氨气相关论文例文,与《氨气》的教学实录评析相关硕士论文范文

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摘 要 :从氨气有关性质在生活、生产中的应用出发,“走近” 氨气,“初识” 氨气,进而通过系列实验设计,系统、全面、深刻地揭示氨气的性质,完整地构建氨气的性质知识网络.

关 键 词 :氨气;教学实录

文章编号:1008-0546(2012)12-0064-04 中图分类号:G633.8 文献标识码:B

doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2012.12.030

一、设计思想

“氨气”是必修一第四章第四节的教学内容,教学时从合成氨工业与人类生产与生活密切相关出发,结合氨气中氮元素的化合价(-3价——最低价),通过观察实验、分析实验现象展开对氨气性质的讨论.

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本节课以实验为主线来构建学生学习的知识主线,同时穿插氨气在生产、生活中的应用去丰富教学内容,“应用”是本节课的又一主线.

二、教学实录及评析

1.引入新课

师:氮是自然界植物生长所必须的元素,虽然空气中有大量的N2,但是我们必须将大气中游离态的氮转化为化合态的氮才能被植物吸收,这个过程就是氮的固定.人工固氮的方法是将N2与H2反应生成氨气,一个看似非常简单的反应,人类历经百年还在一直研究着,历史上至少有两次诺贝尔化学奖与合成氨的反应有关.

1918年的诺贝尔化学奖得主哈伯发明了工业化合成氨气的方法.在资源匮乏的当时人们是这样评价这项发明的:这项发明“使人类从此摆脱了依靠天然氮肥的被动局面”,人类可以用“利用空气制造面包”“解决世界粮食危机”.

在短短的13年后,1931年诺贝尔化学奖再次与合成氨有关.德国科学家卡尔·博施改进了哈伯首创的高压合成氨法,找到了合适的氧化铁型催化剂,使合成氨生产工业化规模扩大,这种方法叫“哈伯——博施法”.

人类为什么对氨气如此感兴趣,它具有怎样的性质和用途呢?让我们一起来认识它!

评析:新课引入从氨气在人类生产、生活的应用出发,联系到和氨气合成有关的诺贝尔化学奖,让学生知道NH3与我们密切相关,从而激发学生学习的兴趣.

2.氨气的物理性质

师:展示一盛满氨气的圆底烧瓶,请同学观察其颜色,并提出是否有同学愿意闻一下氨气的味道.

生:(面带难色)不愿意去闻氨气的味道.根据自己的生活经验可知:氨气是一种无色、有刺激性气味的气体,密度比空气小.

师:(展示图片)阿拉斯加输油管道是世界上第一条伸入北极圈的原油管道,所经地区的冬季温度一般在-48℃至-51℃之间,为了保持原油在管道中一定的流速,需要维持沿线的油品温度在60℃左右.这样的温度会使管道周围的冻土融化,而使管线塌陷.

大家在图片上看到在输油管道的两侧有成千上万根支架,这些支架中充有液氨(液氨在标准状况下的沸点:-34℃),在支架的顶部是很多散热片,这些液氨有什么作用呢? 你能分析一下在这些支架中液氨的状态变化吗?

生:输油管中原油的热量使液氨气化,液氨气化时吸收大量的热,使环境温度急剧降低,从而防止冻土融化.同时氨气在支架的顶部的散热片中与环境进行热交换,在-48℃至-51℃气温下又转化成了液氨,如此反复.

师:这体现了氨气什么样的性质呢?

生:氨气很容易液化,液氨气化时吸收大量的热,使环境温度降低,因此氨常用作制冷剂.

评析:关于氨气可以做制冷剂,在以往的教学中只是一句话的介绍,学生很难留下深刻的影响,通过介绍阿拉斯加的输油管道,分析输油管道两侧支架中液氨的状态变化及作用,让学生在生动的实际应用中掌握知识.

师:除了以上一些物理性质,氨气在水中的溶解度大小如何呢?我们来看一个有趣的实验.倒置的圆底烧瓶中充满了干燥的氨气,用带有玻璃管和滴管的塞子塞紧瓶口.滴管中事先盛满了水,玻璃管的一端升入到滴有酚酞的烧杯中.挤压滴管,使少量的水进入烧瓶.

师:为什么能看到红色的喷泉?

生:氨气是一种极易溶于水的气体.

师:(追问)为什么描述时加了“极易”二字,哪些现象可以证明你的结论?

生:将滴管中的水挤入烧瓶后,滴管的胶头变扁.打开止气夹后水被迅速的压入到烧瓶中,并伴有“嘶嘶”的声音.可以预测这一滴管的水几乎溶解了烧瓶中所有的氨气,从而造成烧瓶内外产生了很大的压强差.因此氨气是一种极易溶于水的气体.

