氮族元素教案

高中化学教案第二部分总复习21．氮元素单质和化合物教案教学目标知识技能：通过对氮元素单质和化合物“结构—性质—应用”及“性质—存在—制备”关系的复习，认识非金属元素单质和化合物“结构—性质—应用”及“性质—存在—制备”的依存关系。能力培养：通过对氮元素单质和化合物“结构—性质—应用”及“性质—存在—制备”关系的分析与讨论，训练学生对已有知识进行分析综合、归纳演绎的逻辑思维能力；通过对非金属元素单质和化合物“结构—性质—应用”及“性质—存在—制备”依存关系的探索，培养学生应用已有的化学概念和原理认识新事物的能力以及设计实验的能力。科学思想：通过对氮元素单质和化合物“结构—性质—应用”及“性质—存在—制备”关系的认识，使学生更加热爱科学、相信科学和崇尚科学，感悟到科学的魅力。科学品质：通过对非金属元素单质和化合物“结构—性质—应用”及“性质—存在—制备”依存关系的逐步认识，激发学生的学习兴趣，培养学生严谨求实的优良品质。科学方法：通过对非金属元素单质和化合物“结构—性质—应用”及“性质—存在—制备”的依存关系的研究，指导学生用模型或假说的方法进行化学学科研究，学习对事物的现象与本质进行转化以及科学抽象的研究方法。重点、难点重点：认识非金属元素单质和化合物“结构—性质—应用”及“性质—存在—制备”的依存关系。培养学生分析综合、归纳演绎的逻辑思维能力。难点：激发学生的学习兴趣，培养学生严谨求实的优良品质，使学生感悟到科学的魁力。指导学生用模型或假说的方法进行化学学科研究，学习对事物的现象与本质进行转化以及科学抽象的研究方法。教学过程设计教师活动学生活动设计意图【复习提问】请你按下表要求再现、讨论后得到：训练学生对已有填入你所知道的含有氮元素的物质的化学式：知识进行分析综合、归纳演绎的逻辑思维能力。教师活动学生活动设计意图【引入】这节课我们以氮元素单质和化合物为例，复习非金属元素单质和化合物“结构—性质—应用”及“性质—存在—制备”之间的依存关系。【板书】一、“结构—性质—应用”的依存关系【提问】你能否根据已有的元素化合物知识，列出上表中各物质之间的转化关系？【要求】在建立氮元素单质化合物联系的基础上，确认物质之间的转化关系并熟练地书写能反映这些转化关系的化学原理。再现、讨论并逐步完善训练学生对已有知后得到：识进行分析综合、归纳演绎的逻辑思维能力。【投影】请用上述转化关系中思考后回答：性质方面的原因是：氧培养学生应用化学物质结构和性质方面的知识，探讨解决下列化学问题的方法和途径：1．氮气约占空气体积的4／5，为什么金属镁在空气中燃烧，主要生成氧化镁？2．“等电子体”之间具有某些相似的化学性质。化学家还常用“等电子体”来预测某些物质的结构，例如：NH4+、CH4之间即为“等电子体”的关系，请你分析一下具备什么条件，方可称为“等电子体”？（讨论时引导学生从组成、构成与结构方面进行分析）气的氧化性强于氮气；结构方面的原因是：氮分子中氮原子间具有三个共价键。思考分析：互为“等电子体”应满足的条件是：（1）在微粒的组成上：微粒所含原子数目相同；（2）在微粒的构成上：微粒所含电子数目相同；（3）在微粒的结构上：微粒中原子的空间排列方式相同。概念和原理解决化学问题的能力。学习对事物的现象与本质进行转化以及科学抽象的研究方法。教师活动学生活动设计意图3．当前城市空气质量恶劣的重要原因是汽车尾气的超标排放，你能否应用氮元素单质和化合物之间的转化，设计除去汽车尾气中的CO和氮氧化物（如NO、NO2等）的理论构想？其中包括：确定无害化过程及其产物：选择无害化试剂及反应条件等。【思考】1．将有害物质转化为什么物质即可完成无害化过程？2．应依据什么化学原理完成无害化过程？3．完成无害化过程中，无害化试剂的选择原则是什么？4．对无害化过程反应条件的确定原则是什么？