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1、
第四節(jié) 硫酸、硝酸和氨
一、教學設(shè)計
硫酸、硝酸是硫、氮元素的最高價氧化物的水化物,是重要的含氧酸,氨是氮的氫化物。非金屬單質(zhì)、氫化物、氧化物、含氧酸等構(gòu)成某一非金屬元素的知識體系。在硫、氮元素的知識體系中,比較重要的是氧化物和含氧酸。硫酸、硝酸既有酸的一些通性,又有它們自己的特性。氨也有大多數(shù)非金屬元素的氫化物所具有的性質(zhì),同時它又是水溶液呈堿性的惟一氣體,而且是大家非常熟悉的物質(zhì)。因此,將它們歸為一節(jié)進行學習。
硫酸、硝酸和氨是重要的基本化工產(chǎn)品。掌握硫酸、硝酸和氨的性質(zhì),可以更好地認識它們在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防中的重要用途。自然界中氮的循環(huán)具有一定的典型性。因此,本節(jié)教科書選擇濃硫
2、酸、硝酸的氧化性,氨氣的性質(zhì)和制法,以及自然界中氮的循環(huán)為內(nèi)容,目的是讓學生了解這些重要化工產(chǎn)品的主要性質(zhì),了解氮的循環(huán)對生態(tài)平衡的作用。
學生在初中已經(jīng)學過稀硫酸、稀鹽酸的化學性質(zhì),也做過濃硫酸吸水的實驗。本節(jié)通過“思考與交流”,應(yīng)用初中化學知識了解硫酸、硝酸具有酸的通性,然后引出濃硫酸和硝酸的氧化性。氨的性質(zhì)主要學習氨的水溶性、氨水的堿性,以及氨與酸的反應(yīng)。
本節(jié)內(nèi)容編排有以下特點:
1.重視知識的建構(gòu)知識結(jié)構(gòu)由主干知識和基本知識構(gòu)成,主干知識作支撐。濃硫酸、硝酸的主干知識是強氧化性,它們能與絕大多數(shù)金屬起反應(yīng),也能與一些非金屬起反應(yīng),反應(yīng)的特點是濃硫酸、硝酸中的硫、氮元素被還原,生
3、成硫的氧化物和氮的氧化物。氨的主干知識是水溶液呈堿性,因此容易與酸反應(yīng)生成鹽。教科書對于這些主干知識采用實驗進行建構(gòu),用圖示進行加深,用化學反應(yīng)方程式進行強化。而對其他一些基本知識,則采用“思考與交流”“資料卡片”等形式來呈現(xiàn)。
2.重視環(huán)境教育例如,濃硫酸與銅反應(yīng)的實驗,以往是用銅片與濃硫酸反應(yīng),實驗時反應(yīng)不能隨意停止,過多的SO2會造成環(huán)境污染。現(xiàn)在改用銅絲與濃硫酸反應(yīng),反應(yīng)一會兒后,拉出銅絲,反應(yīng)即停止,減少了SO2對環(huán)境的污染。對于自然界中氮的循環(huán),教科書采用圖片與問題相結(jié)合的形式,旨在通過討論,讓學生認識氮的循環(huán)對生態(tài)平衡的重要作用。
本節(jié)教學重點:濃硫酸、硝酸的氧化性,氨的化學
4、性質(zhì)。
本節(jié)教學難點:濃硫酸、硝酸的氧化性。
教學建議如下:
1.做好實驗,充分發(fā)揮實驗的功能。實驗→觀察→分析是本節(jié)教學的重要手段與方法。為取得良好的實驗效果,教師要明確實驗?zāi)康?,明確實驗觀察的重點,使學生通過仔細觀察現(xiàn)象,來分析變化的本質(zhì)。另外還要強調(diào)實驗的操作要點及要掌握的實驗技能等。
