师:今天我们一起来学习人教版必修2第五章第二节氮及其化合物的第二课时。这是本节课要达成的学习目标:一、能够依据物质类别和价态认识硝酸的化学性质。二、通过硝酸与不活泼金属、非金属的反应认识硝酸的强氧化性。通过比较浓硝酸与稀硝酸、浓硫酸性质的差异,认识浓度、反应条件对反应产物的影响。了解硝酸在现实生活中的用途,结合用途理解硝酸的强氧化性。了解酸雨的形成原理、危害及防治方法。

  在前面的课程学习中,我们知道二氧化氮溶于水会生成硝酸,这也是工业制备硝酸的原理。这节课让我们一起来认识硝酸的性质和用途。观察二氧化氮溶于水后的产物,我们可以知道硝酸具有什么物理性质呢?

  生:硝酸是一种无色液体。

  师:对,除此以外,硝酸还是易挥发、具有刺激性气味的液体。常用的浓硝酸质量分数约为69%,因含有较多的水,硝酸分子完全电离,以氢离子和硝酸根离子的形式存在,写离子方程式的时候要拆开。溶解了过量二氧化氮的浓硝酸在空气中由于易挥发产生发烟现象,称为发烟硝酸。

  那么硝酸具有什么化学性质?上节课我们已经整理了氮元素的价态类别二维图,图上就有硝酸。从类别看,硝酸属于含氧酸,应该具有酸性。而从价态看,硝酸中氮元素为氮的最高价正五价,因此推断硝酸可能具有氧化性。

  那么硝酸具有酸的哪些共同性质?请同学们以稀硝酸为例,举例写出相关反应的离子反应方程式。

  生:硝酸能使紫色石蕊试液变红,能与活泼金属反应,与碱发生中和反应,与碱性氧化物如氧化铜反应,与某些盐如碳酸盐反应。

  师:非常好。同学们,第二点,铁和稀硝酸反应不是生成氢气和亚铁离子,这是真的吗?让我们通过视频来看一下。

  (播放视频)

  师:从视频可以看到,稀硝酸和铁反应确实生成三价铁离子,这是为什么呢?我们看硝酸中氮原子是正五价,反应生成了正二价的一氧化氮,这说明稀硝酸中正五价的氮氧化性比氢离子强,会将铁氧化为三价铁离子,还原产物为一氧化氮而非氢气,也就是说稀硝酸具有强氧化性,这点与稀硫酸不一样。因此,在考虑稀硝酸的反应时,不能只考虑氢离子,还要考虑正五价氮原子的氧化性。

  既然稀硝酸有强氧化性,我们猜测浓硝酸应该也有强氧化性。接下来让我们一起探索硝酸的氧化性,结合浓硫酸的氧化性检验,我们可以选用什么实验用品、实验装置检验硝酸的氧化性?

  生:我们同样选用铜丝进行实验,产物可能会有污染性气体氮的氧化物,为此我们配置装有氢氧化钠溶液的尾气吸收装置。

  师:很好,下面让我们通过视频来观察实验现象。

  (播放硝酸与铜反应的视频)

  师:本实验用到的实验用品主要有嵌入铜丝的橡胶塞、浓硝酸、稀硝酸。向聚脂试管中加入两毫升稀硝酸,固定在铁架台上,集气管通过玻璃导管通入盛有氢氧化钠溶液的烧杯中以吸收尾气。将嵌有铜丝的橡胶塞住试管口,使铜丝与稀硝酸接触,稍后可观察到铜丝与稀硝酸发生反应,产生气体,试管中有红棕色气体产生。反应中生成的无色气体为一氧化氮,接触到空气后被氧气氧化成红棕色的二氧化氮,向上拉铜丝终止反应。在这一过程中,铜与稀硝酸发生了氧化还原反应,生成硝酸铜、一氧化氮和水,一氧化氮遇到空气被氧化生成红棕色二氧化氮。

  向聚脂试管中加入两毫升浓硝酸,固定在铁架台上,其支管通过玻璃导管通入盛有氢氧化钠溶液的烧杯中以吸收尾气。将嵌有铜丝的橡胶塞住试管口,使铜丝与浓硝酸接触,可观察到铜丝与浓硝酸立即剧烈反应,产生红棕色气体,该气体为二氧化氮,向上拉铜丝终止反应。在这一过程中,铜与浓硝酸发生了氧化还原反应,生成硝酸铜、二氧化氮和水,二氧化氮为红棕色气体。

  在铜和稀硝酸的反应中,生成的气体是无色的,在液面上方接触空气变为红棕色,可推知气体为一氧化氮,反应逐渐加快,溶液由无色变为蓝色,说明生成硝酸铜。浓硝酸与铜在常温下能迅速反应,生成红棕色的二氧化氮,反应剧烈,溶液逐渐变绿,这是因为硝酸铜溶液显蓝色,当溶液中同时拥有较多二氧化氮时,其混合溶液显绿色,可知产物有硝酸铜。

  那么请同学们写出稀硝酸和浓硝酸与铜反应的化学方程式,并通过双线桥标明电子得失情况。

  (学生书写)

  师:实验可知硝酸的浓度与反应速率、产物息息相关。在书写化学方程式时,我们需要在硝酸的化学式后标明稀或浓。稀硝酸和铜反应,氮的化合价从正5变为正2,得到2×3个电子变为一氧化氮,稀硝酸作氧化剂;铜从0价变为正二价,失去3×2个电子作还原剂。通过配平化学方程式我们可以发现,8份稀硝酸中仅有两份稀硝酸被还原,而剩下6份则与铜离子形成硝酸铜,因此这部分硝酸也体现出其酸性。浓硝酸亦然,氮的化合价从正5变为正4,得到2×1个电子变为二氧化氮,浓硝酸作氧化剂;铜从0价变成正二价,失去两个电子做还原剂,其中两份硝酸被还原为二氧化氮。那么同学们能够写出铜与稀硝酸、浓硝酸反应的离子方程式吗?

  (学生书写)

  师:书写离子方程式时,先写出主要反应物和产物,氮从正五价降低到正二价,铜从0价升高到正二价。为此,硝酸根、一氧化氮配上系数2,铜和铜离子配上系数3。根据氧原子守恒可知,水前面配上四,反应在酸性条件下进行,反应物增加8个氢离子。同样的步骤,我们可以写出铜和浓硝酸的离子反应方程式。

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《化学 必修2 第5章 第二节 氮及其化合物 第2课时 逐字稿-4,023字 第5版》.docx
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