(共27张PPT)
氮及其化合物
——氮的固定
化肥对人类社会的贡献从秦朝至民国，2000多年来水稻亩单产才从40kg提高到200kg，新中国成立70年来，水稻平均单产400-500kg，最高产可达1000kg近年联合国粮农组织（FAO）研究和调查显示，施用化肥比不施用化肥可提高50%的单产，作物总产中有三分之一来自化肥的贡献。中国粮食产量的一半来自化肥6.3亿吨（20世纪中期）27.8亿吨（2021）粮食年产量氮的循环课前准备：根据“氮的循环”图，找出含氮物质，自主构建氮元素的“价类二维图”，从物质类别和化合价的角度预测氮气的化学性质。N2NH3NONO2HNO3NO3-NH4+NH3游离态化合态尿素
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单质 氢化物 氧化物 酸 碱 盐
N2
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HNO3
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NH4+
硝态氮肥
铵态氮肥
游离态
化合态
固氮
氮肥的生产之旅
预测氮气的性质【阅读材料】氮气保护技术通常应用于珍贵文物的保存和保护，国内外不乏先列。美国的《独立宣言》就密封在氮气环境中；中国博物馆和中南海毛主席故居纪念馆也是应用氮气保护法；北京房山云居寺“99石经回藏”也是氮气保护的成功典范。氮气的结构结构 性质氮气的化学性质1、还原性N2+ O22NO高温或放电自然固氮人工固氮固氮【实验5-5】实验操作在一支50 mL的注射器里充入20 mLNO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器；打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象，然后再振荡注射器。现象____________________________，振荡后________________【实验5-5】实验操作在一支50 mL的注射器里充入20 mLNO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器；打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象，然后再振荡注射器。现象____________________________，振荡后________________无明显现象无色气体变红棕色红棕色变为无色思考与讨论2NO + O2=2NO23NO2+ H2O=2HNO3+ NO(工业制取硝酸)现象一：无色气体变红棕色现象二：红棕色变为无色，气体减少问题一：发生了哪些反应？思考与讨论问题二：如果要将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？+ O23NO2+ H2O=2HNO3+ NO2NO + O2=2NO2过量的氧（空）气，循环使用NO问题三：上述实验对工业上生产硝酸有什么启示？雷雨发庄稼据说在新疆与青海两省区交界处有一狭长山谷，这里经常在风和日丽的晴天顷刻电闪雷鸣，下起雷雨，奇怪的是这里牧草茂盛，四季常青，被当地牧民称为“魔鬼谷”。为什么魔鬼谷牧草旺盛 有句谚语“雷雨发庄稼”，你明白其中的化学原理吗
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单质 氢化物 氧化物 酸 碱 盐
N2
NH3
NO
NO2
HNO3
NO3-
NH4+
雷雨天N2到NO3- 的转化路径
+O2
+O2
+H2O
硝态氮肥
氮的氧化物——NO、NO21、NO②化学性质2NO + O2= 2NO2气体由无色变为红棕色可用来检验NO存在①物理性质无色气体，难溶于水收集方法？排水法2、NO2①物理性质②化学性质红棕色、刺激性气味气体，易溶于水收集方法？向上排空气法3NO2＋H2O = 2HNO3＋NO→工业制取硝酸（1）NO结合血红蛋白能力比CO还强，造成人体缺氧——有毒。（2）引起酸雨、光化学烟雾、破坏臭氧层等环境问题。有弊：有利：（1）生产硝酸。（2）NO可作为传递神经信息的“信使分子”，在扩张血管、提高免疫力、增强记忆力等方面有着重要作用。多角度认识NO和NO2多角度认识NOx——弊主要危害：酸雨、光化学烟雾、破坏臭氧层主要来源：工业排放、汽车尾气如何减排？NOxN2还原剂处理汽车尾气CxHy2NO+2CO 2CO2+N2催化剂碱液吸收法NO2＋2NaOH = NaNO3＋NaNO2＋H2ONO＋NO2＋2NaOH = 2NaNO2＋H2O+3+5+4+2+4+3
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单质 氢化物 氧化物 酸 碱 盐
N2
NH3
NO
NO2
HNO3