5．写出无害化过程的化学方程讨论并确定：1．无害化过程应为：（1）CO→CO2；（2）NO→N2；（3）NO2→N2。2．分析：对（1）应加入氧化剂；对（2）、（3）应加入还原剂。3．讨论：选择氧化剂和还原剂的原则：（1）尾气中的其他成分；（2）无毒无害、成本适度的其他物质。4．对反应条件进行选指导学生用模型或假说的方法进行化学学科研究。激发学生的学习兴趣，培养学生严谨求实的优良品质。式。择：（1）反应条件最好应为常温、常压。（2）对常温、常压不能进行的反应，应适当地选择催化剂，使其在常温、常压下进行。5．经反复探讨确定下列理论构想（选NO是因为：它是初级有害物质）被氧化，NOx被还原，均生成N2的反应原理”和“无毒、无害原则”）教师活动学生活动设计意图4．硝酸与金属反应的还原产物与硝酸的浓度和金属的活泼性有密切的关系，可以是N2O、NO、NO2（N2O4）等，又已知这些氮氧化物均可与铜发生反应：你能否设计一个可以确定硝酸与金属反应的还原产物的实验装思考回答：应该包含三个大部分——金属与硝酸反应的部分、氮氧化物与铜反应的部分和氮气体积的确定部分。应选择固-液反应的装置。给反应容器加热。培养学生应用已有的化学概念和原理认识新事物的能力以及设计实验的能力。置模型？【设问】此装置系统应包含几个大部分？【追问】根据金属与硝酸反应的反应物的状态及反应条件，应选择何种装置？若反应速率太小，应采取什么对策？加热应考虑什么因素？选择什么方式？如果反应产物中含有NO，你认为此装置的设计有没有问题，应该如何完善？用什么方法排净空气？怎样改进装置的设计？加热应防止硝酸分解；所以，加热方式应是微热，如水浴加热。如果反应产物中含有NO，会与装置中空气里的氧气发生反应，导致测定结果错误。应该在金属与硝酸反应之前排净装置中的空气。可以用CO2排净装置中的空气，在金属与硝酸反应的装置前面添加一个CO2发生器。激发学生的学习兴趣，培养学生严谨求实的优良品质。根据金属与硝酸反应的反应物的性质及反应条件，判断产物气体的成分除氮的氧化物以外还可能有多少？其对后续反应有无干扰？应如何净化？净化装置的位置是什么？还可能有水蒸气和CO2。水蒸气的存在可能干扰氮氧化物与铜的反应（如：NO2与H2O反应生成HNO3，HNO3会和Cu反教师活动学生活动设计意图选择什么装置完成氮氧化物与铜的反应？铜选择什么状态？原因何在？怎样防止铜粉被气流扬起？如何测量N2的体积？应，再生成氮氧化物）；CO2的存在可能使氮气体积的测量产生误差。可以用浓硫酸干燥除去水蒸气，其装置应放在氮氧化物与铜的反应的装置之前；用NaOH溶液除去CO2，其装置放在氮气体积测量的装置之前。用加热的硬质试管。用铜粉，反应接触面积大，使氮氧化物与铜的反应更为完全。在硬质试管两端填入玻璃棉。用量气装置。师生共同探讨后确定下列实验装置模型：使学生更加热爱科学、相信科学和崇尚科学，感悟到科学的魅力。【引导】通过上述化学问题的探讨，能否归纳“结构—性质—应用”的依存关系？归纳：学习对事物的现象与本质进行转化以及科学抽象的研究方法。【过渡】不仅“结构—性质—应用”有这样的依存关系，而且“性质—存在—制备”也有依存关系。二、“性质—存在—制备”的依存关系教师活动学生活动设计意图【投影】请用物质结构和性质方面的知识，探讨解决下列化学问题的方法和途径：1．空气的成分在一定时期内基本上是固定不变的。其中N2与O2含量基本稳定的实质是否相同？（讨论中引导学生联系其他学科的知识内容）2．如果实验室想获得少量纯净的N2，有哪些可能的途径？（提示学生用空气并不方便）讨论后回答：实质是不同的。N2是由于分子中有三个共价键，结构稳定，导致性质稳定，通常不易与其他物质发生化学反应的缘故；O2是化学性质比较活泼的物质，其在通常状况下，也可与许多物质发生反应。