《氨氣》的教學實錄及評析

摘要：從氨氣有關性質在生活、生產中的應用出發，“走近” 氨氣，“初識” 氨氣，進而通過系列實驗設計，系統、全面、深刻地揭示氨氣的性質，完整地構建氨氣的性質知識網絡。

關鍵詞：氨氣；教學實錄

文章編號：1008-0546（2012）12-0064-04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2012.12.030

一、設計思想

“氨氣”是必修一第四章第四節的教學內容，教學時從合成氨工業與人類生產與生活密切相關出發，結合氨氣中氮元素的化合價（-3價——最低價），通過觀察實驗、分析實驗現象展開對氨氣性質的討論。

本節課以實驗為主線來構建學生學習的知識主線，同時穿插氨氣在生產、生活中的應用去豐富教學內容，“應用”是本節課的又一主線。

二、教學實錄及評析

1.引入新課

師：氮是自然界植物生長所必須的元素，雖然空氣中有大量的N2，但是我們必須將大氣中游離態的氮轉化為化合態的氮才能被植物吸收，這個過程就是氮的固定。人工固氮的方法是將N2與H2反應生成氨氣，一個看似非常簡單的反應，人類歷經百年還在一直研究著，歷史上至少有兩次諾貝爾化學獎與合成氨的反應有關。

1918年的諾貝爾化學獎得主哈伯發明了工業化合成氨氣的方法。在資源匱乏的當時人們是這樣評價這項發明的：這項發明“使人類從此擺脫了依靠天然氮肥的被動局面”，人類可以用“利用空氣制造面包”“解決世界糧食危機”。

在短短的13年后，1931年諾貝爾化學獎再次與合成氨有關。德國科學家卡爾·博施改進了哈伯首創的高壓合成氨法，找到了合適的氧化鐵型催化劑，使合成氨生產工業化規模擴大，這種方法叫“哈伯——博施法”。

人類為什么對氨氣如此感興趣，它具有怎樣的性質和用途呢？讓我們一起來認識它！

評析：新課引入從氨氣在人類生產、生活的應用出發，聯系到和氨氣合成有關的諾貝爾化學獎，讓學生知道NH3與我們密切相關，從而激發學生學習的興趣。

2.氨氣的物理性質

師：展示一盛滿氨氣的圓底燒瓶，請同學觀察其顏色，并提出是否有同學愿意聞一下氨氣的味道。

生：（面帶難色）不愿意去聞氨氣的味道。根據自己的生活經驗可知：氨氣是一種無色、有刺激性氣味的氣體，密度比空氣小。

師：（展示圖片）阿拉斯加輸油管道是世界上第一條伸入北極圈的原油管道，所經地區的冬季溫度一般在-48℃至-51℃之間，為了保持原油在管道中一定的流速，需要維持沿線的油品溫度在60℃左右。這樣的溫度會使管道周圍的凍土融化，而使管線塌陷。

大家在圖片上看到在輸油管道的兩側有成千上萬根支架，這些支架中充有液氨（液氨在標準狀況下的沸點：-34℃），在支架的頂部是很多散熱片，這些液氨有什么作用呢？ 你能分析一下在這些支架中液氨的狀態變化嗎？

生：輸油管中原油的熱量使液氨氣化，液氨氣化時吸收大量的熱，使環境溫度急劇降低，從而防止凍土融化。同時氨氣在支架的頂部的散熱片中與環境進行熱交換，在-48℃至-51℃氣溫下又轉化成了液氨，如此反復。

師：這體現了氨氣什么樣的性質呢？

生：氨氣很容易液化，液氨氣化時吸收大量的熱，使環境溫度降低，因此氨常用作制冷劑。

評析：關于氨氣可以做制冷劑，在以往的教學中只是一句話的介紹，學生很難留下深刻的影響，通過介紹阿拉斯加的輸油管道，分析輸油管道兩側支架中液氨的狀態變化及作用，讓學生在生動的實際應用中掌握知識。

師：除了以上一些物理性質，氨氣在水中的溶解度大小如何呢？我們來看一個有趣的實驗。倒置的圓底燒瓶中充滿了干燥的氨氣，用帶有玻璃管和滴管的塞子塞緊瓶口。滴管中事先盛滿了水，玻璃管的一端升入到滴有酚酞的燒杯中。擠壓滴管，使少量的水進入燒瓶。

師：為什么能看到紅色的噴泉？

生：氨氣是一種極易溶于水的氣體。

師：（追問）為什么描述時加了“極易”二字，哪些現象可以證明你的結論？

生：將滴管中的水擠入燒瓶后，滴管的膠頭變扁。打開止氣夾后水被迅速的壓入到燒瓶中，并伴有“嘶嘶”的聲音。可以預測這一滴管的水幾乎溶解了燒瓶中所有的氨氣，從而造成燒瓶內外產生了很大的壓強差。因此氨氣是一種極易溶于水的氣體。

