（人教版2019必修第二册）化学 第二单元 氮及其化合物 大单元教学设计

物质的性质及转化

5.2氮及其化合物

一、教材与教学内容

本节是人教版第五章第二节氮及其化合物的内容。本节内容主要包括：氮及氮的固定、一

氧化氮和二氧化氮、氨和镀盐、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、氨和镂盐的化学性质。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

镂根离子的检验、实验室制取氨的实验活动，让学生根据氨、钱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、单元教学设计思路及教学目标

本教学设计真情境、真问题、真解决、真研究，在问题中建立思维模型、在任务中用思维

模型。整体构思及课时安排如下图所示:

三'教学目标及教学课时安排

课时1从物质结构、元素化合价视角认识物质的性质与转化

1.通过分析氮气分子的结构，了解氮气的化学稳定性；

2.从元素化合价视角认识氮及其化合物间的转化关系；

3.实验探究一氧化氮和二氧化氮的性质，了解自然界中形成硝酸的过程。

课时2辨识化学物质

1.实验室利用氨气性质来辨识；

2.生活中管道工人用浓氨水检验氯气管道是否漏气；

3.在实验室可以通过检验镂根离子来辨识镂盐。

课时3基于性质认识制备含氮物质的方法

1.了解氨气的实验制法；

2.工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸。

四、教学内容

课时1

从物质结构、元素化合价视用认识物质的性质与转化

任务活动设计意图

1.画出氮的原子结构示意图并指出氮在元素周期表中的位

置？写出氮气的电子式和结构式。

（3）j>

第二周期，第VA族。

：N；；N：N≡N

分析氮的原子结

2.根据氮气的电子式和结构式推测氮气的化学性质？

任务1：氮构，预测和解释氮

两个氮原子间以共价三键结合，断开该化学键需要较多的能量，所以

原子结构与气可能的化学性

氮气的化学性质很稳定，通常难以与其它物质反应。

性质的关系质，学习氮的固定

3.根据氮气的性质，学习氮的固定和循环。

与循环。

含义与路大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程称为就

形式的固定

氮

大自然通过闪电释放的能量将空气中的血气转化为空复的

的自然固氮

化合物，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成普一

固

定

人工通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物。最重要

固就的人工固就途径就是工业合成氨

，,

ʌlɪeea9⅛<⅜w⅛I*⅜⅛t⅛⅛∙wJM<4∙NOJ

ψ,含做化合卷■'：r3"*NH,

9\分析氮的原子结

I——.-—___I______t_____

气产JKglHfto:---------------------------LHOIJK体

构，预测和解释氮

4.氮气与金属单质、非金属单质的反应

气可能的化学性

氮气的化学性质稳定，通常很难与其他物质发生化学反应。但高温、

质，学习氮的固定

高压、催化剂或者放电等条件下，可以和某些物质发生反应。

与循环。

①金属镁：N2+3MgMg3N2氧化性

放电或高温

②氧气：N2+O2--------2NO还原性

③氢气：M+3也望甥NH3氧化性

J⅜W⅜_____________________________

任务活动设计意图

1.分析总结硫及其化合物间的转化关系。

雷雨发庄稼，将氮气转化为硝酸盐要经过几步转化，从元素

化合价角度思考。

帮助学生建立从元

任务2：从素化合价角度认识

物质类别角物质性质的思维模

N+O2NO2NO+O=2NO型。

度、元素化2222

合价角度认

2.氮氧化合物之间的转化。

性质

识含氮及其NONO2I微拓展I

红棕色、有刺激性气味氮的氧化物有

化合物间的6

无色、有毒气体，

物理的有毒气体，密度比空气种：N2O,NO,

相互转化关不溶于水的大，易液化，易溶于

性质N2O3ANO2、N2O4,

系水N2O5,其中MO?、

三常雨4。很正NzOs分别是

NO2溶于水时发生反应的

化学易与02反应，化学HNo2、HNO3WK

化学方程式为3NO?+

性质方程式为性氧化物，旦

H20=2HN03+N0

2NO+O2=2NO2

2NO2N2O4.

