氮的循环教案
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文档简介
氮的循环
一、教材分析
（一）知识脉络
氮及其化合物是元素化合物知识的重要组成部 ( http: / / www.21cnjy.com )分。本节教材通过闪电这一自然现象，激发学生思考自然界中的含氮物质，通过自然界中的氮循环，引出氮循环中的重要物质—氮气、NO、NO2、氨、铵盐、硝酸等，然后通过观察思考、实验探究认识这些重要物质的性质、用途。在学习过程中了解人类活动对自然界氮循环和环境的影响。
（二）知识框架
（三）新教材的主要特点：
从培养学生终身发展所必备的知识和能力出发，重点介绍重要代表物的性质与用途，同时注重培养学生的观察能力和综合分析问题的能力。
二、教学目标
（一）知识与技能目标
1、了解自然界中的氮循环及人类活动对氮循环的影响；
2、通过了解生物固氮和人工固氮形式，认识N2 、NO 、NO2的性质；
3、通过观察思考活动，认识NH3、铵盐的性质及铵态氮肥的使用问题；
4、通过观察思考活动，认识 HNO3的性质。
（二）过程与方法目标
1、培养学生通过观察实验现象，总结分析物质性质的能力；
2、初步体会物质的浓度对化学反应产物的影响，进一步认识实验中变量控制的思想。
（三）情感态度与价值观目标
1、通过介绍合成氨发展的艰辛历程，体会从实验室研究到工业生产的过程，渗透化学与技术关系的教育；
2、通过介绍酸雨，光化学烟雾和富营养化等环境问题，了解人类活动对氮循环的影响，树立保护环境的意识。
三、教学重点、难点
（一）知识上重点、难点
重点：氮气、氨、铵盐和硝酸的性质。
难点：硝酸的氧化性。
（二）方法上重点、难点
培养学生通过观察实验现象总结分析物质性质的能力，并使学生初步体会物质的浓度对化学反应产物的影响，进一步认识实验中变量控制的重要性。
四、教学准备
（一）学生准备
1、预习第二节-氮的循环
2、查找氮循环的资料，小组合作画出氮循环图示，写出短文。重点说明氮循环中涉及到哪些含氮元素的物质，它们是如何转化的？
（二）教师准备
1、教学媒体、课件；
2、补充实验。
五、教学方法
实验引导，学生观察、归纳。
六、课时安排
三课时
七、教学过程
第一课时
【联想·质疑】俗语说“一场雷雨，一场肥”雷 ( http: / / www.21cnjy.com )电是大家非常熟悉的自然现象。你知道在雷电交加的时候，空气中发生哪些化学反应？这些化学反应和所产生的物质对人类的生产和生活有什么意义？我们通过本节课来了解。
【板书】第二节 氮的循环
一、氮在自然界中的循环
【阅读】阅读课本内容：一、 ( http: / / www.21cnjy.com )氮在自然界中的循环，分析氮在自然界中的循环示意图。从动植物体，自然界中的雷雨放电、人类的活动三方面解析氮在自然界中的循环。
【设问】氮的循环涉及到地球上生物圈的各个方面，那么氮循环中的重要物质有哪些并发生怎样的变化呢？
【板书】二、氮循环中的重要物质
1、氮气与氮的固定
【讲解】氮气是氮循环中的重要物质也是我 ( http: / / www.21cnjy.com )们熟悉的一种物质，在大气中含量很多约占总体积的4／5,它具有怎样的化学性质呢？请同学们讨论，作出预测。
氮的化学性质
1）与金属反应 3Mg+N2 Mg3N2
2)与非金属反应(H2、O2 ) N2+ 3H2 2NH3