評析：在演示氨氣的噴泉實驗時，引導學生體會氨氣極易溶于水中“極易”這兩個字在實驗現象中的體現。

師：（總結）

一、氨的物理性質

氨是一種無色、有刺激性氣味的氣體

標準狀況下，氨的密度為0.771g·L-1

氨易液化，可作制冷劑

氨極易溶于水 在標準狀況下的溶解性約為1∶700

3.氨氣的化學性質

（1）氨的堿性

師：噴泉實驗中噴出的溶液為什么顯紅色呢？

生：氨氣溶于水后，溶液呈堿性，使酚酞試液變紅。

師：氨氣溶于水后，大部分與水結合生成一水合氨。一水合氨中有一小部分（約1%）電離呈NH4+和OH-，因此氨水顯堿性，而且是弱堿。

NH3+H2O■NH3·H2O■NH4++OH-

師：大家能否比較一下氨水和之前提到的液氨中存在微粒的區別？

生：填表比較。

評析：在介紹完阿拉斯加輸油管道的兩側支架中液氨的作用后，結合氨氣的噴泉實驗比較氨水和液氨中存在的微粒，從微觀層面對認識氨水和液氨聯系與區別，這樣的課堂教學設計很自然，學生對于知識的掌握也變成了一件水到渠成的事。

師：一水合氨不穩定，很容易分解生成氨氣和水。（演示）用兩根玻棒分別蘸取濃HCl和濃氨水，將兩根玻棒靠近但不接觸。

生：（觀察現象）有白煙生成。

生：（解釋現象）濃氨水分解產生的氨氣揮發出來與濃鹽酸揮發出的HCl氣體結合生成了NH4Cl固體。（書寫方程式）NH3+HCl=NH4Cl。

生：（驚喜地發現）盛有濃氨水和濃鹽酸的試劑瓶打開瓶蓋后，在兩試劑瓶瓶口上方中間靠近濃HCl的一側產生了大量的白煙。為什么煙是出現在靠濃鹽酸這一側呢？

生：（討論）從分子量可知NH3分子比HCl分子小，因此NH3分子遷移的速度比HCl快，白煙生成在靠近濃鹽酸這一側，

師：其他強酸的濃溶液和濃氨水反應時會有類似的現象嗎？

生：濃硝酸也是揮發性酸，推測現象應該和濃HCl類似。而濃硫酸不具揮發性，只有將它與氨水混合接觸后才能發生反應。

生：（設計實驗）提議將濃硝酸和濃氨水的試劑瓶靠近擺放，并分別打開試劑瓶，即可觀察到與濃鹽酸相似的現象：在靠近濃硝酸的一側有白煙生成。

師：（總結）

二、氨氣的化學性質

1、與酸反應

■ 和易揮發性酸反應 有白煙生成

NH3+HCl=NH4Cl

NH3+HNO3=NH4NO3

■ 和難揮發性酸反應

2NH3+H2SO4=（NH4）2SO4

NH3+H2SO4=NH4HSO4

評析：這段內容的教學將實驗觀察和知識內容有機地結合起來，在實施過程中并沒有按照原先設計好的方式進行，而是由學生“驚喜的發現”而展開的一系列的討論，這種“生成性”的教學方式使得課堂更加開放、豐富、多變，充分激發了學生的創造精神和智慧潛能。

（2）氨的還原性

①氨的催化氧化

師：右圖為常見含氮的化合物中氮元素的化合價，NH3中N元素為-3價，是N的最低價態，化合價只能升高，因此NH3除了具有酸性外，NH3還可能具有什么性質？

生：還原性。

師：上課一開始大家就知道：合成氨是人類科技發展史上的一項重大突破，它被大量用于制尿素，銨態氮肥以及硝酸。工業上制備尿素，銨態氮肥以及硝酸的過程中都利用了氨氣的還原性，以Pt作催化劑，O2作為氧化劑，將氨氧化為NO（4NH3+5O2■4NO+6H2O），再進一步轉化為其他產品。我們可以在課堂上演示這個反應的過程。

生：（推測）用Pt作催化劑，氨的催化氧化的反應中生成NO，它將迅速和氧氣結合生成NO2氣體，因此在實驗中可能會觀察到有紅棕色氣體生成。

師：（演示）在酒精燈上加熱鉑絲至紅熱，插入到盛有濃氨水的錐形瓶中。

生：（觀察現象，驚訝）鉑絲保持紅熱，并沒有看到紅棕色的氣體，而是在濃氨水的液面上緩緩的生成了很多白煙。

師：鉑絲為什么能持續紅熱呢？生成的白煙是什么呢？為什么沒有看到紅棕色氣體呢？

生：鉑絲持續紅熱說明反應放熱；生成的白煙是NH4NO3；沒有看到紅棕色氣體，是由于氨催化氧化生成的NO與O2結合生成NO2，NO2隨即與空氣中的水蒸氣生成HNO3，HNO3再與濃氨水揮發出的氨氣結合生成NH4NO3固體，這就是白煙。

