人教版（2019）高中化学必修第二册《5.2.2 氮与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮》名师教学设计

《氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮》教学设计
《普通高中化学课程标准(2017版2020年修订版)》必修课程主题2：常见的无机物及其应用对氮气及其化合物这一节的要求：结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解氮及其重要化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响；主题5：化学与社会发展要求通过工业合成氨等实例了解化学科学在自然资源与能源综合利用方面的重要价值，认识物质及其变化对环境的影响，依据物质的性质及其变化认识 环境污染的成因、主要危害及其防治措施。
本节课程通过氮气及其固定、氮氧化物及其转化认识非金属及其化合物的多样性，了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化，认识物质及其转化在自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。为培养学生的“宏观辨识与微观探析”、“变化观念与平衡思想”、“科学态度与社会责任”等学科核心素养 的发展提供有力保障。
本节课位于新教材第五章化工生产中的重要非金属元素第二节“氮及其化合物”，旧教材本节课位于必修一第四章非金属及其化合物的第三节“氮和硫的氧化物”，本节内容放在了化学元素周期律之后，意味这学生可以根据周期律的相关知识根据氮原子的结构推测元素的性质；新教材的对章节的划分以实际应用为依据,而旧教材以化学分类思想为依据, 新教材更加注重学科知识的实际应用价值，可以创设贴近生活问题的真实情景引导学生解决问题；此外氮的氧化物的性质探究实验课本上给出的实验装置更加简单，使学生通过观察实验现象推测其性质。总体而言新教材的优化更有利于学生核心素养的发展。
二、学情分析
已有基础：
学生在初中化学中已经学习过空气中的氮气，掌握氮气的基本性质；在必修一中学习了元素周期律和氧化还原反应，具备一定的根据原子结构预测金属单质基本性质的能力；并且通过氯、硫及其化合物的学习，学习了使用价类二维图作为元素化合物的学习模型和工作，从物质类别和化合价转化的角度学习及其化合物的转化。
现需内容：
1．根据自然界中的氮循环绘制氮元素的价类二维图；
2．根据氮的化合价以及氮气的结构分析预测物质的性质；
3. 自然界中氮循环的途径、形式及所涉及的物质；
4. 通过实验探究总结和归纳NO和NO2的性质；
素养目标
【教学目标】
1. 从价类二维的角度认识元素化合物。
2．通过分析氮的原子结构，推断含氮物质可能具有的化学特性，理解结构与性质的关系。
3. 通过实验探究，了解一氧化氮与氧气反应、二氧化氮与水反应等性质，感受化学反应变化的奇妙。
4. 将氮的相关知识与生产、生活相结合，分析化学科学在保障人类生产生存等方面的价值和贡献。
【评价目标】
1．通过氮循环图归纳氮的价类二维图，诊断并发展学生对物质分类和氧化还原的角度学习元素化合物和物质间转化关系的能力。
2. 原子结构预测物质性质的讨论，诊断并发展学生对元素周期律的理解和认识，进一步诊断学生“结构决定性质”的化学思维。
3．通过对氮氧化物的性质和转化实验，诊断并发展学生的观察、分析推理能力以及概念归纳能力。
4．通过对氮的固定的学习以及应用，诊断并发展学生对化学学科价值的认识。
四、教学重点、难点
1．教学重点：氮及其重要化合物的性质与互相转化
2. 教学难点：二氧化氮的化学性质
五、教学方法
1．讲授法
2．实验演示法
3．归纳法
六、教学设计思路
类比是促进学生在已有观念的基础上建构新观念或更高层次观念的有效方法。元素化合物的学习过程是对化学核心观念中分类观的一个阐释，学生在 Na、Cl、S等元素化合物的学习中使用的价类二维图是元素及其化合物相关性质的重要模型和工具，因此本节计划让学生根据“自然界中氮元素的循环图”绘制简单的氮元素的价类二维图进而从物质分类和氧化还原的角度学习本节内容，[环节1：价类二维，预测性质] 展示自然界中氮元素循环图，让学生绘制氮元素的价类二维图，随后展示一张参考图，根据氮元素的价类二维图引导学生从物质分类和氧化还原的分析预测氮及其化合可能具有的性质；[环节2：微观探析，“位-构-性”] 位置决定结构，结构决定性质，通过氮原子的位置分析微观结构进而预测分析氮元素以及氮气的性质，进而引出固氮的定义和氮循环，让学生从结构的角度预测性质；[环节3：实验探究，能力评价]通过一氧化氮和二氧化氮的性质与转化实验总结归纳二者的性质，并且验证之间的预测；[活动4：应用扩展，归纳总结]以“雷雨丰庄稼”的原理，梳理氮元素及其化合物的性质，并结合本次人口统计结果和中国耕地面积数据作为对比，展示化工工业对于国家粮食安全的重要性，提高学生对于化学学科对于生产生活中的价值和作用。