N2+O2 2NO；
2NO+O2＝2NO2 ；
【讲解】在实验中我们观察到两种氮的氧化物NO、NO2。它们也是氮循环中的重要物质，下面我们探究一下它们的性质。
【探究】展示集气瓶中的NO，NO2 气体，利用气体完成下列探究：
NO NO2
颜色
气味
状态
水溶性
毒性
化学性质
其他
【讲解】其实氮有多种氧化物如N2O ( http: / / www.21cnjy.com )、NO、N2O3、NO2、N2O4等(氧化物中氮元素的化合价为＋1、＋2、＋3、＋4、＋5)。其中NO 、NO2均为有毒毒气体，近几年我国一些大型城市的雾霾天气就与其有关，汽车尾气排放是主要的氮氧化物污染源。在晴朗的天气里，由于石油和煤的燃烧，汽车尾气和硝酸工厂的废气中含有一定量的NO和NO2，NO2和其他大气污染物在紫外线照射下，会发生一系列光化学反应，产生一种有毒的烟雾——光化学烟雾。
请同学们看图片<城市中的光化学烟雾 ( http: / / www.21cnjy.com )污染>。光化学烟雾具有特殊的气味，刺激眼睛和呼吸系统，伤害植物，并降低大气能见度形成雾霾。当然面对当前严重的空气污染我们也在利用掌握的化学知识积极的治理，例如利用2NO+2CO △ N2+2CO2反应减少汽车尾气的排放。另外NO它在生物学方面有独特的作用,NO分子作为一种传递神经信息的“信息分子”，在使血管扩张、免疫、增强记忆力等方面有及其重要的作用。1992年，NO 分子被世界著名杂志Science评为明星分子。NO2为红棕色易溶于水的气体,这一过程我们制的了硝酸。化学研究有时是一把双刃剑既有好的一面又有坏的一面，我们要做的是成为一位舞剑高手，在舞出炫丽舞姿时避免割伤自己。请同学们思考“魔鬼谷”形成的原因。
【思考】“雷雨发庄稼”包含了什么化学原理？
【引导分析】
空气中氮气在高压电作用下与氧气发生化学反应生 ( http: / / www.21cnjy.com )成NO，NO与氧气反应转化成NO2，NO2与雨水反应生成HNO3，生成的HNO3随雨浇入土壤，同土壤中的矿物质作用，形成能被植物吸收的硝酸盐类，土壤从空气中吸收养分，使庄稼受益。有关方程式如下：
N2+O2 2NO；
2NO+O2＝2NO2 ；
3NO2+H2O＝2HNO3+NO
【讨论】
1、植物只能利用化合态的氮，怎样可使空气中的氮气转化为化合态的氮？
2、有哪些方式？
【讲解】学生讨论后讲解。
氮的固定是指使空气中的游离态的氮(N2)转化为含氮化合物的方法。
氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式。
自然固氮有：高能固氮和生物固氮等。
人工固氮的方式有合成氨和仿生固氮。
【阅读】化学与技术：氨的合成。
【小结】请同学们回顾我们本节课共同学习的知识，你有哪些收获？
八、板书设计
第二节 氮的循环
氮在自然界中的循环
二．氮循环中的重要物质
1.氮气与氮的固定
N2 含氮化合物
人工固氮：合成氨；仿生固氮
氮的固定
自然固氮：高能固氮；生物固氮
【例题】雷雨天气，雷鸣电 ( http: / / www.21cnjy.com )闪是日常生活中司空见惯的现象。假设某次雷电放出能量约为1.5×107kJ。在闪电过程中，空气中的氮气和氧气直接化合，已知1mol氧气和1mol氮气化合时要吸收180.74kJ的能量，闪电时有1/1000的能量用于这一反应。回答：