師：NH3→NO→NO2→HNO3的轉化過程就是工業上合成硝酸、銨態氮肥的主要原理。

師：氨的催化氧化中除了Pt可以作催化劑，Cu也可以作催化劑。同樣我們也可以在課堂上演示Cu催化氧化的過程。

師：（演示）將銅絲繞成螺旋狀，在酒精燈上加熱至紅熱，再插入盛有氨水的錐形瓶中。

生：（觀察現象）銅絲保持紅熱。錐形瓶內沒有白煙生成。

生：（分析）根據現象結合N元素的價態變化，-3價的N元素的價態升高，結合反應現象，推測氧化產物應該是N2。

（書寫化學方程式）4NH3+3O2■2N2+6H2O

師：催化劑不同，氨催化氧化的產物也不同。科學界中廣被傳說的“第三位小數的勝利”就和這個反應有關。英國物理學家雷利測定氮氣的密度時，發現從空氣里分離出來的氮氣每升質量是1.2572克，而由NH3的催化氧化制得的N2每升質量是1.2505克。經多次測定，兩者質量相差仍然是幾毫克。可貴的是雷利沒有忽視這種微小的差異，通過反復的實驗，他從空氣中分離出了很少量沒被發現的、較重且極不活潑的稀有氣體。

評析：Pt作催化劑的氨的催化氧化是工業生產中的一個非常重要的反應，在課堂上可以演示學生覺得特別興奮，而且學生根據方程式推測的實驗現象與實際觀察到的現象不一致，進一步激發學生去思考問題，解決問題，通過討論學生了解了化學反應的層次性。同時將Cu作催化劑的氨的催化氧化的產物和現象與Pt的做比較，讓學生了解催化劑的選擇性，同時一小段化學史的介紹會給課堂增添了一些色彩，讓學生體會科學家認真細致的研究態度。

②氨氣與氯氣的反應

師：在學習非金屬的時候我們會經常提起另一種具有氧化性的氣體Cl2，它會和氨反應嗎？（演示實驗）兩瓶體積相同的集氣瓶中分別收集了氯氣和氨氣，將氨氣的集氣瓶倒置在氯氣的集氣瓶上，抽出玻片。

生：（觀察現象）黃綠色的Cl2迅速擴散，集氣瓶中有燃燒的現象，同時產生濃郁白煙，黃綠色漸漸褪去。

師：燃燒現象說明了什么？白煙是什么？氧化產物是什么？

生：燃燒現象說明Cl2具有很強的氧化NH3的能力，白煙是NH4Cl。在反應中Cl元素的價態降低，說明一定有其他元素的價態升高，而NH3分子中H 元素的價態為+1價，只有-3價的N 元素的價態可以升高，根據實驗現象，推測氧化產物應該是N2。（書寫方程式）8NH3+3Cl2=6NH4Cl+N2

師：（追問）這個反應中氨氣與氯氣的物質的量之比為8∶3，而我們實驗時，氨氣與氯氣的體積是相同的，如果發生了上面的這個反應，氯氣應該是過量的，那么為什么集氣瓶中的氯氣會褪成無色呢？

師：（提示）實驗中氨氣與氯氣的體積相同，也就是說反應中3mol的氯氣得到6mol電子轉化為6mol的Cl（-1價），同時2mol的 NH3失去6mol的電子生成1mol N2，剩余1mol NH3與1mol Cl（-1價）結合成NH4Cl，那么還有5mol的Cl（-1價）轉化成了什么？

生：HCl 。（書寫方程式）2NH3+3Cl2=N2+6HCl

師：等物質的量的NH3和Cl2相混合，所得不同還原產物的物質的量之比是多少？

生：等物質的量的NH3和Cl2相混合，同時發生上述兩平行反應時，得到的還原產物n（NH4CI）∶n（HCI）=1∶5

生：（提問）等物質的量的NH3和Cl2反應能否這樣理解：NH3首先與Cl2發生氧化還原反應，生成N2和HCl，然后過量的NH3會和生成的HCl反應生成NH4Cl。

師：（肯定、總結）

師：工業上利用NH3與Cl2的反應產生白煙的現象檢查氯氣管道是否漏氣。

評析：這部分的教學內容要求學生不僅是對宏觀現象的細致觀察，而且要借助反應的定量關系去解決“集氣瓶中的黃綠色為什么能慢慢褪去”這個問題。在思考、討論的同時學生也逐漸體會到了隱藏在顯性現象后面的隱性反應（遞進的反應過程）。根據實驗現象“定量”的分析化學反應也是學生應有的一種的思維方法。

師：（總結）

2、氨氣的還原性

4.氨氣的用途

師：

評析：課堂結束和開始的新課引入遙相呼應，而且也對這節課的主要內容做了總結。

參考文獻

[1] 江敏. 在實驗中展現化學的魅力（續1）——定量中的實驗和實驗中的定量[J]. 中學化學教學參考（8），2011，（11）：11～15