3.氮氧化合物与水反应生成硝酸。

现象一：无色气体变红棕色NO→NO2

2NO+O2=ZNO2

现象二：红棕色变为无色NO2→NO

3NO2+H2O=ZHNO3+NO（工业制取硝酸）

结论：在一定条件下，No与NO,可以相互转化。

通过提出问题一

如果将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？做出猜想一实验

上述实验对工业生产硝酸有什么启示？验证一得出结论

4.如何更大程度生产硝酸。

的学习过程，培养

如果将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？

学生的科学探究

2NO+O2=ZNO2

与创新意识。

3NO2+H2O=2HNOj+NO

/+O2

2NO+O2=2NO,

∖+H2O

3NO2+H2O=2HNO3+NO

可以用注射器不断吸入空气，然后使注射器里的气体充分与水反应

5.工业生产硝酸的启示

①No与O?同时通入水中

2NO+OJ=2NO2①

3NO2+H2O=2HNOJ+NO②

总的化学方程式为

φ×3+<5)×24NO+3O2+2H2O=4H∖OJ

②NO］和O,混合气体溶于水的计算

3NO2+H2O=2HNOJ+NO①

2NO+O2=2NOJ②

①x2+②总的化学方程式为4NO2+O2+2H2O==4HNO3

雷雨发庄稼情境下，

6.雷雨发庄稼，将氮气转化为硝酸盐要经过几步转化，每一

步转化所需要的分别什么？理由是什么？逐步学习氮气T氮

氧化物T硝酸一硝

+O,+O+H,O+NH

L2L13

N2-------→NO--"NO2------→HNO3----------->NH4NO3酸盐的转化原理。

Nr∣~O-放电或亚2NO3NO2+H2O=2HNO3+NO

2NO+O2=2NO2HNO3+NH3=NH4NO3

课堂评价

1.（选自苏数版新数材P37）下列反应中，不属于氮的固定的是（）

A.N2和H2在一定条件下合成NH3

B.豆科植物把空气中的氮气转化为化合态的氮

C.雷电时，空气中的N2与02反应生成NO

D.由NH3制碳酸氢铁

解析：选D氮的固定是由游离态转化为化合态，D项是由化合态转化为化合态，不属于氮的固定。

2.（越自鲁科版新■敛材P∣∣8）关于收集一氧化氮和二氧化氮两种气体的方法，下列叙述中正确的是（）

A.都可用排水法

B.一氧化氮用排水法，二氧化氮用向上排空气法

C.都可用向上排空气法

D.一氧化氮用向上排空气法，二氧化氮用排水法

解析：选BNO不溶于水，能与空气中的氧气反应，所以用排水法收集，NO2与水反应，与氧气不反

应，且密度比空气大，所以用向上排空气法收集。

3.如图所示，试管中盛装的是红棕色气体（可能是混合物），当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上