（1）此次闪电所产生的NO的物质的量有多大？
（2）此次雷雨闪电的生成物相当于给土壤施了多少尿素化肥？
（3）雷雨中常会有微量的HNO3为农作物所利用，用化学方程式解释HNO3形成过程
。
【解析】（1）依题意可知，闪电放出的能 ( http: / / www.21cnjy.com )量为1.5×107kJ，1mol O2与1mol N2化合生成2mol NO并吸收180.74kJ能量，因此，此次闪电生成的NO物质的量：
＝166mol。
（2）由于2mol NO能生成lmol ( http: / / www.21cnjy.com ) CO(NH2)2（氮原子守恒），则尿素的总物质的量为166×1/2mol，尿素的总质量m＝4.98kg。此次雷雨闪电相当于给土壤施了4.98kg化肥。
（3）空气中氮气在高压电作用下与氧 ( http: / / www.21cnjy.com )气发生化学反应生成NO，NO与氧气反应转化成NO2，NO2与雨水反应生成HNO3，生成的HNO3随雨浇入土壤，同土壤中的矿物质作用，形成被植物吸收的硝酸盐类，使土壤从空气中吸收养分，使庄稼受益。
[答案]（1）166mol（2）4.98kg
（3）N2+O2 2NO；2NO+O2＝2NO2 ；3NO2+H2O＝2HNO3+NO
【随堂练习】
1．下列说法不正确的是
A．氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在。
B．氮元素是构成生命的基本元素
C．大气、陆地和水体中的氮元素在不停的进行着氮的循环。
D．仿生固氮是一种自然固氮
2．生物固氮是指
A．植物从土壤中吸收含氮养料
B．豆科植物的根瘤菌将氮气转变为氮的化合物作为养料吸收
C．将氮转变为硝酸及其它氮的化合物
D．反硝化细菌将硝酸转变为氮气放出
3．下列变化中不属于氮的固定的是
A．工业上合成氨 B．一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮
C．豆科作物的根瘤菌使空气中的氮转化为氨 D．由氨制备碳酸氢铵和硫酸铵
4．关于NO的下列叙述不正确的是
A．NO不溶于水，是一种大气污染物 B．NO是一种红棕色的有毒气体
C．NO结合血红蛋白的能力比CO还强 D．NO与氧气反应生成NO2，体现其还原性
5．发射卫星的运载火箭，其推进剂引燃后发 ( http: / / www.21cnjy.com )生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷出。引燃后产生的高温气体主要是CO2、H2O、N2、NO,这些气体均为无色，但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红烟，产生红烟的原因是
A．高温下氮气遇空气生成NO2 B．CO2与NO反应生成CO和CO2
C．NO与空气生成NO2 D．NO和H2O反应生成H2和NO2
6．现有等体积混合而成的四组气体：① ( http: / / www.21cnjy.com )NO2+NO、②NO2+O2、③HCl+N2、④NO+N2，将其分别通入体积相同的试管并立即倒立在足量的水中，试管内水面上升的高度分别为H1、H2、H3和H4，其中高度关系是
A.H2＞H3＞H1＞H4 B.H3＞H2＞H1＞H4?
C.H1＝H2＝H3＝H4 D.H1＞H2＞H3＞H4?