而自然界的一些其他变化中又可产然界O2的消耗速率和O2的生成速率大致相等，达成动态平衡，导致空气中O2的含量基本保持不变。思考后可提出三种方案：培养学生应用已有的化学概念和原理认识解决化学问题的能力。的物质多为气体，而用气体制备气体会使制得的气体不纯）；（3）用以上两方案综合即化还原反应。培养学生应用已有的化学概念和原理认识新事物的能力以及设计实验的能力。【讨论】在这些途径中，最可行的途径是哪一种？讨论后得出结论：合物中，不能选NH3（因为是气体），而铵盐由于NH4+结构（正四面体）上的稳定性，通常很难被其他氧化剂氧化。化合物中，如果被还原，还原产物一教师活动学生活动设计意图【追问】同化反应最好选择在般为NO、NO2，而很少得到N2。（3）在含的化合物中，多以表现还原性为主，能表现氧化性被还原为氮气的情况很不多见。（4）用与之间的氧化还原反应是最可行的一哪两种价态之间？【追问】具体应选择什么物质之间的反应合适？【追问】此反应的原料应是什么状态？【介绍】实验室制取少量纯净的氮气，确实使用的是饱和NaNO2与NH4Cl之间的反应。此反应需加热引发，但反应开始后要立即移开酒精灯。请写出化学反应方程式。（启发学生考虑此反应是放热反应）种途径。思考后回答：肯定要选含的物质。因为化合物的化学活性要比高，所以，另一种价态应选择。判断：（1）的化合物应选择铵盐，因为氨气会使制得的氮气不纯；而铵盐选择NH4Cl最保险（因为，如果为了提高反应速率需要加热，其受热分解的产物不复杂）。（2）的化合物不应选择HNO2，因为它不稳定；应该选择亚硝酸盐，最简单的是NaNO2。回答：应用溶液之间的反应，而不用固体之间的反应（防止在反应需要加热时铵盐分解）。思考并书写：NaNO2+NH4Cl=NaCl+N2↑+2H2O+Q激发学生的学习兴趣，培养学生严谨求实的优良品质。教师活动学生活动设计意图【设问】请从N2的结构和性质方面解释此反应为什么是放热反应？【启发】通过以上化学问题的讨论与解决，你认为“性质”、“存在”、“制备”三方面有什么关系？讨论并解释：生成N2时要形成三个共价键，所以N2的能量要低于NaNO2与NH4Cl，多余的能量则以热的形式释放出来，所以，此反应为放热反应。讨论后归纳：使学生更加热爱科学、相信科学和崇尚科学，感悟到科学的魅力。【作业】北京练习册，化学总复习非金属部分的练习。【随堂检测】1．试应用“等电子体”的知识，写出下列微粒的“等电子体”的化学式：（1）N2H62+（2）CO32-（3）NO2+（4）C2O42（5）N22．实验室用饱和NaNO2与NH4Cl溶液反应制取纯净的氮气，实验装置如图所示，试回答：（1）装置中A部分的分液漏斗与蒸馏烧瓶之间连接的导管所起的作用是____（填写编号）（A）防止NaNO2饱和溶液蒸发（B）保证实验装置不漏气（C）使NaNO2饱和溶液容易滴下1．此题考查的是：学生应用已有的组成、构成及结构方面知识，认识“等电子体”这一新事物的能力。能力水平为C级。2．此题考查的是：应用已有的化学概念和原理认识新事物的能力以及设计实验的能力。能力水平为D级。（2）B部分的作用是____。（A）冷凝（B）冷却氮气（C）缓冲氮气流（3）加热前必须进行的一个操作步骤是____；加热片刻后，即应移去酒精灯，以防止反应物冲出，其原因是____。（4）收集N2前必须进行的步骤是（用文字说明）____，收集最适宜的方法是（填写编号）____。（A）用排气法收集气瓶中教师活动学生活动设计意图（B）用排水法收集在集气瓶中（C）直接收集在排净空气的球胆或塑料袋中附：随堂检测答案1．（1）C2H6（2）NO3-（3）CO2（4）N2O4（5）CO或C22-2．（1）（C）（2）（A）（3）检查系统的气密性此反应为放热反应（4）排净系统中的空气（C）