升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水柱继续上升，经过多次重复后，试管

完全被水充满，原来试管中盛装的不可能是（）

A.氮气与二氧化氮的混合气体

Z-S

B.氧气与二氧化氮的混合气体M广：

c.一氧化氮与二氧化氮的混合气体≡⅛ib≡

D.二氧化氮气体

解析：选A二氧化氮与水、氧气可发生反应：4NO2+O2+2H2O,4HNO3,一氧化氮与水、氧气可发

生反应：4NO+3O2+2H2O,4HNO3,因此B、C、D项均不符合题意；氮气不溶于水，在溶液中不能与氧

气反应，水不能完全充满试管，A项符合题意。

4.农业上有一句俗语“雷雨发庄稼”，其中就涉及氮及其化合物的转化：在一定条件下，氮气最终转化

为硝酸，然后HNo3与土壤中的矿物作用生成硝酸盐，为庄稼提供氮肥。请你结合本节知识的学习，写出

氮气转化为硝酸的化学反应方程式。

番雨茂盛的庄稼

放电或高温

答案：N2+O2=^=2NO2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO

课时2

4JUA>∙rJALL.dɪ

任务活动设计意图

【导入】青岛世园会音乐喷泉，位于李沧区百果山森林公园

内天水湖里，大型水舞秀是整个世园会核心园区景观之一，

水舞秀的奥妙在于湖水下的数百个喷泉。喷泉是一种将水或

其他液体经过一定压力通过喷头喷洒出来具有特定形状的

组合体，提供水压的一般为水泵。

创设真实情境，鼓

励学生大胆探究，

并结合探究实验

任务1：依进行归纳总结。

据氨气极易

1.氨气物理性质

溶于水能形

成喷泉辨识

颜色、状氨是无色、有刺激性气味的气体,密度比空

氨气态、密度气的小__________________________________

的物氨极易溶于水，在常温常压下，1体积水大约

溶解性

理性可溶解700体积氨

质

氨很容易液化，液氨汽化时吸收大量的热，

熔沸点

故液氨可用作制冷剂

2.喷泉实验

在干燥的圆底烧瓶里充满NH3,用带有

玻璃管和胶头滴管(预先吸入水)的橡

胶塞塞紧瓶口。倒置烧瓶，使玻璃管插

入盛有水的烧杯中(预先在水里滴入少

量酚麟溶液)。打开弹簧夹，挤压胶头

滴管,使水进入烧瓶。观察并描述现象,培养学生设计实

分析出现这些现象的可能原因。验、分析问题、解

成喷泉辨识决问题的能力。

1.如何操作才能引发该喷泉实验？是先挤出胶头滴管中的水还是先打开止水夹？

提示：先打开止水夹，然后挤出胶头滴管中的水，氨气溶于水，烧瓶内的

压强降低，外界大气压将水压入烧瓶内，形成喷泉.

2.若将、换为NO?,能否形成喷泉？若能形成，则实验后液体能否充满烧瓶？

提示：能形成喷泉，但不能充满烧瓶。NO2易溶于水并与水发生反应：3NO2

+⅛O=2HNO3+NO,有NO气体产生，故用NO2与H2O做喷泉实验时，

液体只能充满烧瓶容积的;。

3.某同学做课本中喷泉实险时，打开止水夹后将胶头滴管内的水挤入烧瓶内，

可并未产生喷泉，试分析实验失误可能的原因是什么？

提示：①装置气密性不好；②收集的NH3纯度较低；③烧瓶不干燥等.

任务活动设计意图

S

(!)与水反应NH3+H2O=F=≡NH3H2O(一水合氨)

①NHyHQ为可溶性一元弱碱，能使红色石恭试纸变蓝.

