第二节  氮及其化合物

 

 

思政元素：生态文明与可持续发展（单循环失衡与环境污染）。

一 、内容分析

 

本节内容主要包括：氮及氮的固定、 一氧化氮和二氧化氮、氨和铵盐、硝酸、酸雨及其防 治。教材首先根据氮的原子结构知识，应用前一节掌握的研究非金属单质性质的基本思路预测氮 的化学性质，渗透条件对化学反应的影响，引出氮的固定对人类生存的重要意义。之后，根据物 质类别研究氮的化合物，包括一氧化氮、二氧化氮、硝酸、氨和铵盐的化学性质。以工业合成 氨、工业制硝酸的生产原理为载体，应用氧化还原反应原理，设计含氮化合物的转化，使学生 认识到从一种原料转化成多种产品，路径之一是通过氧化还原反应改变主要元素的化合价，提 升“变化观念”等学科核心素养。教材设置铵根离子的检验、实验室制取氨的实验活动，让学生 根据氨、铵根离子的性质和反应，选择合适的试剂，设计检验或者制取物质的方案，提升其科学 探究的能力。最后，教材编入“酸雨及其防治”内容以及“测定雨水的pH”  的研究与实践活动， 综合运用硫和氮及其化合物的相关知识，寻求证据参与社会性议题的讨论，分析硫酸工业、合成氨工业对社会发展的价值和对环境的影响，有意识地渗透资源合理利用和环境保护的意识。

 

 

 

二 、教学目标

 

1.  教 学 目 标

(1)通过分析氮的原子结构，推断含氮物质可能的化学特性，理解结构与性质的关系。

(2)通过实验探究，了解一氧化氮与氧气反应、二氧化氮与水反应等性质，感受化学变化的奇妙。

(3)结合化学实验，了解氨与水、酸或氧气的反应，知道氨的催化氧化反应是工业上制取硝酸的基础，知道铵盐是重要的氮肥。

(4)通过对铵盐性质的学习，了解氨的实验室制法，知道铵盐的检验方法，培养学以致用的理念。

(5)结合实验探究，了解硝酸的主要性质——不稳定性和强氧化性，知道硝酸是重要的化工原料。

(6)了解酸雨的概念，知道酸雨形成的主要原因是二氧化硫和二氧化氮进入大气，知道酸雨会严重危害环境，增强环保意识，培养社会责任感。

 

 

 

2. 教学重点和难点

重点：氮及其重要化合物的性质与相互转化，硝酸的不稳定性和强氧化性，酸雨的概念。

难点：二氧化氮的化学性质，硝酸的强氧化性。

 

 

 

三、教学建议

 

1. 参照非金属元素学习的 一般模式，以元素周期表为依据，完成氮及其化合物

知识体系的建构

氮和硫都是典型的非金属元素，含有它们的无机物一般可分为单质、氢化物、氧化物、氧化 物的水化物(含氧酸)、含氧酸盐等5个大类。根据各物质在生产、生活中的用途不同，教科书 的介绍各有侧重，但5类物质都有出现。如本节中涉及含氮的5类物质有N₂ 、NH₃ 、NO 、NO₂、 HNO₃ 、Cu(NO₃)₂等，教学中要注意它们与硫元素对应的物质(S 、H₂S 、SO₂ 、SO₃ 、H₂SO₄ 、 CuSO₄)  在性质上的异同，感受同类物质性质的相似性和差异性，在比较和分析中增强对知识的理解。

元素周期表是学习元素单质及其化合物的重要工具，教学中要引导学生有意识地用好元素周 期表。如在单元小结时，可以比较C 、N 、O 三种元素的性质差异，体现知识的规律性，提高对元素周期律的认识。

 

2. 选择适当的素材，设置有效教学情境，提高教学效率

“雷雨发庄稼”可以作为本节开始时设置的情境，在播放情境视频后，可以设问：“空气中性  质稳定的氮气是怎样被氧化的呢?今天我们就一起来研究这个问题，”然后开始新课的进程。但  在教学时要注意，雷雨虽然有益，但雷电灾害却是严重的自然灾害之一，雷击可能毁坏建筑物、 破坏电力设备、引发火灾甚至致人死亡，所以要提醒学生注意安全，远离灾害。

“酸雨的危害”是学习酸雨及其防治时的情境素材，教学中可以先播放相关视频或展示图片， 再提出问题：“什么是酸雨?酸雨是怎样形成的?怎样防止酸雨的形成?”然后指导学生阅读教材，完成学习任务。本节教学中的情境素材还有氮的循环与固定、工业合成氨、工业制硝酸等。