在復(fù)習濃硫酸的吸水性、脫水性時可做蔗糖中加濃硫酸的實驗,結(jié)合教科書圖4-27,以激發(fā)學生的興趣。
對于硫酸的氧化性,建議演示實驗前設(shè)置如下思考題:(1)本實驗反應(yīng)的條件是什么?(2)反應(yīng)前后溶液及銅片有哪些變化?(3)實驗發(fā)生后品紅溶液(或紫色石蕊溶液)有何變化?由此得出什么結(jié)論?盛品紅溶液試管
5、口的棉花起什么作用?這樣可以使學生帶著問題進行觀察,加強其對直觀現(xiàn)象的認識??蓪︺~與濃硫酸反應(yīng)的實驗進行改進(見“活動建議”)。
對于硝酸與銅、非金屬的反應(yīng),可以適當補充演示實驗,但必須控制環(huán)境污染問題。做濃、稀硝酸與銅反應(yīng)的實驗時要選用細長的導線銅絲。這樣既反應(yīng)快,又便于及時抽出,污染少;選用1∶2的稀硝酸現(xiàn)象較明顯,為增強可觀察性,可用白紙作襯托。在做紅熱的木炭在濃硝酸里燃燒的實驗時,要求學生認真觀察實驗現(xiàn)象,并指出除碳外,硫、磷也能被濃硝酸氧化,至于氧化的產(chǎn)物不要求學生掌握。要記住王水的組成,可引導學生妙用王水中的“王”字的豎橫筆畫比,幫助記憶。
對于【實驗4-9】,可根據(jù)實驗現(xiàn)象引
6、導學生分析:(1)燒瓶內(nèi)為什么會形成噴泉?(2)溶液為什么變成紅色?這個實驗可以使學生更好地理解氨極易溶于水、且水溶液顯堿性的性質(zhì)。對于氨與鹽酸的反應(yīng),也可以用實驗進行演示。
2.加強思想方法教育。討論濃硫酸和硝酸的性質(zhì)時,要突出氧化還原的觀點,分析反應(yīng)的特點,從而理解濃硫酸、硝酸的氧化性表現(xiàn)在硫、氮元素價態(tài)的變化上。另外,學生學習了濃硫酸、硝酸的強氧化性后,一定會產(chǎn)生疑問:濃硫酸、稀硫酸中溶質(zhì)都是H2SO4,為什么性質(zhì)有如此大的差異?濃硝酸、稀硝酸的氧化性為什么也有比較大的差異?這時要引導學生運用內(nèi)因與外因的關(guān)系進行分析,指出量變會引起質(zhì)變,加深對自然辯證法的認識。
3.運用比較歸納法進
7、行學習。濃硫酸、硝酸的氧化性有許多相似的地方,通過比較可以加深理解、方便記憶。如濃硫酸、硝酸作氧化劑時,都是硫、氮元素被還原;都是濃的溶液氧化性比稀的溶液強;濃硫酸、濃硝酸都能與不活潑金屬和一些非金屬反應(yīng);在常溫下,濃硫酸、濃硝酸都能使鐵、鋁表面氧化生成牢固的氧化物薄膜,從而阻止酸與內(nèi)層金屬的反應(yīng)等。在教學過程中,學生會常常錯誤地認為:硝酸愈稀被還原的程度愈大,說明硝酸愈稀氧化能力愈強。對此,要向?qū)W生說明,氧化性的強弱是指氧化其他元素的能力,而不是指本身被還原的程度,即不能以還原產(chǎn)物中氮的價態(tài)作為衡量標準。在教學中還可以引導學生歸納氨的特殊性,如氨水的化學式、氨水的酸堿性等。
4.注意教學方
8、式的多樣化。應(yīng)充分利用各種實物、音像資料,通過觀看、閱讀、講解、討論等多種形式進行教學。尤其是要注意不斷創(chuàng)設(shè)問題的情景,引發(fā)學生討論。還要鼓勵學生主動提出問題,質(zhì)疑釋疑等。
二、活動建議
【實驗4-8】該實驗只有在持續(xù)加熱時,才有穩(wěn)定的SO2氣流。反應(yīng)完畢,冷卻后,把試管里的液體慢慢倒入另一支盛有少量水的試管里,可觀察到溶液呈現(xiàn)藍色。