7．一氧化氮是大气污染物之一。目前，有 ( http: / / www.21cnjy.com )一种治理方法在400℃左右、有催化剂存在的情况下，用氨将一氧化氮还原为氮气和水。该反应的化学方程式为 ，氧化剂为 ，还原剂为 ，氧化产物与还原产物的质量比为 。
8．实验室合成氨装置如图所示，试回答：
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com" EMBED PBrush
装置甲的作用是：①______ __，②_____ ___，从乙处导出的气体是____ _，检验产物的简单化学方法是_________ ________。
9．一种气态氮的氧化物112mL（标准状况），质量为0.38g，其组成里含氧63.16%，其化学式是 。
10．将一收集满15mLNO2气体的试管倒立于水槽中，可观察到哪些现象？反应后剩余什么气体？其体积为多少？
（氮气的性质，氮的固定）
氮气与氮的固定
氮的循环
硝酸及其应用
氨与铵态氮肥
（氨的性质，铵盐的性质）
（硝酸的性质）
人类活动对氮循环和环境的影响
（酸雨、光化学烟雾、富营养化）
高温、高压
催化剂
催化剂
通常性质稳定
一定条件下与H2、O2等反应
一、教材分析
（一）知识脉络
氮及其化合物是元素化合物知识的重要组成部 ( http: / / www.21cnjy.com )分。本节教材通过闪电这一自然现象，激发学生思考自然界中的含氮物质，通过自然界中的氮循环，引出氮循环中的重要物质—氮气、NO、NO2、氨、铵盐、硝酸等，然后通过观察思考、实验探究认识这些重要物质的性质、用途。在学习过程中了解人类活动对自然界氮循环和环境的影响。
（二）知识框架
（三）新教材的主要特点：
从培养学生终身发展所必备的知识和能力出发，重点介绍重要代表物的性质与用途，同时注重培养学生的观察能力和综合分析问题的能力。
二、教学目标
（一）知识与技能目标
1、了解自然界中的氮循环及人类活动对氮循环的影响；
2、通过了解生物固氮和人工固氮形式，认识N2 、NO 、NO2的性质；
3、通过观察思考活动，认识NH3、铵盐的性质及铵态氮肥的使用问题；
4、通过观察思考活动，认识 HNO3的性质。
（二）过程与方法目标
1、培养学生通过观察实验现象，总结分析物质性质的能力；
2、初步体会物质的浓度对化学反应产物的影响，进一步认识实验中变量控制的思想。
（三）情感态度与价值观目标
1、通过介绍合成氨发展的艰辛历程，体会从实验室研究到工业生产的过程，渗透化学与技术关系的教育；
2、通过介绍酸雨，光化学烟雾和富营养化等环境问题，了解人类活动对氮循环的影响，树立保护环境的意识。
三、教学重点、难点
（一）知识上重点、难点
重点：氮气、氨、铵盐和硝酸的性质。
难点：硝酸的氧化性。
（二）方法上重点、难点
培养学生通过观察实验现象总结分析物质性质的能力，并使学生初步体会物质的浓度对化学反应产物的影响，进一步认识实验中变量控制的重要性。
四、教学准备
（一）学生准备
1、预习第二节-氮的循环
2、查找氮循环的资料，小组合作画出氮循环图示，写出短文。重点说明氮循环中涉及到哪些含氮元素的物质，它们是如何转化的？
（二）教师准备
1、教学媒体、课件；
2、补充实验。
五、教学方法
实验引导，学生观察、归纳。
六、课时安排
三课时
七、教学过程
第一课时
【联想·质疑】俗语说“一场雷雨，一场肥”雷 ( http: / / www.21cnjy.com )电是大家非常熟悉的自然现象。你知道在雷电交加的时候，空气中发生哪些化学反应？这些化学反应和所产生的物质对人类的生产和生活有什么意义？我们通过本节课来了解。
【板书】第二节 氮的循环
一、氮在自然界中的循环
【阅读】阅读课本内容：一、 ( http: / / www.21cnjy.com )氮在自然界中的循环，分析氮在自然界中的循环示意图。从动植物体，自然界中的雷雨放电、人类的活动三方面解析氮在自然界中的循环。
【设问】氮的循环涉及到地球上生物圈的各个方面，那么氮循环中的重要物质有哪些并发生怎样的变化呢？
【板书】二、氮循环中的重要物质
1、氮气与氮的固定