NO3-
NH4+
NO2-
自然固氮——根瘤菌N2NH3氮气的化学性质1、还原性a、在点燃条件下与Mg反应：N2+ O22NO高温或放电N2+ 3Mg Mg3N2点燃N2+ 3H22NH3高温、高压催化剂b、N2与H2反应生成NH3：2、氧化性人工固氮人工固氮——合成氨1909年，德国化学家哈伯经过反复的实验研究后发现，在500~600℃、17.5~20.0MPa和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可达到6%以上，具备了工业化生产的可能性。哈伯(F.Haber，1868-1934)为了把哈伯合成氨的实验室方法转化为规模化的工业生产，德国工程师博施作出了重要贡献。由于合成氨工业生产的实现和相关研究对化学理论与技术发展的推动，哈伯和博施都获得了诺贝尔化学奖。合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，为促进世界农业发展做出了重大贡献。
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单质 氢化物 氧化物 酸 碱 盐
N2
NH3
NO
NO2
HNO3
NO3-
NH4+
NO2-
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
2NO + O2 = 2NO2
含氮物质的转化
硝态氮肥
铵态氮肥
固氮与氮肥氮肥→农业→大国根基全球氮肥产量分布中国26.34%氮肥出口国（2020）课后作业1、归纳整理本课内容，可从以下方面进行：本节课所学的氧化还原反应；描述“氮的循环图”中的几条固氮路径。2、完成课本P18-1.2.7.8题。3、阅读关于工业合成氨的材料或自己查找资料，为下节学习氨气做准备。谢谢观看教学设计
课题 氮的固定
课型 新授课√ 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
本课时为人教版必修第五章第二节的第一课时，是必修元素化合物学习的最第三种元素。《普通高中化学课程标准（2017年版2020修订）》中对其内容要求为：“结合真实情景中的应用实例或者通过实验探究，了解氮及其化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。”学业要求为：“能从物质类别、元素价态的角度，依据复分解反应和氧化还原反应原理，预测物质的化学性质和变化，设计实验进行初步验证，并能分析、解释相关实验现象。能从物质类别和元素价态变化的视角说明物质的转化路径。能有意识运用所学的知识或寻求相关证据参与社会性议题的讨论。” 根据内容和学业要求，本节课以氮肥的分类及作用为真实情境的载体，以氧化还原反应原理为依托，通过探究固氮方式及生产氮肥的路径，认识氮及其化合物的转化，了解固氮的价值，体会氮循环的意义。最终帮助学生形成一种认识物质及其变化的化学思维视角，提升认识自然界物质及其变化的能力，体会化学对人类做出的贡献，增强环保意识，培养社会责任感，树立人与自然和谐共处的意识。 本课时通过氮气及其固定，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保护环境中的重要价值，培养了学生的“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。
学习者分析
在学习本节课之前，学生学习了氧化还原反应、元素周期律等基本概念，通过氯、硫及其化合物的学习，学习了非金属单质及氧化物的一般性质，能够使用价类二维图作为元素化合物的学习模型，预测物质的化学性质，但依据原料与目标产物设计转化路径的能力有所欠缺，建立研究物质的两个角度与转化之间的联系能力不足。 学生对含氮有毒物质往往存在刻板印象，将“化学”与“污染”联系在一起，忽视了氮是重要的生命元素，涉及到人类生活、生产的各个领域。再者对于环境问题学生虽有一定认识，但不善于从化学角度，运用化学知识去寻找解决问题的方法。
学习目标确定
能够根据氮的循环图绘制氮元素的价类二维图，并预测物质的性质。 通过氮气的分子结构，预测氮气的性质，理解结构与性质的关系。 通过实验探究，了解氮气与氧气反应、氮氧化物的转化，感受化学反应的奇妙。 通过对自然固氮和人工固氮的学习，能从物质类别和元素价态变化的视角找到生产无机氮肥的转化路径。 通过探究“三元催化器”中氮氧化物与氮气的转化，能应用氧化还原反应原理，了解氮的循环对环境的意义。 通过了解我国氮肥生产能力、工业合成氨发展历程，能够对化学产生兴趣，感受到化学对人类社会做出的巨大贡献。 通过阅读多份材料，培养获取并应用信息的能力。
学习重点难点
1、重点：氮气、氮氧化物的性质及转化。 2、难点：氮氧化物的化学性质yu。
学习评价设计
