高一化学必修1第四章 第三节《硫和氮的氧化物》教学设计

高一化学必修1《硫和氮的氧化物》教学设计   课题： 授课班级   课  时   教   学   目   的 知识 与 技能 1、了解一氧化氮和二氧化氮的部分物理性质 2、酸雨的形成与防治，自主探究分析空气污染的原因，自主探究雨水pH的测定。 过程 与 方法 1、通过设计和评价二氧化氮与水反应的装置简图，及参与观察实验，提高获取知识、分析知识、评价知识的能力 情感 态度 价值观 1、通过参与探究过程，培养自身严谨的科学态度和辩证分析能力。 重 点 二氧化氮与水的反应，二氧化硫和二氧化氮对大气的污染 难 点 二氧化氮与水的反应 知 识 结 构 与 板 书 设 计 1、NO和NO2的生成 N2 + O2      2NO         2NO + O2== 2NO2 实验室制法：Cu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+2NO2 ↑+2H2O        3Cu+8HNO3(稀)==3Cu(NO3)2 +2NO↑+4H2O  2、物理性质： NO是一种无色、无味、难溶于水的有毒气体。    NO2是一种红棕色、有剌激性气味的有毒气体，密度比空气大，易液化，易溶于水 3、化学性质 （1）NO与氧气反应：2NO＋O2＝＝2NO2  (2) NO2 的聚合反应：2NO2 N2O4 (3) NO2 的氧化性： 4NO2 +2KI ==2NO + 2KNO3 + I2 NO2 + SO2 + H2O == H2SO4 + NO (4) 与碱反应： NO＋NO2 ＋2NaOH==2NaNO2 +H2O 2NO2 +2NaOH==NaNO3 +NaNO2+H2O (5) NO2与水反应：3NO2+H2O==2HNO3+NO 4NO2+O2+2H2O==4HNO3 4NO + 3O2+2H2O==4HNO3 三、NO2、NO和O2的混合气体跟H2O反应的相关计算 1、NO2溶于水的问题 2、NO和O2的混合气体通入H2O  3、NO2和O2的混合气体通入H2O  教学过程 教学步骤、内容 教学方法、手段、师生活动 ［投影］资料卡片：信使分子------NO 三们美国药理学家Robert F. Furch gott , Louis J.I gnarro 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操作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，这会给我们什么样启示？> ［板书］二、二氧化氮(nitrogen dioxide)和一氧化氮 ［问］欲认识两种氮氧化物，我们还要从大家最熟悉的氮气入手，空气中氮气的体积分数为多少？ 78% ［讲］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” ［问］工业上用分离液态空气法制氮气的原理和操作。请大家预测氮气的性质活泼与否     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和NO2的生成 ［视频实验］N2和O2在放电条件下的反应 ［板书］N2+ O2      2NO         2NO + O2== 2NO2 实验室制法： Cu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+2NO2 ↑+2H2O    3Cu+8HNO3(稀)==3Cu(NO3)2 +2NO↑+4H2O  ［问］通过实验观察，NO和NO2可能具有什么样的物理性质呢？大家推测一下。 ［板书］2、物理性质： NO是一种无色、无味、难溶于水的有毒气体。    NO2是一种红棕色、有剌激性气味的有毒气体，密度比空气大，易液化，易溶于水 ［思考与交流］可用什么样的方法收集NO和NO2呢 NO与空气密度相近且与空气中的氧气反应，但NO不溶于水，因此可用排水法收集 NO2溶于水，密度比空气大，故用向上排空气法收集。 ［讲］氮除了-3、0外，其正价从+1到+5，NO和NO2是氮较为典型的氧化物，除此之外，还有N2O，俗称笑气。N2O3，是亚硝酸的酸酐。N2O5，是硝酸的酸酐。 ［过］那么NO和NO2究竟有哪些化学性质呢？下面让我们一起来探究一下。 ［板书］3、化学性质 ［讲］NO不与水反应，在常温下易与O2化合生成NO2 。 ［板书］（1）NO与氧气反应：2NO＋O2＝＝2NO2  ［讲］NO2在通常状况下，能自身相互结合生成无色的N2O4 气体，且在加热时气体颜色加深 ［板书］(2) NO2 的聚合反应：2NO2N2O4 ［讲］NO仅能与氧气反应，但NO2 的N处于中间价态，有弱还原性和强氧化性。NO2具有较强的氧化性，可使湿润的KI淀粉试纸变蓝 ［板书］(3) NO2 的氧化性： 4NO2 +2KI ==2NO + 2KNO3 + I2 NO2 + SO2 + H2O == H2SO4 + NO ［讲］NO和NO2有毒，污染环境，不能直接排放，但可以用碱液进行尾气吸收。 ［板书］(4) 与碱反应： NO＋NO2 ＋2NaOH==2NaNO2 +H2O 2NO2 +2NaOH==NaNO3 +NaNO2+H2O ［讲］NO2溶于水，且能与水反应，NO2难被氧气氧化，易与水反应生成HNO3 ［板书］(5) NO2与水反应 ［视频实验］NO2溶于水实验 ［板书］3NO2+H2O==2HNO3+NO ［思考与交流］NO2是否是硝酸的酸酐呢？              不是，因为N的化合价不是+5价 ［思考与交流］俗话说“雷雨发庄稼”，请思考这其中的原理及涉及的可能反应。 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。 ［思考与交流］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。 N2 + O2 ===2NO    2NO＋O2＝＝2NO2  3NO2+H2O==2HNO3+NO ［科学探究］现给你一试管预先制好的NO2，其他药品和仪器自选。请你设计实验，要求尽可能多地使NO2被水吸收。并填写教材上的表格 ［投影］填写表格并请同学总结   实验步骤 现象 解释(可用化学方程式表示) (1) 将一支充满NO2的试管倒放在盛有水的水槽中 红棕色气体逐渐消失，水位上升，最后水充满整个试管的2/3，无色气体充满试管的1/3(上部) 3NO2+H2O==2HNO3+NO NO2为红棕色气体，易溶于水，NO为无色气体，难溶于水 (2) 制取少量氧气   2H2O2 ==2H2O +O2↑ (3) 将氧气慢慢地通入步骤(1)的试管中 无色气体变为红棕色气体，又变为无色气体，但气体体积逐渐减小，液面不断上升 2NO+O2==2NO2 3NO2+H2O==2HNO3+NO ［思考与交流］你的实验设计对工业上生产HNO3有什么启示？(从原料的充分利用，减少污染物的排放等方面考虑) NO2与水的反应可知，只有2/3的NO2转化为HNO3，而1/3的NO2转化为NO。因此，硝酸工业常在吸收反应进行过程中补充一些空气，使生成的NO再氧化为NO2，NO2溶于水又生成HNO3和NO。经地这样多次的氧化和吸收，NO2可以比较完全地被水吸收，尽可能地转化为HNO3 ［讲］工业上循环利用NO制HNO3 ，那么将NO做为中间产物对方程式叠加，可得到NO2和O2的混合气体共同与水反应的方程式 ［板书］4NO2+O2+2H2O==4HNO3 ［讲］那么，若是把NO2看到NO和O2反应的产物，再次将两个反应叠加，又会得到什么呢？对，可以得到NO和O2的混合气体共同与水反应的方程式 ［板书］4NO + 3O2+2H2O==4HNO3 ［讲］氮氧化物溶于水的计算是常见的考点，有时需要讨论，并且需要讲究技巧。 ［板书］三、NO2、NO和O2的混合气体跟H2O反应的相关计算 1、NO2溶于水的问题 ［讲］依据原理：3NO2+H2O==2HNO3+NO，若有气体剩余，应为NO。 ［投影］例1、将20mL NO和NO2 的混合气体的试管倒立于盛有H2O水槽中，充分反应后，余于气体体积变为10mL，求原混合气体中NO和NO2 各占多少？ 解法一：设NO体积为x mL，NO2体积为y mL           x+y==20 3NO2 + H2O ==2HNO3 + NO 3                     1 y                     y/3       x+y/3==10      解之得，x==5  y==15 ［讲］利用差量法可帮助快速解题，可在题中寻找体积差 解法二：设NO2体积为x mL 3NO2 + H2O ==2HNO3 + NO  V 3                  1   2 x                       20-10==10        x = 15 ［讲］若将NO和O2的混合气体通入水中，会发生反应4NO＋3O2＋2H2O＝＝4HNO3 ［板书］2、NO和O2的混合气体通入H2O  ［讲］通过方程式分析可知，若NO过量则余下气体为NO，若O2过量则余下气体为O2，解这类题的关键是分析过量并判断余下气体成份。 ［投影］例2、一支试管中充有20mLNO气体，倒置于水槽中，现向其中通入一定量的O2，试管内最终有4mL气体，则通入O2的体积可能是多少？ 解：若最终余下气体的成份为NO，则与水反应的NO为20-4＝16mL  4NO＋3O2＋2H2O＝＝4HNO3      4     3      16    X    X=12 mL     若最终余下气体的成份为O2，则20mLNO均与水反应  4NO＋3O2＋2H2O＝＝4HNO3      4     3 20    X      X=15mL   此时，通入O2的体积为15+4＝19mL  ∴通入O2的体积可能是12 mL 或19 mL   ［点击试题］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H2O 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？   ［讲］若将NO2和O2的混合气体通入水中，会发生反应4NO2＋O2＋2H2O＝＝4HNO3 ［板书］3、NO2和O2的混合气体通入H2O  ［讲］通过这个反应可知，若O2过量则剩余气体为O2，但是若NO2过量，则过量的NO2还会和H2O继续反应，则余下气体为NO。  ［投影］例3、在一支容积为30mL的试管内充满NO2 和O2的混合气体，把试管倒置于水中，充分反应后余5mL，则原混合气体中NO2 和O2的体积各是多少？ 解：设原混合气体中NO2的体积为x mL ，O2的体积为y mL 则 x + y == 30 若O2过量，则余下5 mL 气体为O2 ,则所有的NO2全部参加反应，而参加反应的O2的体积为(y – 5) mL      4 NO2 + O2 +2H2O == 4HNO3   4       1   x      y-5     x == 4(y-5) 解之得，x = 20 mL  y = 10 mL 若NO2过量，则O2全部参加反应，而过量的NO2还会和H2O继续反应，余下的5 mL气体为NO，   4 NO2 + O2 +2H2O == 4HNO3   4       1     4y      y 则过量的NO2体积为 (x-4y) mL 3NO2 + H2O ==2HNO3 + NO 3                     1 (x-4y)                 5    则 x-4y == 15 解之得，x = 27 mL  y = 3 mL ∴NO2和O2的体积是20 mL和10 mL 或27 mL和3 mL   ［点击试题］将充满NO2 和O2混合气体的量筒倒置于H2O 中，充分反应后保持气体压强不变，水进入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？   ［小结］本节学习了氮的氧化物，重点是NO和NO2的性质，尤其是NO与氧气和NO2与H2O的反应。   ［自我评价］ 1、对于氮的氧化物的下列叙述中，正确的是( D ) A、氮的氧化物都是无色气体    B、氮的氧化物都不溶于水 C、氮的氧化物都是酸性氧化物  D、氮的氧化物都是大气污染物 2、将5 mLNO和15 mL NO2混合气体通入倒置水槽中充满水的试管里，最后在试管中能收集到的气体体积为( C  )   A、20 mL   B、15 mL   C、10 mL  D、5 mL 3、在一定条件下，将m体积NO和n体积O2同时通入倒立于H2O中且盛满H2O的容器内，充分反应后，容器内残留m/2体积的气体，该气体与空气接触后变为红棕色气体，则m/n=______(8：3)   4、有一容积为50 mL 带活塞的密闭容器，在常温下往此容器中充入30 mL NO和10 mL O2，待活塞停止后，容器体积为( D ) A、40 mL   B、30 mL < V < 40 mL   C、30 mL   D、20 mL < V < 30 mL         教学回顾：