立足化学学科本质 彰显学科育人价值——以脱硝为主题的高三微型专题复习

江苏 姚明站

进行“微型专题”复习是极为高效的复习策略，结合落实学科核心素养目标逐步形成了以“情境+问题+思维”为主线的高三课堂复习模式，这也非常贴合高考以核心素养为测试宗旨、以实际问题为测试任务、以真实情境为测试载体的命题要求，在解决问题和师生活动中，利用化学知识解决实际问题，体现“教、学、评”一体化的课堂评价机制。在高考题中，因氮和硫化合价多变且化合物对环境产生污染而成为高考的热门考点，可通过几个“微型专题”构建类-价二维知识网络和培育思维模型破解这类问题，本文以如何构建脱硝为主题的“微型专题”复习为例进行分析总结。

一、教学目标

了解氮循环对人类生活和生态平衡的重要意义，通过构建氮及其化合物的类-价二维知识网络，让学生掌握含氮物质之间的相互转化；通过真实脱硝反应的方程式书写，体悟化学对生产、生活的价值，构建污染物消除的思维模型。

二、教学流程

教学环节情境线问题线素养线环节一构建模型自然界中氮循环的示意图什么是氮的固定?氮的固定有哪些途径?人工固氮以及氮肥的生产和使用体悟氮的固定对提高人类生活水平的重要意义。从物质类别和化合价两个维度构建氮元素转化知识网络图,注重认识思路的结构化和化学学科本质的内化,初步构建思维模型环节二应用模型生产生活中的氮的氧化物消除实例从物质类别和化合价的角度,分析消除氧化物污染途径有哪些通过题组训练,从物质类别和化合价两个维度来体悟物质转化的方法及作用,促进化学知识的结构化,认识思路的显性化,核心观念的模型化。从生产实际出发,体现从“宏观”向“微观”的认识进阶,体现化学的本质及社会价值功能环节三升华模型生产生活中的铵态氮和硝态氮的脱除实例运用模型分析消除铵态氮和硝态氮污染的途径学生在进行自我修正模型中进行深度学习,促进高阶思维的发展,积极转变学习方式,提升学习能力

题组训练：氮的氧化物消除

【例1】(1)选择性催化还原技术(SCR)是目前最成熟的烟气脱硝技术，即在催化剂作用下，用还原剂(如NH3)选择性地与NOx反应生成N2和H2O。在催化剂作用下，尿素[CO(NH2)2]也可以和NOx反应生成N2和H2O。写出CO(NH2)2与NO2反应的化学方程式为________________________。

(2)目前，科学家还在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝(NO)原理，其脱硝机理示意图如图1所示。写出该脱硝原理总反应的化学方程式为________________________。

图1

(2)臭氧可用于烟气脱硝。O3氧化NO结合水洗，可产生HNO3和O2，该反应的化学方程式为________________________。

【例3】(2019·江苏卷·16改编)N2O、NO和NO2等氮氧化物是空气污染物，含有氮氧化物的尾气需处理后才能排放。NO和NO2的处理。已除去N2O的硝酸尾气可用NaOH溶液吸收，主要反应为

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

A.加快通入尾气的速率

B.采用气、液逆流的方式吸收尾气

C.吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液

(2)吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到NaNO2晶体，该晶体中的主要杂质是________(填化学式)；吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是________(填化学式)。

【答案】(1)BC (2)NaNO3NO

【例4】利用电化学装置可消除氮氧化物污染，变废为宝。

(1)NO2是大气的主要污染物之一，某研究小组设计如图2所示的装置对NO2进行回收利用，装置中a、b均为多孔石墨电极。下列说法正确的是________。

图2

A.a为电池的负极，发生还原反应

B.电子流向：a电极→用电器→b电极→溶液→a电极

C.一段时间后，b极附近HNO3浓度增大

(2)图3为电解NO制备NH4NO3的装置。该装置中阳极的电极反应式为__________________________，“反应室”中发生反应的离子方程式为________________________。

图3

(3)工业生产过程中NO尾气处理方法有多种，其中间接电化学法原理如图4所示。吸收塔内发生的反应为______________________________，阴极的电极反应式为______________________________。

图4

【答案】(1)D

拓展思考：铵态氮与硝态氮脱除

(1)氨氮污水直接排放入河流、湖泊导致的环境问题是________。

(4)折点加氯法：向废水中加入NaClO溶液，使氨氮氧化成N2，相关反应如下：

探究NaClO的投加量[以m(Cl2)表示]对氨氮去除率的影响，实验结果如图5所示。

图5

①当m(Cl2)∶m(NH3)≥7.7时，污水中总氮去除率缓慢下降，其原因是________________________。

②当m(Cl2)∶m(NH3)<7.7时，随着m(Cl2)∶m(NH3)的减小，污水中余氯(除Cl-外的氯元素存在形式)浓度升高，其原因是________________________。

图6

图7

【答案】(1)水体富营养化

②加入次氯酸钠量不足，部分氨氮以NH2Cl形式存在

三、教学反思

1.立足化学学科本质，构建类-价二维模型

化学学科的本质是以微观视角研究宏观物质的变化，宏观-微观-符号三重表征思维方式体现出化学特征。在教学中，应立足于化学学科本质，在真实问题情境下，引导学生从物质类别和元素化合价两个视角构建类-价二维模型，如图8所示(在拓展至铵态氮和硝态氮的脱除后还可以继续完善类-价二维图)，体会元素的分类观、转化观等化学基本观念，并运用知识网络解决实际问题，有助于学生分析化学现象背后的本质，提升学生的思维迁移能力，培养学生的关键能力。

图8 类-价二维图

2.注重真实问题情境创设，彰显化学学科价值

在生产生活过程中会生成大量氮氧化物，合成大量铵态氮肥、硝态氮肥等，造成大气污染和水系污染，因此，需要进行脱除处理，利用所学化学知识来了解污染物处理方法，更能体现化学的学科价值。污染物的处理涉及转化排放，如氮的氧化物的脱除可转化为N2进入大气，从价态角度看选择合适的还原剂将NOx还原为N2即可，亦可从氮的氧化物的性质入手，利用转化观变废为宝，最终形成如图9所示脱硝思维导图，使学生沐浴在真实的情境中，让化学知识学有所用，体现化学学科价值，提升学生实事求是的科学态度以及社会责任感等必备的核心品质。

图9 脱硝思维导图

3.注重思维显性化、结构化，提升学生学习力