 

3. 正确把握教材中关于氮气、二氧化氮、氨、硝酸等的教学要求，合理控制知

识的深广度

关于氮气性质的稳定性，可以从结构分析入手，先展示氮分子的结构模型，指出由于断开氮 氮三键需要较多的能量，所以氮气性质稳定。再从原子结构分析，由于氮原子的最外电子层有 5个电子，所以既不太容易失去5个电子形成+5价的阳离子，也不太容易得到3个电子形成-3价

的阴离子。但在高温、放电和有适当催化剂等条件下，氮气也能与一些物质发生反应。

氮的氧化物种类较多，可以告诉学生氮从+1价到+5价的氧化物都有。教材重点介绍了NO

和NO₂, 教学时对氮的其他价态的氧化物不宜作过多的介绍。

 

 

 

 

 

氨的学习可以充分利用氨的结构模型和化学实验提供的直观信息。在介绍氨分子的结构时， 可以告诉学生其空间结构是三角锥形。由于学生没有学习极性分子和非极性分子的概念，所以在这里不要涉及分子的极性。氨与水的反应属于可逆反应，可以借此回顾可逆反应的知识。

硝酸的强氧化性是本节教学的难点，要使学生明确：硝酸与铜反应时不需要加热；浓硝酸的 还原产物是NO₂ 且反应较快，稀硝酸的还原产物是NO 且开始时反应较慢；常温下浓硝酸与铁或 铝接触时会发生钝化现象，但加热后则可以持续发生反应。在此基础上，可以让学生写出红热的 木炭与浓硝酸反应的化学方程式，通过练习突破难点。这里不要介绍硝酸被还原为其他价态物质

的反应，以免增加学生的学习负担。

 

4. 通过对比、归纳、整理等方法，使所学知识系统化、结构化

浓硝酸的强氧化性是难点，可以通过浓硝酸、浓硫酸分别与铜发生反应的比较加深理解，帮

助记忆(表5-2)。

表5-2浓硝酸、浓硫酸分别与铜等物质反应的比较

 

在单元复习时可以将本节的主要物质N₂ 、NH₃ 、NO 、NO₂ 、HNO₃ 、Cu(NO₃)₂间的关系进行 整合，形成简洁直观的“氮三角”(如下图),并按箭头方向写出相关反应的化学方程式，使所学知识结构化。

对重要的物质如氨、硝酸等，可以从物质的组成、结构、性质(物理性质)、变化(化学 性质)、用途、制备、检验等方面全面总结，以便使学生掌握学习元素单质及其化合物的一般思路。

 

 

 

5. 注重实验的趣味性和探究性，激发学生的学习兴趣，提高学习效率

本节教材中氨的喷泉实验、氨与氯化氢反应生成“白烟”的实验等，都具有很强的趣味性， 教师要用好这些实验激发学生的学习兴趣，并引导学生把兴趣转化为学习化学的动力。如在做氨 的喷泉实验时，先提醒学生注意观察实验现象，完成实验后，通过连续提问引导学生分析实验现 象。相关问题有：①同学们看到了什么现象?②出现喷泉现象说明了什么?③喷泉的原理是什 么?④溶液变成红色说明了什么?⑤你知道还有哪些气体可以做喷泉实验?在分析的基础上得出实验结论，并写出氨与水反应(可逆反应)的化学方程式。

 

 

 

四、栏目使用建议

 

1. 实 验

【实验5-5】

该实验的目的是探究NO₂   与 NO 的相互转化，巧妙地使用注射器，方便灵活，微型环保，可

以演示也可以分组实验。

实验现象：第一次振荡时，无明显现象；吸入空气后气体变为红棕色；再振荡后气体又变为

无色，同时注射器的活塞向内移动。

实验分析：NO 不溶于水，吸入空气后，NO 与 O₂ 反应生成NO₂,   气体变为红棕色；振荡后，

NO₂ 溶于水生成硝酸和NO,   气体又变为无色，同时气体的总体积有所减小。

注意事项：①操作时要注意控制好吸入气体或液体的体积；②注射器的体积小，为了让学生 看清楚，可以走到学生中间操作或通过实物投影仪放大实验现象；③实验结束时可以吸入过量的