七、教学流程
八、教学过程
环节 教师活动 学生活动
环节一： 价类二维，预测性质 同学们，氮元素是一种我们人体所需的常量元素，是组成蛋白质，DNA的重要元素，老师这里有一张自然界中的氮循环的示意图，这里涉及了很多含氮物质，请同学用三分钟的时间寻找出图中所涉及的氮元素，请同学们结合图像寻找还有那些新的含氮物质。（分析观察图像，寻找信息）请大家结合图中的含氮物质和元素化合物常用的价类二维图来绘制氮元素的价类二维图。 回忆学习过的含氮化合物，根据老师的提示进行思考，并回答知道的含氮物质有哪些。 观察自然界中的氮循环图，寻找列举新的含氮物质有哪些。 绘制氮元素的价类二维图。
讲解氮元素的价类二维图，首先从物质分类的角度，我们可以将含氮化合物分为氢化物、单质、氧化物、酸、碱和盐，将物质进行分类，可以帮助我们预测物质的性质，硝酸和亚硝酸作为酸，具有一定酸的通性，一水合氨作为碱，具有碱的通性；从化合价的角度，含氮物质的氮元素的化合价比较多，从氧化还原的角度，元素的最高价只具有氧化性，元素的最低价只有还原性，元素的中间价态极有氧化性又有还原性；因此氨气中的氮为氮元素的最低价，可以推测氨气具有一定的还原性，硝酸中的氮为最高价，硝酸具有氧化性，氮气、一氧化氮和二氧化氮中的氮元素为中间价态，因而可以推测他们既有氧化性又有还原性，通常极有氧化性又有还原性的物质，只以某一性质为主。元素的价类二维图是一种元素化合物学习常用的方法，可以帮助我们从宏观的角度来预测化合物的性质。 根据氮元素的价类二维图，分析元素化合物的性质
我们再重新回到氮元素的循环图中，大气中的氮元素可以经过一系列的转化，最终又可以回到大气中，那么大气中主要的含氮物质是什么呢？学生回答氮气，那么氮气可以通过哪些途径转化为化合态的氮气？结合书本上的自然界中的循环图，给大家2分钟的思考时间。这里我们可以发现大气中的氮气可以通过雷电作用、人工合成氨、根瘤菌固氮将大气中游离态的氮转化为化合态，这个过程是氮的固定。 从自然界中的氮循环中，寻找氮循环的途径，从而理解氮的固定。
板书氮的固定，讲解氮的固定的定义 ：将游离态的氮转化为氮的化合物的过程；氮的固定在我们的生活中非常的常见，比如说雷雨天，空气中的氮气与氧气在雷电的作用下生成一氧化氮，豆科植物的根部存在根瘤菌，能够将氮气转化为氨；除此以外，人工合成氨也可以将氮气转化为氨气，人工合成氨对人类具有重要意义，是化肥生产的第一步，此外科学家还根据根瘤菌固氮的机理寻找新的固氮方法，这种方法叫做仿生固氮。因此，我们可以将氮的固定分为人工固氮和自然固氮，自然固氮又可以分为雷雨固氮和根瘤菌固氮，其原理分别为：写出反应方程式；人工固氮分为合成氨和仿生固氮。 学习氮的固定，了解氮的固定对人类生产生活中的重要性。
环节二： 微观探析，“位-构-性” 同学们有没有想过这样一个问题，为什么大气中这么多的氮气，动植物不能像利用空气中的氧气通过呼吸作用直接利用氮气呢？带着这个问题我们一起来学习今天的第二个内容：氮气。要想解释这个问题，要从氮气的性质入手。 思考：动植物无法通过呼吸作用直接利用氮气的原因。
在化学的学习中，我们最常用的化学思想就是“结构决定性质”，结合上学期的元素周期律的相关内容，我们先从氮原子的位置和结构预测氮元素的性质。氮原子位于元素周期表的 第二周期第ⅤA族，因而氮原子最外层有5个电子，那给同学们2分钟时间思考判断一下它的非金属的强弱、价态等。（引导学生从原子结构预测性质）。从结构决定性质的角度思考：氮原子的非金属性强于碳元素，弱于氧，大于磷，因此我们可以预测，硝酸的酸性强于碳酸和磷酸；氮元素在自然界中的存在形式既有游离态又有化合态，游离态主要以氨气分子形式存在，化合态主要以硝酸盐、铵盐和蛋白质的形式存在。 学生在老师的引导下，从结构的角度去预测性质，比较氮元素的非金属与周围元素的比较，价态，以及存在形式。
同学自行书写氮气的电子式和结构；（诊断评价学生以往知识水平）；书写并讲解氮气的电子式和结构简式，氮与氮原子之间以三个公用电子三键是一种非常稳定的化学键，很难断裂因而化学性质稳定；从化合价的角度判断氮气的化学性质，氮气中氮原子的化合价为0，既可以升价，又可以降价，因为既具有氧化性又具有还原性。 氮气的氧化性：与镁反应，与氢气反应；介绍人工合成氨实验 氮气的还原性：与氧气反应。（结构决定性质） 回顾氮气基本性质，书写电子式和结构，从结构的角度预测和学习元素性质。
