高中化学人教版 《化学必修2》5.2 《基于自制仪器探究氮的含氧化合物的转化》说课稿

基于自制仪器探究氮的含氧化合物的转化
使用教材
人民教育出版社
普通高中教科书《化学》必修第二册
第五章第二节
实验器材
仪器：带凹槽的自制玻璃管、注射器、锥形瓶、烧杯、铁架台、磁子、磁铁、镊子、止水夹、橡胶管。
药品：稀硝酸、6
mol/L氢氧化钠溶液、铜丝、蒸馏水
三、实验设计创新点
铜与硝酸的反应是中学阶段的重要反应，氮的含氧化合物间的转化在工业中也有重要应用。在中国知网上以“铜和硝酸反应的装置改进”为关键词搜索，共14条记录；以“含氮化合物转化实验装置改进”为关键词搜索，未找到相关文献。以往研究多是针对单一制备装置的改进，未涉及氮元素之间的转化；转化装置改进中，多以Cu和浓HNO3的反应为始发反应，较少涉及到Cu和稀HNO3的反应。本实验以Cu和稀HNO3反应制取NO为始发反应，在一套实验装置中探究氮的含氧化合物之间的多步转化。有以下创新点：
（1）装置简捷，原材料易得，操作简便，现象明显。通过设计实验装置，极大程度地激励了学生对实验的大胆改进与创新。
（2）将多个转化过程，以连续的方式呈现在同一个反应装置中，很好地解决了稀硝酸与铜反应过程中不宜观察到无色气体的生成，同时可以清晰地观察到NO遇空气变为红棕色NO2的实验现象，还可以验证NO2与H2O反应的产物，具有较强的直观性，使得反应发生的证据性突出，有效地保障了实验教学的效果，激发学生学习化学的兴趣，提高了复习效率。
（3）通过磁铁随时控制铜与稀硝酸接触反应或分离而停止，操作方便。磁子不与硝酸反应，不易损耗，可重复使用。
（4）整个实验过程均在密闭条件下进行，尾气处理得当，对环境无污染，凸显了“绿色化学”的理念。
四、实验设计思路
（一）反应原理
3Cu
+
8HNO3(稀）==
3Cu(NO3)2
+
2NO↑
+
4H2O
2NO
+
O2
==
2NO2
3NO2
+
H2O
==
2HNO3
+
NO
（二）实验装置图
图1
实验装置图
（三）操作及现象
操作步骤1：将足量缠绕在磁子上的铜丝放入注射器A中，将注射器活塞推至顶端排空空气，然后吸入稀硝酸，置于热水浴中，产生足量气体后，通过磁铁控制铜丝与稀硝酸分离而使反应停止。
实验现象：铜丝表面有气泡产生，溶液逐渐变成蓝色，无色气体逐渐充满整支注射器。
操作步骤2：用排水法将80
mL无色气体排入到玻璃管后（凹槽处剩余少量蒸馏水），关闭止水夹A、C，打开止水夹B，用注射器B推入40
mL氧气到玻璃管中，关闭止水夹B。
实验现象：推入氧气过程中，气体由无色变为红棕色。一段时间后，气体颜色逐渐由红棕色变为无色，玻璃管凹槽处的铜丝表面有气泡产生，玻璃管凹槽处的溶液变成蓝色。
操作步骤3：用注射器B推入足量氧气，气体由无色变为红棕色，将所有气体赶到盛有氢氧化钠溶液的烧杯中，反应结束。
五、实验教学目标
（1）通过自制仪器在同一装置中完成的转化实验，利用明显的实验现象，更强的对比性，实现氮的含氧化合物转化的知识整合，初步认识氮的含氧化合物的循环过程，凸显复习课的价值与功能。
（2）以设计实验装置为出发点，通过对转化关系→反应原理→反应特点→反应装置的原理分析，进行实验设计和组间评价，培养学生的证据意识，形成实验装置设计的有序思维。
（3）通过自主设计实验方案，培养安全意识和严谨求实的科学态度，形成“绿色化学”理念，提升社会责任感。