评析:在演示氨气的喷泉实验时,引导学生体会氨气极易溶于水中“极易”这两个字在实验现象中的体现.

师:(总结)

一、氨的物理性质

氨是一种无色、有刺激性气味的气体

标准状况下,氨的密度为0.771g·L-1

氨易液化,可作制冷剂

氨极易溶于水 在标准状况下的溶解性约为1∶700

3.氨气的化学性质

(1)氨的碱性

师:喷泉实验中喷出的溶液为什么显红色呢?

生:氨气溶于水后,溶液呈碱性,使酚酞试液变红.

师:氨气溶于水后,大部分与水结合生成一水合氨.一水合氨中有一小部分(约1%)电离呈NH4+和OH-,因此氨水显碱性,&

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#32780;且是弱碱.

NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-

师:大家能否比较一下氨水和之前提到的液氨中存在微粒的区别?

生:填表比较.

评析:在介绍完阿拉斯加输油管道的两侧支架中液氨的作用后,结合氨气的喷泉实验比较氨水和液氨中存在的微粒,从微观层面对认识氨水和液氨联系与区别,这样的课堂教学设计很自然,学生对于知识的掌握也变成了一件水到渠成的事.

师:一水合氨不稳定,很容易分解生成氨气和水.(演示)用两根玻棒分别蘸取浓HCl和浓氨水,将两根玻棒靠近但不接触.

生:(观察现象)有白烟生成.

生:(解释现象)浓氨水分解产生的氨气挥发出来与浓盐酸挥发出的HCl气体结合生成了NH4Cl固体.(书写方程式)NH3+HCl等于NH4Cl. 生:(惊喜地发现)盛有浓氨水和浓盐酸的试剂瓶打开瓶盖后,在两试剂瓶瓶口上方中间靠近浓HCl的一侧产生了大量的白烟.为什么烟是出现在靠浓盐酸这一侧呢?

生:(讨论)从分子量可知NH3分子比HCl分子小,因此NH3分子迁移的速度比HCl快,白烟生成在靠近浓盐酸这一侧,

师:其他强酸的浓溶液和浓氨水反应时会有类似的现象吗?

生:浓硝酸也是挥发性酸,推测现象应该和浓HCl类似.而浓硫酸不具挥发性,只有将它与氨水混合接触后才能发生反应.

生:(设计实验)提议将浓硝酸和浓氨水的试剂瓶靠近摆放,并分别打开试剂瓶,即可观察到与浓盐酸相似的现象:在靠近浓硝酸的一侧有白烟生成.

师:(总结)

二、氨气的化学性质

1.与酸反应

和易挥发性酸反应 有白烟生成

NH3+HCl等于NH4Cl

NH3+HNO3等于NH4NO3

和难挥发性酸反应

2NH3+H2SO4等于(NH4)2SO4

NH3+H2SO4等于NH4HSO4

评析:这段内容的教学将实验观察和知识内容有机地结合起来,在实施过程中并没有按照原先设计好的方式进行,而是由学生“惊喜的发现”而展开的一系列的讨论,这种“生成性”的教学方式使得课堂更加开放、丰富、多变,充分激发了学生的创造精神和智慧潜能.


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(2)氨的还原性

①氨的催化氧化

师:右图为常见含氮的化合物中氮元素的化合价,NH3中N元素为-3价,是N的最低价态,化合价只能升高,因此NH3除了具有酸性外,NH3还可能具有什么性质?

生:还原性.

师:上课一开始大家就知道:合成氨是人类科技发展史上的一项重大突破,它被大量用于制尿素,铵态氮肥以及硝酸.工业上制备尿素,铵态氮肥以及硝酸的过程中都利用了氨气的还原性,以Pt作催化剂,O2作为氧化剂,将氨氧化为NO(4NH3+5O24NO+6H2O),再进一步转化为其他产品.我们可以在课堂上演示这个反应的过程.

生:(推测)用Pt作催化剂,氨的催化氧化的反应中生成NO,它将迅速和氧气结合生成NO2气体,因此在实验中可能会观察到有红棕色气体生成.

师:(演示)在酒精灯上加热铂丝至红热,插入到盛有浓氨水的锥形瓶中.

生:(观察现象,惊讶)铂丝保持红热,并没有看到红棕色的气体,而是在浓氨水的液面上缓缓的生成了很多白烟.

师:铂丝为什么能持续红热呢?生成的白烟是什么呢?为什么没有看到红棕色气体呢?

生:铂丝持续红热说明反应放热;生成的白烟是NH4NO3;没有看到红棕色气体,是由于氨催化氧化生成的NO与O2结合生成NO2,NO2随即与空气中的水蒸气生成HNO3,HNO3再与浓氨水挥发出的氨气结合生成NH4NO3固体,这就是白烟.