【讲解】氮气是氮循环中的重要物质也是我 ( http: / / www.21cnjy.com )们熟悉的一种物质，在大气中含量很多约占总体积的4／5,它具有怎样的化学性质呢？请同学们讨论，作出预测。
氮的化学性质
1）与金属反应 3Mg+N2 Mg3N2
2)与非金属反应(H2、O2 ) N2+ 3H2 2NH3
N2+O2 2NO；
2NO+O2＝2NO2 ；
【讲解】在实验中我们观察到两种氮的氧化物NO、NO2。它们也是氮循环中的重要物质，下面我们探究一下它们的性质。
【探究】展示集气瓶中的NO，NO2 气体，利用气体完成下列探究：
NO NO2
颜色
气味
状态
水溶性
毒性
化学性质
其他
【讲解】其实氮有多种氧化物如N2O ( http: / / www.21cnjy.com )、NO、N2O3、NO2、N2O4等(氧化物中氮元素的化合价为＋1、＋2、＋3、＋4、＋5)。其中NO 、NO2均为有毒毒气体，近几年我国一些大型城市的雾霾天气就与其有关，汽车尾气排放是主要的氮氧化物污染源。在晴朗的天气里，由于石油和煤的燃烧，汽车尾气和硝酸工厂的废气中含有一定量的NO和NO2，NO2和其他大气污染物在紫外线照射下，会发生一系列光化学反应，产生一种有毒的烟雾——光化学烟雾。
请同学们看图片<城市中的光化学烟雾 ( http: / / www.21cnjy.com )污染>。光化学烟雾具有特殊的气味，刺激眼睛和呼吸系统，伤害植物，并降低大气能见度形成雾霾。当然面对当前严重的空气污染我们也在利用掌握的化学知识积极的治理，例如利用2NO+2CO △ N2+2CO2反应减少汽车尾气的排放。另外NO它在生物学方面有独特的作用,NO分子作为一种传递神经信息的“信息分子”，在使血管扩张、免疫、增强记忆力等方面有及其重要的作用。1992年，NO 分子被世界著名杂志Science评为明星分子。NO2为红棕色易溶于水的气体,这一过程我们制的了硝酸。化学研究有时是一把双刃剑既有好的一面又有坏的一面，我们要做的是成为一位舞剑高手，在舞出炫丽舞姿时避免割伤自己。请同学们思考“魔鬼谷”形成的原因。
【思考】“雷雨发庄稼”包含了什么化学原理？
【引导分析】
空气中氮气在高压电作用下与氧气发生化学反应生 ( http: / / www.21cnjy.com )成NO，NO与氧气反应转化成NO2，NO2与雨水反应生成HNO3，生成的HNO3随雨浇入土壤，同土壤中的矿物质作用，形成能被植物吸收的硝酸盐类，土壤从空气中吸收养分，使庄稼受益。有关方程式如下：
N2+O2 2NO；
2NO+O2＝2NO2 ；
3NO2+H2O＝2HNO3+NO
【讨论】
1、植物只能利用化合态的氮，怎样可使空气中的氮气转化为化合态的氮？
2、有哪些方式？
【讲解】学生讨论后讲解。
氮的固定是指使空气中的游离态的氮(N2)转化为含氮化合物的方法。
氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式。
自然固氮有：高能固氮和生物固氮等。
人工固氮的方式有合成氨和仿生固氮。
【阅读】化学与技术：氨的合成。
【小结】请同学们回顾我们本节课共同学习的知识，你有哪些收获？
八、板书设计
第二节 氮的循环
氮在自然界中的循环
二．氮循环中的重要物质
1.氮气与氮的固定
N2 含氮化合物
人工固氮：合成氨；仿生固氮
氮的固定
自然固氮：高能固氮；生物固氮
【例题】雷雨天气，雷鸣电 ( http: / / www.21cnjy.com )闪是日常生活中司空见惯的现象。假设某次雷电放出能量约为1.5×107kJ。在闪电过程中，空气中的氮气和氧气直接化合，已知1mol氧气和1mol氮气化合时要吸收180.74kJ的能量，闪电时有1/1000的能量用于这一反应。回答：
（1）此次闪电所产生的NO的物质的量有多大？
（2）此次雷雨闪电的生成物相当于给土壤施了多少尿素化肥？
（3）雷雨中常会有微量的HNO3为农作物所利用，用化学方程式解释HNO3形成过程
。
【解析】（1）依题意可知，闪电放出的能 ( http: / / www.21cnjy.com )量为1.5×107kJ，1mol O2与1mol N2化合生成2mol NO并吸收180.74kJ能量，因此，此次闪电生成的NO物质的量：