六、实验教学内容
（1）复习、整合氮的含氧化合物的相关性质，建立氮的含氧化合物知识间的相互联系。
（2）建立转化关系→反应原理→反应特点→反应装置的有序思维模型，提高学生分析、解决问题的能力。
（3）提升学生证据推理与模型认知的素养水平，形成“绿色化学”理念，培养社会责任感。
七、实验教学过程
环节一：原理分析
教师活动：[资料卡片]自然界中的氮循环
问题1：画出氮的重要含氧化合物之间的转化关系。
问题2：涉及到几个转化过程？每一步转化的原理是什么？
学生活动：
图2
回顾氮的含氧化合物的转化关系和化学方程式。
设计意图：从原理上分析氮的含氧化合物的转化关系，巩固基础，为后续装置设计提供理论依据。
问题3：在实验过程中，如何证明每一步转化都实现了？
学生活动：从反应物的消失现象和生成物的生成现象寻找证据，证实反应的发生。
设计意图：寻找反应发生的证据，培养学生的证据意识。
问题4：设计在一个实验装置中实现上述转化，装置应该包含几个部分？每一部分的装置是什么？
学生活动：根据理论分析，初步确定实验装置。
设计意图：培养设计实验装置的有序思维。
环节二：自主设计
任务一：
依据上述分析，设计一套实验装置，分步实现的转化，并说明每一步设计的依据。
学生活动1：分组讨论，绘制装置图。
图3
分组讨论、绘制装置图
学生活动2：学生分组展示，互评。
图4
学生分组展示，互评
设计意图：培养学生合作意识和能力，在设计实验装置的过程中，提升设计实验装置的有序思维水平。
环节三：装置搭建
教师活动：展示实验装置
问题1：
分析该装置如何使用？
问题2：怎样证明每一步反应发生？
学生活动：分析该装置的原理和使用方法，寻找实验发生证据。
图5
学生分析装置
任务二：搭建实验装置，进行实验操作。
学生活动2：解释每一步操作的目的、原理。
设计意图：由理论到实践，培养学生严谨的科学态度。
问题3：该装置有哪些优点？
学生活动3：评价实验装置。
设计意图：完善实验装置的评价标准，培养学生严谨的科学态度。
环节四：实际应用
教师活动：展示氮的含氧化合物转化在工业生产中的重要应用，反思工业制硝酸的流程设计需要注意的问题。
设计意图：认识化学知识在生活生产中的重要应用，理解工业生产中装置设计的考虑角度。
八、实验效果评价
（1）实验设计注重学生的有序思维
根据已有理论知识，从转化关系→反应原理→反应特点→反应装置对实验进行分析，整个过程贯彻“绿色化学”理念，形成实验装置设计的有序思维，强化学生的证据意识。
（2）小组活动突出学生主体地位
本节课以学习小组为单位展开活动，通过小组讨论、展示、互评，增强了学生的合作能力，极大地激发了学生的学习热情，提升学生的创新意识。突出了学生的主体地位，强化了理论知识在实践中的指导作用。
（3）视觉冲击激发学生学习兴趣
实验过程中颜色变化明显，气体经历了由无色→红棕色→无色的变化过程，溶液两次由无色到蓝色，将学生的好奇心理充分调动了起来；将三个化学反应整合到一套装置中，不仅提高了实验效率，还形成了对比，将学生的关注点转移到物质转化上来。
（4）实际应用突出学科的应用价值
通过实验装置的设计与评价，培养学生从原理正确、装置合理、操作可行、产物可证、实验安全、节约成本、反应可控、绿色环保等多种角度评价实验装置，将实验室装置设计迁移到工业上制硝酸的装置设计上，突出实际生产中综合考虑问题的重要性，突出了化学学科的应用价值，培养学生社会责任感。