环节三： 实验探究，能力评价 氮氮三键的结构使得氮气很难被生物体所吸收，因此需要通过多种固氮方式将游离态的氮转化为化合态。在自然界的氮循环中，通过雷电作用生成的一氧化氮进而被转化为硝酸盐被植物所吸收，那么一氧化氮是如何转化为硝酸盐呢？一氧化氮具有那些性质呢 我们一起通过实验来探究一下。 引出一氧化氮性质探究
通过玻璃注射器探究、一氧化氮气体进行一氧化氮和二氧化氮的转化的实验探究，请同学们观察记录实验现象（学生的观察和分析能力），归纳一氧化氮和二氧化氮的物理性质和化学性质。首先准备50毫升的玻璃注射器，吸入20毫升NO，让学生观察实验现象，在吸入5毫升蒸馏水，观察实验现象，振荡试管，观察实验现象：无明显现象，因此我们可以发现一氧化氮是一种无色气体，不溶于水。 观察实验过程，归纳一氧化氮的性质。
接下来，我们继续来探究一氧化氮能否和空气反应，观看视频：打开弹簧夹，迅速通入10毫升的空气，我们可以看到随着空气的进入，无色气体逐渐变为红棕色，振荡注射器，试管内重新变为无色。提问：同学们，大家这个想一下，这个过程中发生的反应可能是什么呢，生成的产物可能是什么，为什么有色物质又消失了？讲解：一氧化氮与空气中的氧气反应生成了二氧化氮，二氧化氮是一种红棕色的气体，二氧化氮能够溶于水，并且能够和水反应，生成了新的物质，从化合价升降的角度我们可以预测一下，生成为硝酸，另外一种产物为一氧化氮。 总结：一氧化氮和二氧化氮的性质。 学生观看实验，思考化学反应的现象与原因是什么呢？
一氧化氮：是一种无色、无味、不溶于水的有毒气体，能与氧气反应生成二氧化氮，书写方程式；二氧化氮是红棕色，有毒有刺激性能与水反应的气体，与水反应的化学方程式；因此一氧化氮和二氧化氮可以相互转化。 学习一氧化氮与二氧化氮的化学性质。
环节四： 归纳总结，应用扩展 归纳梳理本节课程的内容体系，复习巩固本节知识（根据价类二维首尾呼应，从宏观的角度理解和学习氮及其化合物）；并通过雷雨丰庄稼这则谚语，让学生理解单的转化关系，以及化工工业在中国粮食安全中的价值与意义。（通过实际应用提升学生的学习兴趣，并引导学生认识化学学科的意义与价值） 思考，梳理课堂内容。
板书设计
氮气与氮的固定、一氧化氮和二氧化氮
一、氮的固定：
1.定义：将游离态的氮转化为氮的化合物
2.分类：1.自然固氮2.人工固氮
二、氮气
1.电子式： 结构式：N≡N
氧化性： 与金属镁：
与氢气反应：
还原性：与氧气反应：
三、一氧化氮和二氧化氮
1.物理性质：
NO：无色、有毒、无味、不溶于水
NO2：红棕色、有毒、刺激性气味、溶于水、密度大于空气
2.化学性质：
NO：
NO2：
十、课堂测评
1.下列各组气体均有颜色的是(　　)
A. O2 、N2 B.Cl2 、NO2 C.NH3 、Br2 D.NO 、O3
2.下列关于性质的叙述中错误的是(　　)
A.氮气是一种惰性气体，因此任何物质都不能在氮气燃烧
B.一氧化氮是无色气体，二氧化氮是红棕色气体
C.根瘤菌固氮是将氮气转化为-3价的含氮物质
D.氮气与氧气在任何条件下反应都不能直接生成二氧化氮
3.通过如下实验装置可以探究一氧化氮与二氧化氮的性质，玻璃注射器中有20mL的NO气体和5mL的蒸馏水：
(1)打开止水夹吸入空气后，预测出现的实验现象___________________；随后充分震荡试管___________________；如果为了使注射器中的NO充分转化，应采取的措施是___________________。
(2)上述实验对工业上生产硝酸的启示是________________________。
4.对3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应的下列说法正确的是
A.氧化剂与还原剂的质量比为1∶2
B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2
C.NO2是氧化剂，H2O是还原剂
D.在反应中若有6 mol NO2参与反应时，有3 mol电子发生转移
5.将12mol NO2溶于水充分反应后，转移的电子数为（ ）
A. 4mol B. 8mol C. 12mol D. 24mol
题号（参考答案） 1（B） 2-（A） 3-（1）（气体变为红棕色；红棕色消失，气体变为无色；冲入足量的空气） 3-（1）（提高氧气含量）
质量水平 L1 L1 L1 L1 L1 L2 L3 L2 L3
SOLO U U M U U M M U M
题号（参考答案） 4-（B） 5-（C）
质量水平 L3 L2 L2 L4 L2 L4 L3 L2
SOLO M R M R R R R M
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