师:NH3→NO→NO2→HNO3的转化过程就是工业上合成硝酸、铵态氮肥的主要原理.

师:氨的催化氧化中除了Pt可以作催化剂,Cu也可以作催化剂.同样我们也可以在课堂上演示Cu催化氧化的过程.

师:(演示)将铜丝绕成螺旋状,在酒精灯上加热至红热,再插入盛有氨水的锥形瓶中.

生:(观察现象)铜丝保持红热.锥形瓶内没有白烟生成.

生:(分析)根据现象结合N元素的价态变化,-3价的N元素的价态升高,结合反应现象,推测氧化产物应该是N2.

(书写化学方程式)4NH3+3O22N2+6H2O

师:催化剂不同,氨催化氧化的产物也不同.科学界中广被传说的“第三位小数的胜利”就和这个反应有关.英国物理学家雷利测定氮气的密度时,发现从空气里分离出来的氮气每升质量是1.2572克,而由NH3的催化氧化制得的N2每升质量是1.2505克.经多次测定,两者质量相差仍然是几毫克.可贵的是雷利没有忽视这种微小的差异,通过反复的实验,他从空气中分离出了很少量没被发现的、较重且极不活泼的稀有气体.

评析:Pt作催化剂的氨的催化氧化是工业生产中的一个非常重要的反应,在课堂上可以演示学生觉得特别兴奋,而且学生根据方程式推测的实验现象与实际观察到的现象不一致,进一步激发学生去思考问题,解决问题,通过讨论学生了解了化学反应的层次性.同时将Cu作催化剂的氨的催化氧化的产物和现象与Pt的做比较,让学生了解催化剂的选择性,同时一小段化学史的介绍会给课堂增添了一些色彩,让学生体会科学家认真细致的研究态度.

②氨气与氯气的反应

师:在学习非金属的时候我们会经常提起另一种具有氧化性的气体Cl2,它会和氨反应吗?(演示实验)两瓶体积相同的集气瓶中分别收集了氯气和氨气,将氨气的集气瓶倒置在氯气的集气瓶上,抽出玻片.

生:(观察现象)黄绿色的Cl2迅速扩散,集气瓶中有燃烧的现象,同时产生浓郁白烟,黄绿色渐渐褪去.

师:燃烧现象说明了什么?白烟是什么?氧化产物是什么?

生:燃烧现象说明Cl2具有很强的氧化NH3的能力,白烟是NH4Cl.在反应中Cl元素的价态降低,说明一定有其他元素的价态升高,而NH3分子中H 元素的价态为+1价,只有-3价的N 元素的价态可以升高,根据实验现象,推测氧化产物应该是N2.(书写方程式)8NH3+3Cl2等于6NH4Cl+N2

师:(追问)这个反应中氨气与氯气的物质的量之比为8∶3,而我们实验时,氨气与氯气的体积是相同的,如果发生了上面的这个反应,氯气应该是过量的,那么为什么集气瓶中的氯气会褪成无色呢?

师:(提示)实验中氨气与氯气的体积相同,也就是说反应中3mol的氯气得到6mol电子转化为6mol的Cl(-1价),同时2mol的 NH3失去6mol的电子生成1mol N2,剩余1mol NH3与1mol Cl(-1价)结合成NH4Cl,那么还有5mol的Cl(-1价)转化成了什么?

生:HCl .(书写方程式)2NH3+3Cl2等于N2+6HCl

师:等物质的量的NH3和Cl2相混合,所得不同还原产物的物质的量之比是多少?

生:等物质的量的NH3和Cl2相混合,同时发生上述两平行反应时,得到的还原产物n(NH4CI)∶n(HCI)等于1∶5

生:(提问)等物质的量的NH3和Cl2反应能否这样理解:NH3首先与Cl2发生氧化还原反应,生成N2和HCl,然后过量的NH3会和生成的HCl反应生成NH4Cl.

师:(肯定、总结)

师:工业上利用NH3与Cl2的反应产生白烟的现象检查氯气管道是否漏气.

评析:这部分的教学内容要求学生不仅是对宏观现象的细致观察,而且要借助反应的定量关系去解决“集气瓶中的黄绿色为什么能慢慢褪去”这个问题.在思考、讨论的同时学生也逐渐体会到了隐藏在显性现象后面的隐性反应(递进的反应过程).根据实验现象“定量”的分析化学反应也是学生应有的一种的思维方法.


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师:(总结)

2.氨气的还原性

4.氨气的用途

师:

评析:课堂结束和开始的新课引入遥相呼应,而且也对这节课的主要内容做了总结.

参考文献

[1] 江敏. 在实验中展现化学的魅力(续1)——定量中的实验和实验中的定量[J]. 中学化学教学参考(8),2011,(11):11~15

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