课前：根据“氮的循环”图，找出含氮物质，自主构建氮元素的“价类二维图”，从物质类别和化合价的角度预测氮气的化学性质。培养学生图象分析能力。 课中： 1、预测氮气性质。 2、思考与讨论充分转化NO的方法，以及对工业生产硝酸的启示。 3、解释“雷雨发庄稼”中的化学原理，构建转化路径。 4、书写三元催化器中NO转化为N2的化学方程式。 课后： 1、归纳整理本课内容，可从以下方面进行：本节课所学的氧化还原反应；描述“氮的循环图”中的几条固氮路径。 2、完成课本P18-1.2.7.8题 3、阅读关于工业合成氨的材料或自己查找资料，为下节学习氨气做准备。
学习活动设计
环节一：构建氮元素价类二维图教师活动1 1、给出关于化肥与社会发展的材料，导入新课。 2、分析氮的循环图，展示氮元素价类二维图，并根据价类二维图预测氮气的化学性质。 3、讲授氮的固定及其分类。 学生活动1 1、阅读材料，感受化肥对人类社会发展做出的贡献。 2、对比自己和老师的价类二维图有何异同。熟悉含氮化合物。活动意图说明： 本环节作为课堂导入，意在让学生从一开始就了解氮元素作为一种重要的生命元素与生产生活密切相关，以及化肥对人类社会发展做出的重要贡献。完成课前布置的关于价类二维图的作业，在巩固构建价类二维图的基础上，为本节课使用该模型做好准备。环节二：自然固氮——氮气的还原性教师活动2 1、展示用氮气做保护气的材料。 2、用氮气结构解释氮气化学性质稳定。 3、讲授氮气与氧气的反应，强调反应条件，引入自然固氮。学生活动2 1、阅读材料，感受氮气化学性质稳定。 2、加深对“结构决定性质”的理解，形成用结构解释化学性质的研究方法。 3、学习氮气与氧气的反应。活动意图说明： 通过回顾氮气的分子结构，预测氮气的性质，理解结构与性质的关系。培养学生 “宏观辨识与微观探析”核心素养。环节三：探究氮氧化物的性质教师活动3 1、演示实验或观看实验视频，引导学生关注各物质用量、观察实验现象。 2、思考并讨论。引导学生思考并解决问题一：实验中发生了哪些反应？问题二：如果要将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？问题三：上述实验对工业上生产硝酸有什么启示？ 3、给出“雷雨发庄稼”的材料，引导学生结合上一实验结论解释这一谚语。 4、布置任务让学生在价类二维图上完成自然界中从氮气到硝态氮肥的转化路径。 5、小结NO、NO2的性质。 6、请同学们从利弊两个方面了解NO、NO2。并根据价类二维图思考转化减排的方式，再以三元催化器为例写出转化的化学方程式。最后给出实验室吸收NO、NO2尾气的方法。学生活动3 1、观察实验现象，体会有关气体体积变化的实验设计。 2、思考并回答问题，了解工业生产中提高原料利用率和减少排放的方法。 3、阅读材料，结合化学反应解释谚语。 4、在价类二维图中完成转化路径。感受自然界的鬼斧神工。 5、整理笔记。 6、阅读材料，用氧化还原反应原理找出氮氧化物的转化路径，写出化学方程式。 活动意图说明： 1、通过实验探究中的气体颜色和体积变化，让学生感受化学反应的奇妙，以及有关气体体积变化的实验设计。 2、通过有关“雷雨发庄稼”、工业生产、减排的思考，让学生逐步掌握以价类二维图为工具设计含氮物质的转化路径，巩固分析物质性质及转化的两个角度：物质类别与元素价态。感受氮的循环对环境的意义，培养学生关于“变化观念与平衡思想”“科学态度与社会责任”等核心素养。环节四：人工固氮——氮气的氧化性教师活动4 1、给出根瘤菌利用氮气氧化性将其转化为氨气的材料。 2、讲授氮气与镁、氢气的反应。 3、给出工业合成氨的材料。 4、给出我国仿生固氮的研究进展，以及我国成为世界第一大氮肥出口国的信息。 5、小结。学生活动4 1、学习氮气的氧化性和生物固氮、人工固氮方法。 2、阅读材料，感受固氮的多样性。 3、了解我国在关于氮肥的科研、生产等方面的成就。活动意图说明： 让学生在学习氮肥生产原理的过程中对化学产生兴趣，感受到化学对人类社会做出的巨大贡献，结合我国成就培养学生的民族自豪感，并在阅读材料过程中培养学生获取并应用信息的能力。在价类二维图中留出氨气转化为铵盐的路径，为下一课时做铺垫。最后做出小结，使本节知识系统化、结构化。
板书设计
作业与拓展学习设计
1、归纳整理本课内容，可从以下方面进行：本节课所学的氧化还原反应；描述“氮的循环图”中的几条固氮路径。 2、完成课本P18-1.2.7.8题 3、阅读关于工业合成氨的材料或自己查找资料，为下节学习氨气做准备。
教学反思与改进
本节课知识内容难度较低，关于知识的目标达成度较好，在学生学习能力的培养方面，从化学实验到工业生产时反应物循环使用的讨论较为简单，没有引发更多学生的深入思考。这里可以让学生尝试绘制工艺流程图，加入到第二、三课时的教学设计中。在关于价类二维图模型的应用方面，可在第二、第三课时中继续利用价类二维图预测含氮物质的化学性质，寻找工业制硝酸、制备铵态氮肥的路径，设计处理过量氮肥排放的方法，从而让学生能够从物质类别和元素价态的视角学习物质性质，并能举一反三，避免机械记忆。
