5.2.1 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮 教学设计 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

教 案 课程名 第二节 氮及其化合物 第1课时 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮 授课类型 教材 必修第二册（人教版2019） 教学目标及教学重点、难点 教学目标：1.通过分析氮的原子结构，推断含氮物质化学性质及其特性，理解结构与性质的关系。 2.氮气与氮的固定。 3.通过实验探究，了解NO与O2反应、NO2与水反应等性质，感受化学变化的奇妙。 4.了解氮氧化物对环境的危害，增强环保意识，培养社会责任感。 教学重点：氮气的化学性质、氮的固定、一氧化氮、二氧化氮的化学性质。 教学难点：氮气的氧化性与还原性、含氮化合物的转化。 核心素养 1. 宏观辨识与微观探析：能从物质类别和元素价态的视角研究氮元素及其化合物的性质，形成“结构决定性质”的观念。能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。 2. 变化观念：能认识物质是运动和变化的，知道化学变化需要一定的条件，并遵循一定规律；能多角度、动态地分析化学变化，运用化学反应原理解决简单的实际问题。 3. 证据推理与模型认知：具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪；建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。 教学过程 教学环节 教学活动 导入 新课 【引入】氮元素位于元素周期表的第二周期、第VA族。氯原子的最外电子层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。因此，氮原子一股通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氨元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和饺盐中。氮是自然界各种生物体生命活动不可缺少的重要元素,自然界是怎样通过氮的循环为生物体提供复元素的呢?。 讲授 新课 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一个内容:氮气。要想解释这个问题，要从氮气的性质入手。 【板书】一、氮气与氮的固定 【PPT展示】1.氮气 (1) 氮气的物理性质 颜色：无色 状态：气体 气味：无味 密度：密度与空气接近 溶解性：难溶于水 【过渡]在初中化学的学习中，我们知道氮气约占空气体积的4/5，化学性质很稳定，通常情况下难以与其他物质发生化学反应。但在一定条件下可以与一些金属和非金属发生反应。 【PPT展示】 (2) 氮气的化学性质稳定 氮气的化学性质_____，通常很难与其他物质发生化学反应。放电或高温 ① 还原性：N2+O2=====2NO ② 氧化性： a. N2与H2反应生成NH3，化学方程式为 催化剂 高温、高压 N2 + 3H2 2NH3 b. 在点燃条件下与Mg反应，方程式为 N2 + 3Mg =====Mg2N3 点燃 (3) 氮气的用途 1.电灯泡、食品包装——保护气 2.稀有的书卷保存——延缓代谢 3.降温手术刀——冷刀做手术 【学生】阅读教材，思考什么是氮的固定？氮的固定有哪些方法？ 【学生1】氮的固定是指将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程。 【学生2】氮的固定分自然固氮和人工固氮两种。自然固氮是大自然通过闪电释放能量将氮气转化为含氮的化合物(高能固氮)，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化为氨(生物固氮)。通过人工方法将游离态氮转化为化合态氮的过程叫人工固氮，如工业 合成氨等。 【学生3】氮的固定必须为将游离态的N2转化为化合态含氮物质的过程，为氧化还原反应。 【教师】评价、肯定学生的回答。 【PPT展示】2.氮的固定游离态 含氮化合物 (1) 含义: 将大气中_______的氮转化为___________的过程叫做氮的固定 (2) 分类: 自然固氮： 大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合物，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨，从而实现自然固氮。 放电或高温 自然固氮：高能固氮 N2+O2=====2NO 生物固氮（豆科植物的根瘤菌固氮） 催化剂 高温、高压 N2 + 3H2 2NH3 人工固氮：合成氨 仿生固氮。 【知识拓展】合成氨 由于氮气的化学性质很不活淡，以氮气和氨气为原群合成氨的工业化生产营是一个较难的课题。1909年，德国化学家哈伯( FHaber，1868一1934 ) 经过反复实验研究后发现，在500-600 C17.5 MP20.0 MPa和铁为催化剂的条件下，反应后氨的含量可超过6%，具备了工业化生产的可能性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《C.Bosch,1874一1940)作出了重要贡献。1913年，一个年产量7000t的合成氨工厂建成并投产合成氨的工业化生产终于实现。从此，合成氨成为化学工业中迅速发展的重要领域。