部分电离：NH3H,O=^NH4÷+OH

任务2：氨实验室用过量氨水与可溶性铝盐(如AICl&溶液)反应来制备Al(OH)3。

3

Al+3NHj∙H2O=Al(OH)31+3NH,

气与水反应②NH3∙%O不稳定，易分解。

NHHO=^=NH↑+HO

产物碱性、j232

能与氯化氢(2)与酸的反应

培养学生设计实

①原理：NH+HCI=NHCI

生成氯化铁34

现象：有大量白烟产生验、分析问题、解

等可以帮助原因：氨与氯化氢相遇迅速反应生成固体小颗粒

决问题的能力。

辨识

NH,与Ha的反应

任务活动设计意图

(D不稳定性——受热易分解

NHCl=^=NHH+HCI1NH4HCOj=^=NH11+CO2t+H：O

(NH4)2CO3&2NH5t+C02t+Hq

并不是所有的钱盐都受热生成NH,

NH4NOJ=^=N2Ot+2H2O

离温或猛烈撞击

2NH4NOJ2N2t+O2t+4H2O

(2)与强碱反应

实验5-7:向盛有少∙NHQ溶液，NH4NO3溶液和(NH4)2SO4溶液的三支试管中分

别加入NaOH溶液并加热(注意通风)，用遍子夹住一片湿润的红色石荔试纸放在试

管口。观察现象，分析现象产生的原因，写出反应的离子方程式。

实验现象：湿润的红色石惹试纸变蓝。

实验结论：反应中有碱性气体产生。

k⅛t+OH∙ɪɪ=NH3f+HzO

任务3：在培养学生设计实

实验室可以(2)与强碱反应验、分析问题、解

通过检验钱决问题的能力。

根离子来辨

I.试管A中加热、也(I和CH(OH)2固体制取氨气的反应原理是什么(用化学

方程式表示)？实验室里用该装置还能制取哪种气体？

识镂盐

提示：2NHQ+Ca(OHb∙ACaeb+2HQ+2NHj>；用该装置还可以制取

O2(2KCIOj^=2KCI+3O2t)・

2.干燥管B中盛放的试剂是什么？其作用是什么？能否使用CaCh固体？

提示：碱石灰；干燥氨气；不能用CllCk固体干燥氨气，因为CaCL能吸

收氨气生成CaCl∙8NHj.

3.如何检验试管C中已收集满氨气？

提示：(I)将湿润的红色石荒试纸置于试管口，试纸变蓝色；或(2)

将蘸有浓盐酸的破璃棒置于试管口，有白烟产生。

4.试管(管口塞上棉花的作用是什么？

提示：防止氨气与空气对流，便于收集到较纯净的氨气。

5.通常棉花上蘸取一些水或稀硫酸，目的是什么？

提示：防止过■的氨气逸散到空气中，污染环境.

镇盐的检验方法

-SJifiJiTi*f⅜ff¾*∏⅞

NH」检蛉：接盐(NHj序无色气体(NH3)［售Sl

△I微髀产生白烟_

(I)取少许样品与碱混合于试管中共热，将湿润的红色石

诧试纸靠近管口，若试纸变蓝，则证明样品中含有、Hr.

/

(2)取少许样品于试管中，放入碱后加热，用蘸有浓盐酸

的玻璃棒靠近试管口，若有白烟产生，则证明样品中含

有、'H4+.