＝166mol。
（2）由于2mol NO能生成lmol ( http: / / www.21cnjy.com ) CO(NH2)2（氮原子守恒），则尿素的总物质的量为166×1/2mol，尿素的总质量m＝4.98kg。此次雷雨闪电相当于给土壤施了4.98kg化肥。
（3）空气中氮气在高压电作用下与氧 ( http: / / www.21cnjy.com )气发生化学反应生成NO，NO与氧气反应转化成NO2，NO2与雨水反应生成HNO3，生成的HNO3随雨浇入土壤，同土壤中的矿物质作用，形成被植物吸收的硝酸盐类，使土壤从空气中吸收养分，使庄稼受益。
[答案]（1）166mol（2）4.98kg
（3）N2+O2 2NO；2NO+O2＝2NO2 ；3NO2+H2O＝2HNO3+NO
【随堂练习】
1．下列说法不正确的是
A．氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在。
B．氮元素是构成生命的基本元素
C．大气、陆地和水体中的氮元素在不停的进行着氮的循环。
D．仿生固氮是一种自然固氮
2．生物固氮是指
A．植物从土壤中吸收含氮养料
B．豆科植物的根瘤菌将氮气转变为氮的化合物作为养料吸收
C．将氮转变为硝酸及其它氮的化合物
D．反硝化细菌将硝酸转变为氮气放出
3．下列变化中不属于氮的固定的是
A．工业上合成氨 B．一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮
C．豆科作物的根瘤菌使空气中的氮转化为氨 D．由氨制备碳酸氢铵和硫酸铵
4．关于NO的下列叙述不正确的是
A．NO不溶于水，是一种大气污染物 B．NO是一种红棕色的有毒气体
C．NO结合血红蛋白的能力比CO还强 D．NO与氧气反应生成NO2，体现其还原性
5．发射卫星的运载火箭，其推进剂引燃后发 ( http: / / www.21cnjy.com )生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷出。引燃后产生的高温气体主要是CO2、H2O、N2、NO,这些气体均为无色，但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红烟，产生红烟的原因是
A．高温下氮气遇空气生成NO2 B．CO2与NO反应生成CO和CO2
C．NO与空气生成NO2 D．NO和H2O反应生成H2和NO2
6．现有等体积混合而成的四组气体：① ( http: / / www.21cnjy.com )NO2+NO、②NO2+O2、③HCl+N2、④NO+N2，将其分别通入体积相同的试管并立即倒立在足量的水中，试管内水面上升的高度分别为H1、H2、H3和H4，其中高度关系是
A.H2＞H3＞H1＞H4 B.H3＞H2＞H1＞H4?
C.H1＝H2＝H3＝H4 D.H1＞H2＞H3＞H4?
7．一氧化氮是大气污染物之一。目前，有 ( http: / / www.21cnjy.com )一种治理方法在400℃左右、有催化剂存在的情况下，用氨将一氧化氮还原为氮气和水。该反应的化学方程式为 ，氧化剂为 ，还原剂为 ，氧化产物与还原产物的质量比为 。
8．实验室合成氨装置如图所示，试回答：
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com" EMBED PBrush
装置甲的作用是：①______ __，②_____ ___，从乙处导出的气体是____ _，检验产物的简单化学方法是_________ ________。
9．一种气态氮的氧化物112mL（标准状况），质量为0.38g，其组成里含氧63.16%，其化学式是 。
10．将一收集满15mLNO2气体的试管倒立于水槽中，可观察到哪些现象？反应后剩余什么气体？其体积为多少？
（氮气的性质，氮的固定）
氮气与氮的固定
氮的循环
硝酸及其应用
氨与铵态氮肥
（氨的性质，铵盐的性质）
（硝酸的性质）
人类活动对氮循环和环境的影响
（酸雨、光化学烟雾、富营养化）
高温、高压
催化剂
催化剂
通常性质稳定
一定条件下与H2、O2等反应