由子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晨史上的一项重大成就，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题，是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献。 【过渡】根据氮元素在周期表中的位置及原子结构特点可知，氮元素有多种价态，可以形成多种氧化物。 【提问】结合氮原子的结构及氮元素化合价特点，思考氮元素形成氧化物的类型有哪些? 【学生1】氮元素的化合价有-3、0、+1、+2、+3、+4、+5价，因此可形成的氧化物有N₂O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5。 【学生2】常温常压，所有氮的氧化物均为有毒气体。 【教师】评价、强调:氮元素的含氧酸有HNO3和HNO2两种，对应的酸性氧化物(酸酐)分别为N2O5和N2O3，其它氮的氧化物均不是酸性氧化物。 【学生】阅读教材，思考一氧化氮和二氧化氮具有哪些重要的性质? 【板书】二、一氧化氮和二氧化氮 【PPT展示】 1.物理性质 2.化学性质 【实验5-5】 如图5-10所示，在一支50mL的注射器里注入20mLNO然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器，观察现象。打开弹簧夹，快速吸入10 ml空气后夹上弹簧夹，观察现象。振荡注射器，再观察现象。 实验装置： 【视频播放】二氧化氮溶于水 【PPT展示】 实验操作：在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器 实验现象：无明显现象 实验操作：打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹，观察现象，然后再振荡注射器 实验现象：无色气体变红棕色 振荡后红棕色变为无色 结论：在一定条件下，NO与NO2可以相互转化。 【思考与讨论】 实验5-5发生了哪些化学反应？如果将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？上述实验对工业生产硝酸有什么启示？ 2NO+O2===2NO2 3NO2+H2O===2HNO3+NO 原理 解答氮的氧化物溶于水的计算问题首先明确原理，无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2+H2O===2HNO3+NO，2NO+O2===2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不能是NO2。 【思考与讨论】 (1) NO和NO2分别采用什么方法收集？ 【学生】常温下NO能与O2反应，只能用排水法收集； NO2能与水反应生成NO，故只能用排空气法收集。 (2)NO2转化为NO的变化中，NO2只能作氧化剂吗? 【学生】NO2与水反应转化为NO的同时生成HNO3， NO2既作氧化剂又作还原剂。 【知识拓展】 NOx对环境的污染的危害 1.酸雨 2.臭氧层破坏 3.光化学烟雾 课堂 练习 1．下列关于一氧化氮性质的描述中，不正确的是（ ） A.无色气体 B.有毒 C.易溶于水 D.易与氧气结合 【答案】C 【解析】一氧化氮是无色气体、难溶于水，有毒、会和空气中的氧气生成二氧化氮气体。 2．下列关于物质的性质与用途(或实验现象)对应关系正确的是（ ） A．氨气极易溶于水，因此可用作制冷剂。 B．浓硫酸具有吸水性和强氧化性，所以能使蔗糖炭化并产生刺激性气味的气体。 C．氮气化学性质稳定，因此常用作保护气。 D．二氧化硫具有还原性，因此可用于漂白纸张。 【答案】C 【解析】因为氨气易液化，且液氨汽化时吸收大量热，因此液氨可用作制冷剂，不选A；浓硫酸具有脱水性和强氧化性，能吸收蔗糖中的水分并使其炭化，且产生刺激性气味的气体，不选B；N2化学性质稳定，不易与其他物质反应，常用作保护气，选C；二氧化硫具有漂白性，能用于漂白，不选D。 3．下列气体极易溶于水的是（ ） A．SO2 B．NO C．Cl2 D．NH3 【答案】D 【解析】二氧化硫气体是可溶于水的气体，A不符合题意；NO难溶于水，B不符合题意；氯气是可溶于水的气体，C不符合题意；氨气是极易溶于水的气体，D符合题意。 4．下列关于氮及其化合物的说法错误的是（ ） A．自然固氮、人工固氮都是N2将转化为NO。 B．氮氧化物大量排放到大气中会造成酸雨。 C．氨气可用于做“喷泉实验”。 D．自然界中的“氮循环”是氮及其化合物间相互转化的一种途径。 【解析】自然固氮将N2转化为NO，反应的化学方程式为 放电 N2+O2===2NO，工业合成氨是人工固氮，是将N2转化为NH3，A项错误；氮氧化物大量排放到大气中会形成硝酸型酸雨，反应原理可表示为2NO+O2===2NO2、3NO2+H2O===2HNO3+NO，B项正确； 氨气极易溶于水，溶于水后会形成较大压强差，可用于做“喷泉实验”，C项正确；氮元素在自然界中既有游离态又有化合态，多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界中的“氮循环”，D项正确。 【答案】A 板书设计 教学设计反思 学生本身听课情绪较高，有很大的学习兴趣，教学预期目标基本达到，但是仍有一些不足之处。比如：过度的不是很自然，对课堂的时间把握的不是很好等。今后在教育教学中会努力提升自己，强化技能，更好的适应新教材和新课改的要求。 学科网（北京）股份有限公司 $$