34

原理：NH/+OH-=^=NHat+H2O

课堂评价

1.氨的喷泉实验体现了氨的下列性质中的（）

A.还原性B.极易溶解于水

C.易液化D,氧化性

解析：选B氨气极易溶于水，所以会有喷泉现象产生。

2.检验试管中盛有的少量白色固体是镂盐的方法是（）

A.加氢氧化钠溶液，加热，用湿润的红色石蕊试纸在试管口检验，看试纸是否变蓝

B.将固体加热，产生的气体通入紫色石蕊溶液中，看是否变红

C.加水溶解，用PH试纸测溶液的酸碱性

D.加入氢氧化钠溶液，加热，再滴入酚酸溶液

解析：选A检验铁盐的方法：将某固体与强碱共热，若产生有刺激性气味的气体，且该气体能使湿

润的红色石蕊试纸变蓝，则原固体为铁盐，A项正确。

3.（选自•科版新数材Pu8）请根据实验室制备氨气的反应原理设计制备和收集氨气的实验方案，并分

析解决下列问题。

（1）某同学用刚刚清洗过的未经干燥的集气瓶收集氨气，会对实验结果产生怎样的影响？

（2）某同学认为可以用加热浓氨水或向浓氨水中加入生石灰的方法获得氨气，这两种方法是否可行？为

什么？

（3）如何检验氨气是否已收集满？简述实验操作和现象。

答案：（1）无法收集到氨气。（2）可行。氨水受热易分解产生氨气；生石灰遇水放出大量的

热，也可以促进氨水分解产生氨气。（3）将湿润的红色石蕊试纸放在集气瓶口处，如试纸变蓝，

说明气体已收集满。

4.［双选］合成氨及其相关工业中，部分物质间的转化关系如下：

下列说法不正确的是（）

A.甲、乙、丙三种物质都含有氮元素

B.反应II、ΠI和IV的氧化剂一定相同

C.VI的一种产物可在上述流程中被再次利用

D.丁为Na2CO3

解析：选BD由题图可知，甲是氮气，与氢气化合生成氯气。反应V是侯氏制碱法的原理，故丁是碳

酸氢钠，受热分解生成碳酸钠。氨气发生催化氧化生成一氧化氮，一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮，二

氧化氮与水反应生成硝酸，硝酸和氨气反应生成硝酸镁，故乙是一氧化氮，丙是二氧化氮。由上述分析可

知，甲、乙、丙三种物质中都含有氮元素，A正确。反应∏为氨气的催化氧化反应，氧化剂为氧气；反应

In为一氧化氮的氧化，氧化剂为氧气；反应IV为二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮，氧化剂和还原剂

均是二氧化氮，B错误。碳酸氢钠分解生成的二氧化碳可以在反应V中循环利用，C正确，D错误。

5.依据图中氮元素及其化合物的转化关系，回答问题：

⑴图1中，X的化学式为,从化合价上看，X具有(填“氧化”或“还原”)性。

⑵①实验室常用NH4Cl与Ca(OH)2制取氨气,该反应的化学方程式为

②下列试剂不能用于干燥NH3的是(填字母)。

A.浓硫酸B.碱石灰C.NaOH固体

③若要收集一瓶氨气，请将图2装置补充完整(在图2虚框内画出连接图)。

收集装置

图2

解析：(I)X中氮元素化合价是+5,氧化物的化学式为N2O5,氮元素处于最高价，因此X具有氧化性。

(2)①实验室常用NH4CI与Ca(OH)2制备氧气，该反应的化学方程式为Ca(OH)2+2NHQI=屋=CaCl2+

2NH3T+2H2O。②氨气为碱性气体，浓硫酸具有酸性，会与氨气发生反应，故不能用浓硫酸干燥，A正确；

氨气为碱性气体，碱石灰可以干燥氧气，B错误；氨气为碱性气体，NaOH固体可以干燥氨气，C错误。

③氨气极易溶于水，比空气轻，只能用向下排空气法收集，导气管位置短进长出。

答案：(I)NzOs氧化(2)(DCa(OH)2+2NH4Cl=⅛=CaCl2+2NH3↑+2H2O②A

(3)收集装置

课时3

基于性质认识制备含氮物质的方法

任务活动设计意图

1.钱盐的化学性质

钱盐与碱(如、aOH)的反应

r

NH4CI+NaOII≈NaCI+H2O+NH5↑在实验室中，常利用核

NH4NO3+NaOH=^=NaNOj+NHjT+H2O盐与强碱反应产生氨这

一性质来检验错根离子

(NII4)2SO4+2NaOH=Na2SO4+2II2O+2NH3↑

+的存在和制取氨.

反应实质：NII4+OHANHJT+I∣2

为什么钱态氮肥不能与草木灰（含K2CO3）混合施用？

任务1：钱

草木灰中含有K2CO3,KZCoS溶液显碱性。碳酸氨筱能与碱性物质反应生

盐性质出发

成氨，如果与碱性物质混合施用，会造成肥效降低。原理分析可行性,

思考如何在

2.氨的实验室制法设计实验验证。

实验室制备

1.力口热NH4CI和Ca(OH)2

氨气

A

①反应原理：2NH,C1+Ca（OH）=CaCh+2NH4+2Hq

②收集方法：向下排空W法（导管要伸ΛSJ接ifiK管底部）

③验满方法：将湿润的红色5⅞¾¾放在试管口

©棉花作用：减少、II,与空气的对流，吸收多余的、U”防止污染空气

⑸加热的试管口应略向下所斜,防止水蒸气冷凝回解裂述管

方法一：加热浓氨水制氨气方法二：浓氨水滴入生石灰(或NaOH)中制氨气

NH3H2O=NH3↑+H2OCaO+NH3H2O=Ca(OH)2+NH3↑

(I)NaOH溶于水放热，促

使氨水分解，且OH浓度的

增大有利于、匕的放出

(2)CaO的作用：

①吸水后放热促进、出的放出;

