立足化學學科本質 彰顯學科育人價值——以脫硝為主題的高三微型專題復習

江蘇 姚明站

進行“微型專題”復習是極為高效的復習策略，結合落實學科核心素養目標逐步形成了以“情境+問題+思維”為主線的高三課堂復習模式，這也非常貼合高考以核心素養為測試宗旨、以實際問題為測試任務、以真實情境為測試載體的命題要求，在解決問題和師生活動中，利用化學知識解決實際問題，體現“教、學、評”一體化的課堂評價機制。在高考題中，因氮和硫化合價多變且化合物對環境產生污染而成為高考的熱門考點，可通過幾個“微型專題”構建類-價二維知識網絡和培育思維模型破解這類問題，本文以如何構建脫硝為主題的“微型專題”復習為例進行分析總結。

一、教學目標

了解氮循環對人類生活和生態平衡的重要意義，通過構建氮及其化合物的類-價二維知識網絡，讓學生掌握含氮物質之間的相互轉化；通過真實脫硝反應的方程式書寫，體悟化學對生產、生活的價值，構建污染物消除的思維模型。

二、教學流程

教學環節情境線問題線素養線環節一構建模型自然界中氮循環的示意圖什么是氮的固定?氮的固定有哪些途徑?人工固氮以及氮肥的生產和使用體悟氮的固定對提高人類生活水平的重要意義。從物質類別和化合價兩個維度構建氮元素轉化知識網絡圖,注重認識思路的結構化和化學學科本質的內化,初步構建思維模型環節二應用模型生產生活中的氮的氧化物消除實例從物質類別和化合價的角度,分析消除氧化物污染途徑有哪些通過題組訓練,從物質類別和化合價兩個維度來體悟物質轉化的方法及作用,促進化學知識的結構化,認識思路的顯性化,核心觀念的模型化。從生產實際出發,體現從“宏觀”向“微觀”的認識進階,體現化學的本質及社會價值功能環節三升華模型生產生活中的銨態氮和硝態氮的脫除實例運用模型分析消除銨態氮和硝態氮污染的途徑學生在進行自我修正模型中進行深度學習,促進高階思維的發展,積極轉變學習方式,提升學習能力

題組訓練：氮的氧化物消除

【例1】(1)選擇性催化還原技術(SCR)是目前最成熟的煙氣脫硝技術，即在催化劑作用下，用還原劑(如NH3)選擇性地與NOx反應生成N2和H2O。在催化劑作用下，尿素[CO(NH2)2]也可以和NOx反應生成N2和H2O。寫出CO(NH2)2與NO2反應的化學方程式為________________________。

(2)目前，科學家還在研究一種以乙烯作為還原劑的脫硝(NO)原理，其脫硝機理示意圖如圖1所示。寫出該脫硝原理總反應的化學方程式為________________________。

圖1

(2)臭氧可用于煙氣脫硝。O3氧化NO結合水洗，可產生HNO3和O2，該反應的化學方程式為________________________。

【例3】(2019·江蘇卷·16改編)N2O、NO和NO2等氮氧化物是空氣污染物，含有氮氧化物的尾氣需處理后才能排放。NO和NO2的處理。已除去N2O的硝酸尾氣可用NaOH溶液吸收，主要反應為

(1)下列措施能提高尾氣中NO和NO2去除率的有________(填字母)。

A.加快通入尾氣的速率

B.采用氣、液逆流的方式吸收尾氣

C.吸收尾氣過程中定期補加適量NaOH溶液

(2)吸收后的溶液經濃縮、結晶、過濾，得到NaNO2晶體，該晶體中的主要雜質是________(填化學式)；吸收后排放的尾氣中含量較高的氮氧化物是________(填化學式)。

【答案】(1)BC (2)NaNO3NO

【例4】利用電化學裝置可消除氮氧化物污染，變廢為寶。

(1)NO2是大氣的主要污染物之一，某研究小組設計如圖2所示的裝置對NO2進行回收利用，裝置中a、b均為多孔石墨電極。下列說法正確的是________。

圖2

A.a為電池的負極，發生還原反應

B.電子流向：a電極→用電器→b電極→溶液→a電極

C.一段時間后，b極附近HNO3濃度增大

(2)圖3為電解NO制備NH4NO3的裝置。該裝置中陽極的電極反應式為__________________________，“反應室”中發生反應的離子方程式為________________________。

圖3

(3)工業生產過程中NO尾氣處理方法有多種，其中間接電化學法原理如圖4所示。吸收塔內發生的反應為______________________________，陰極的電極反應式為______________________________。

圖4

【答案】(1)D

拓展思考：銨態氮與硝態氮脫除

(1)氨氮污水直接排放入河流、湖泊導致的環境問題是________。

(4)折點加氯法：向廢水中加入NaClO溶液，使氨氮氧化成N2，相關反應如下：

探究NaClO的投加量[以m(Cl2)表示]對氨氮去除率的影響，實驗結果如圖5所示。

圖5

①當m(Cl2)∶m(NH3)≥7.7時，污水中總氮去除率緩慢下降，其原因是________________________。

②當m(Cl2)∶m(NH3)<7.7時，隨著m(Cl2)∶m(NH3)的減小，污水中余氯(除Cl-外的氯元素存在形式)濃度升高，其原因是________________________。

圖6

圖7

【答案】(1)水體富營養化

②加入次氯酸鈉量不足，部分氨氮以NH2Cl形式存在

三、教學反思

1.立足化學學科本質，構建類-價二維模型

化學學科的本質是以微觀視角研究宏觀物質的變化，宏觀-微觀-符號三重表征思維方式體現出化學特征。在教學中，應立足于化學學科本質，在真實問題情境下，引導學生從物質類別和元素化合價兩個視角構建類-價二維模型，如圖8所示(在拓展至銨態氮和硝態氮的脫除后還可以繼續完善類-價二維圖)，體會元素的分類觀、轉化觀等化學基本觀念，并運用知識網絡解決實際問題，有助于學生分析化學現象背后的本質，提升學生的思維遷移能力，培養學生的關鍵能力。

圖8 類-價二維圖

2.注重真實問題情境創設，彰顯化學學科價值

在生產生活過程中會生成大量氮氧化物，合成大量銨態氮肥、硝態氮肥等，造成大氣污染和水系污染，因此，需要進行脫除處理，利用所學化學知識來了解污染物處理方法，更能體現化學的學科價值。污染物的處理涉及轉化排放，如氮的氧化物的脫除可轉化為N2進入大氣，從價態角度看選擇合適的還原劑將NOx還原為N2即可，亦可從氮的氧化物的性質入手，利用轉化觀變廢為寶，最終形成如圖9所示脫硝思維導圖，使學生沐浴在真實的情境中，讓化學知識學有所用，體現化學學科價值，提升學生實事求是的科學態度以及社會責任感等必備的核心品質。

圖9 脫硝思維導圖

3.注重思維顯性化、結構化，提升學生學習力