在做這個實驗時,試管底部往往會出現(xiàn)黑色沉淀物,溶液也顯得發(fā)黑,持續(xù)加熱的時間長一些,顏色可變淺。由于反應(yīng)復(fù)雜,不宜過多介紹。
此實驗也可稍作改進(如圖4-1)。改進后的實驗可證明SO2的產(chǎn)生;證明SO2溶液為酸性;證明SO2不能漂白石蕊溶液;強調(diào)尾氣處理
9、的方法。
現(xiàn)象:濃硫酸與銅在加熱時能發(fā)生反應(yīng),放出能使紫色石蕊溶液變紅或使品紅溶液褪色的氣體。反應(yīng)后生成物的水溶液顯藍色。
圖 4-1 濃硫酸與銅的反應(yīng)
【實驗4-9】做此實驗時應(yīng)注意:
1.裝置要密閉不漏氣。
2.圓底燒瓶要干燥。
3.燒瓶里的氨氣要充滿。
實驗中所用的氨氣可用以下方法得到:
1.用NH4Cl與Ca(OH)2共熱制氨氣。注意首先要檢查Ca(OH)2是否變質(zhì)〔長期存放的Ca(OH)2可能會部分變成CaCO3〕,最好用新制的Ca(OH)2。為防止生成氨合物,Ca(OH)2要過量,NH4Cl與Ca(OH)2的質(zhì)量比以5∶8為宜。如果用(NH4)2SO4代替NH4
10、Cl,則二者的質(zhì)量比以1∶1為宜。如果用粉末狀的生石灰代替Ca(OH)2,制得的氨氣比較干燥。
2.加熱濃氨水制氨氣。在燒瓶中加入2~4 mL濃氨水,加熱即可得到氨氣。此法也可用于做噴泉實驗。
3.在常溫下,用濃氨水與固體燒堿混合制氨氣。方法是:在分液漏斗中加入濃氨水,在錐形瓶中加入少量固體氫氧化鈉(約一小藥匙),按圖4-2所示安裝好裝置。將濃氨水慢慢滴入錐形瓶,待冒出較多的氣泡時,用向下排氣法收集氨氣。實驗時要控制好濃氨水的滴入速度,分液漏斗的活塞不要開得太大,以免產(chǎn)生氨氣過多而沖開錐形瓶的塞子。此法的裝置和操作都很簡便,而且制得的氨氣濃度也比較大,做“噴泉”實驗效果比較好。
圖
11、4-2 制取氨氣
現(xiàn)象:燒杯里的水由玻璃管進入燒瓶,形成噴泉,燒瓶內(nèi)液體呈紅色。
三、問題交流
【思考與交流1】(1)它們都是酸,在水溶液中電離出H+,硫酸和硝酸是含氧酸,鹽酸是無氧酸;硫酸是二元強酸,硝酸和鹽酸是一元強酸……
(2)在水溶液中都電離出氫離子,HA=H++A-
(3)從鹽酸、稀硫酸是非氧化性酸,濃硫酸或硝酸是氧化性酸的角度加以討論。
【思考與交流2】提示:氮是蛋白質(zhì)的基本組成元素之一。所有生物體內(nèi)均含有蛋白質(zhì),所以氮的循環(huán)涉及到生物圈的全部領(lǐng)域。氮是地球上極為豐富的一種元素,在大氣中約占79%。氮在空氣中含量雖高,卻不能為多數(shù)生物體所直接利用,必須通過固氮作用。固氮
12、作用的兩條主要途徑,一是通過閃電等高能固氮,形成的氨和硝酸鹽,隨降水落到地面;二是生物固氮,如豆科植物根部的根瘤菌可使氮氣轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}等。植物從土壤中吸收銨離子(銨肥)和硝酸鹽,并經(jīng)復(fù)雜的生物轉(zhuǎn)化形成各種氨基酸,然后由氨基酸合成蛋白質(zhì)。動物以植物為食而獲得氮并轉(zhuǎn)化為動物蛋白質(zhì)。動植物死亡后遺骸中的蛋白質(zhì)被微生物分解成銨離子(NH4+)、硝酸根離子(NO3-)和氨(NH3)又回到土壤和水體中,被植物再次吸收利用。
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