②增加溶液中OH的浓度，减

3.工业制法N2÷3H2^⅛2NH3小、E的溶解度

任务活动设计意图

1.原理分析

硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、农药、炸药、染料等。工业上

制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸，如下图所示：

H2O2O2H2O

N2ɪ»NH3-1→NO—1→NO2-1→.HNO3

(1)写出每一步反应的化学方程式。

(2)请分析上述反应中的物质类别和氟元素化合价的变化情况，以及

每一步反应中含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应。

0(⅜Q)

(N[>-L

任务2：工∙¢4H¾_L√Nθ)_-→(NθJ~~屋HNO)可以回顾含氮化

业上制备硝有关化学方程式：高温高压、合物转化模型，再

*>χτ■■

ZNH3

酸JFTJn?、催化剂拓展延伸工业制

N2→NH3:______________________________0

催U*刑

。

4NH3+5O2^=4NO+6H2O硝酸，并评价路径

NH3→NO:_

2NO+O2=2NO

NO→NO,:_2~____________O的优劣。

NO2→HNO3:3NO2+H2O-2HNO3+NO

LHNc)3

2.酸雨危害及防治

任务2：工可以回顾含氮化

酸雨有很大的危害，能直接损伤农作物，

业上制备硝合物转化模型，再

破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化，还会

酸加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和拓展延伸工业制

电缆的腐蚀。

硝酸，并评价路径

的优劣。

①调整能源结构，发展清洁能源;

②研究煤的脱硫技术，改进燃烧技术，减少SO?的排放;

③加强工业废气的回收处理；

④改进汽车尾气的处理技术，提高汽车尾气排放标

课堂评价

1.将铁屑溶于过量盐酸后，再加入下列物质，会有Fe3+生成的是（）

A.硫酸B.碘水

C.硝酸锌D.氯化铜

解析：选C加入的硝酸锌电离出硝酸根离子，与氢离子共同氧化亚铁离子。

2.下列事实不能说明浓硝酸氧化性比稀硝酸强的是()

A.浓硝酸遇石蕊溶液先变红后褪色，稀硝酸遇石蕊溶液只变红不褪色

B.浓硝酸能与No反应生成NO2,而稀硝酸不能与No反应

C.浓硝酸在加热条件下可与碳单质反应，而稀硝酸则不能

D.足量的铜还原含1moɪHNO3的浓硝酸和稀硝酸转移电子数分别为NA和3NA

解析：选D浓硝酸具有强氧化性，能将有色物质氧化，可以使石蕊溶液先变红后褪色，而稀硝酸只

能使石蕊溶液变红，能够说明浓硝酸的氧化性强于稀硝酸；浓硝酸能将NO氧化成NO2,体现浓硝酸的强

氧化性，而稀硝酸不能将NO氧化成Nth,说明浓硝酸的氧化性强于稀硝酸；浓硝酸在加熬条件下能与碳

单质反应，体现浓硝酸的强氧化性，而稀硝酸不与碳单质发生反应，说明浓硝酸的氧化性强于稀硝酸；不

能从转移电子多少判断氧化性的强弱，因此足量的铜还原含1molHNo3的浓硝酸和稀硝酸转移电子数分别

为NA知3N,∖,不能说明浓硝酸的氧化性比稀硝酸的强。

3.下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是()

/浓硝酸