空气，充分振荡后将液体注入烧杯，滴加紫色石蕊溶液，观察现象。

【实验5-6】

该实验是利用氨极易溶于水的性质设计的趣味性实验，喷泉现象是该实验吸引学生的亮点。

本实验操作要求较高，适宜在课堂演示。

实验现象：烧杯里的液体经玻璃管喷入烧瓶，形如喷泉，溶液变成红色。

实验分析：挤压胶头滴管，滴管里少量的水进入烧瓶，氨溶于其中，使烧瓶内气体压强减 小，在大气压作用下，下方烧杯里的水被压入烧瓶；氨几乎全部溶于水中，使烧瓶内气压迅速降 低，烧杯里的水(含酚酞)在大气压作用下被迅速压入烧瓶，形成喷泉；由于氨水显碱性，导致

酚酞溶液显红色。

注意事项：①烧瓶内氨的纯度越高，实验效果越好，可将浓氨水滴加在适量生石灰中制  取氨；②装置的密封性要好；③氨在烧瓶内保存时间不要太长，最好当天制取当天实验；④连  接装置时要迅速，以防空气进入烧瓶，影响实验效果；⑤可将2~3 mL 浓氨水倒入圆底烧瓶， 用酒精灯微热，振荡后迅速塞上带有玻璃管的橡胶塞(注意通风),立即用于喷泉实验，效果

较好。

【实验5-7】

铵盐都能与碱反应生成氨，这是实验室检验铵盐和制取氨的化学原理。

实验现象：加热时有气泡产生，试管口湿润的红色石蕊试纸变蓝。

实验分析：两种溶液混合时发生反应 ,氨水显碱性，使湿润的红 色石蕊试纸变蓝。

注意事项：①实验所用溶液的浓度宜大，体积宜小；②氨有刺激性气味，操作时应注意通

风，防止空气污染；③根据这一原理，实验室可用铵盐与碱石灰反应制取氨。

【实验5-8】

浓硝酸和稀硝酸都能与铜反应，但反应速率和产物都不相同，实验时要注意比较其差别。

实验现象：浓硝酸与铜反应时，试管内产生大量红棕色气体，溶液逐渐变绿，铜丝逐渐变 细；稀硝酸与铜反应时，试管内开始产生少量无色气体，反应逐渐加快，气体在试管上部变为红

棕色，溶液逐渐变蓝，铜丝逐渐变细。

实验分析：浓硝酸与铜在常温下能迅速反应，生成红棕色的NO₂,   硝酸铜溶液显蓝色，当溶 液中同时溶有较多NO₂时，其混合溶液显绿色；稀硝酸与铜在常温下能缓慢反应，生成无色的 NO,  随着反应进行，溶液温度升高，反应速率逐渐加快， NO 与 O₂ 在常温下反应生成红棕色的

NO₂, 硝酸铜溶液显蓝色。

注意事项：①硝酸有腐蚀性和挥发性， NO 和NO₂都有毒，实验时要注意防护和通风；②选 用1:2的稀硝酸反应，现象比较明显；③为了便于观察气体的颜色，可以在试管背面用白纸衬

托；④观察时注意比较反应速率大小和生成气体的颜色。

 

2. 思考与讨论

【思考与讨论1】

在演示NO₂溶于水及NO 与NO₂在注射器中的相互转化实验后，教材设置该栏目，有针对性 地提出了三个问题，其目的是引导学生分析实验现象，然后联系工业生产实际进行思考，体现了

学以致用和节约环保的理念。在该实验中，当O₂过量时， NO 可以完全溶于水生成硝酸。

【思考与讨论2】

在学习了铵盐与碱反应生成氨的性质之后，教材设置了关于氨的实验室制法的思考与讨论， 其目的是要学生利用已经掌握的实验室制取氧气的方法，学习实验室制取氨的方法。教学时可以 要求学生根据化学反应原理，设计合理的操作步骤：①按装置图连接好装置；②检验装置的气密

性；③添加药品；④加热制取气体；⑤用向下排空气法收集气体。

注意：在试管口放置干燥棉花是为了防止氨与空气对流而泄漏。当室内气温较低时，用普通 玻璃试管，加热氯化铵与氢氧化钙制取氨，试管容易破裂。若用硫酸铵与碱石灰反应制取氨，可 以降低试管破裂的可能性。

【思考与讨论3】

在介绍氮及其主要化合物的性质之后，教材设置该栏目的主要目的，是让学生在归纳这些物 质化学性质的基础上，进一步从物质类别和元素价态的视角来认识物质的转化关系。同时，这里

也简单介绍了硝酸在生产中的用途和工业制备硝酸的方法。