试剂是 ( ) A.硫酸 B.王水 C.盐酸 D.硝酸 答案答案:D 3.对于硫酸和硝酸的比较中，下列叙述不正确的是（ ） A.冷的浓硫酸和浓硝酸都可以用铝、铁的容器盛装 B.浓硫酸和浓硝酸都具有很强的腐蚀性、脱水性 C.稀硫酸和稀硝酸都具有氧化性 D.硫酸和硝酸都是重要的化工原料 答案答案:B 4.亚硝酸（HNO2）参加反应时，既可作氧化剂，也可作还原剂。当它作还原剂时，可能生成的产物是 ( ) A.NH3 B.N2 C.N2O3 D.HNO3 答案答案:D 5.将铜片投入到稀硫酸中，铜片不溶，加入下列试剂后，可使铜片溶解的是( ) A.稀盐酸 B.硫酸钠晶体 C.硝酸钠晶体 D.氯化铁晶体 答案答案:CD 6.利用下列各组中物质制备和收集少量气体，能采用右图实验装置的是（ ） 锌和稀硫酸 浓硫酸和浓盐酸 过氧化钠和水 亚硫酸钠和硫酸 铜和稀硝酸 A. B. C. D.全部 答案答案:A 7.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。试计算： （1）NO 的体积为多少？ （2）NO2的体积为多少？ 解：解：设混合气体中 NO 的物质的量为 a，NO2的物质的量为 b。 （1）4HNO3（浓）Cu=Cu（NO3）22NO22H2O 随着反应的进行，硝酸的浓度逐渐减小，进行下列反应 （2）8HNO3（稀）3Cu=3Cu（NO3）22NO4H2O 由两个反应方程式中 NO2与 Cu、NO 与 Cu 的计量关系，及已知数据可列方程组： ab 1 4 . 22 2 . 11 molL L 2 3a 1 64 64.32 2 molg gb 解两个方程，得：a0.26 mol b0.24 mol 所以，NO 的体积：0.26 mol×22.4 L· mol15.8 L NO2的体积：0.24 mol×22.4 L· mol15.4 L