3.3基于价类二维图-探究氮的固定和氮肥的合成 课件 2025-2026学年高一上学期化学鲁科版必修第一册

基于价类二维图 ——探究氮的固定及氮肥的合成 必备知识整合 一 情 景 引 入 二 三 教 学 目 标 教 学 设 计 目 录 目标分析 教法学法 教学设计 板书设计 教材分析 学情分析 本节课主要有三个课堂任务，任务一 2 (78%) 氮气 途径2：人工固氮 ①仿生固氮 ②工业合成氨 空气中的N2 植物中的N 途径1：自然固氮 ①高能固氮 ②生物固氮 氮肥 ①铵态氮肥NH3→ NH4+ ②硝态氮肥NH3→ NO3- ③酰胺态氮肥 空气‘变’面包 一.情境引入 含氮化合物 必备知识整合 3 高能固氮 工业合成氨 硝态氮肥 铵态氮肥 空气‘变’面包 一.情景引入 课时设置 课时1：自然界中的氮循环、氮的固定 课时2：铵态氮肥的合成及使用 课时3：硝态氮肥的合成、农业工业化对氮循环和环境的影响 必备知识整合 学生的已有的知识结构和认知水平是教师授课的依据与出发点。在知识储备方面，1. 初中学习过金属铁的相关知识，对铁的化合物具备基本的掌握。2. 学生已掌握钠及其化合物、氯及其化合物，初步掌握学习元素及其化合物的方法和思路。3. 学生已建立起离子反应、氧化还原反应的基本概念，具备简单化学实验方案的设计能力。在心理特点方面，学生好奇心强，对化学实验比较感兴趣，喜欢探寻新事物。 在学习习惯方面，1. 学生比较习惯于被动接受知识，主动探究和归纳总结能力不足。2. 不能准确利用物质的通性进行思考， 不能自觉从元素化合价预测性质，且实验能力较弱，不能独立开展探究。 4 二、教学目标 单元目标 课时目标 1、从氮元素的转化和固定中，掌握相关知识，并形成化学变化观。 2、进一步建立与完善，从物质类别和化合价角度认识物质的思维模型。 3、掌握解决真实情境下化学物质转化问题的一般思路。 4、认识到化学学科发展对人类生活品质提升的同时带来了环境问题，形成科学辩证思维。 5、理解如何利用科学技术理性科学地处理现阶段的环境问题。培养学生的科学态度与社会责任。 课时1：自然界中的氮循环、氮的固定 1.1 能够对含氮物质进行分类，建立起价类二维模型。 1.2 了解自然界中氮循环基本过程。 1.3 认识NO、NO2的主要性质与应用，建立高能固氮含氮物质的转化路径。 1.4 掌握人工固氮的方法-工业合成氨。 课时2：铵态氮肥 2.1认识氨气、铵盐的性质及应用，建立起铵态氮肥的转化路径及使用方法。 2.2建立起从物质类别、元素价态角度研究物质性质和实现转化的思路和方法。 课时3：硝态氮肥、农业工业化对氮循环和环境的影响 3.1认识硝酸的性质及应用，建立起硝态氮肥的转化路径。 3.2了解农业工业化对环境的影响，及如何减少污染物的排放。使学生树立环保意识的同时理解科技是把双刃剑，需要合理利用。 必备知识整合 5 课时1 自然界中的氮循环、氮的固定 三、教学设计 任务1.1 氮及其化合物的价类二维图 任务1.2 自然固氮 任务1.3 自然界中的氮循环 任务1.4 人工固氮 目标分析 教法学法 教学设计 板书设计 教材分析 学情分析 本节课主要有三个课堂任务，任务一 6 氮元素被称为生命元素，是植物体内氨基酸、蛋白质、叶绿素的组成成分之一。自然界中的氮循环涉及多种氮及其化合物。 任务1.1 氮及其化合物的价类二维图 建立起氮及其化合物的价类二维模型，从物质类别和元素价态两个角度认识氮及其化合物，为后续设计含氮物质的转化路径提供思路。 【活动1.1】请回忆你所掌握的含氮物质，补充完善氮及其化合物的价-类二维图？ (78%) 氮气 空气的成分 提供N元素 空气‘变’面包？ ？ 空 气 变 面 包？ 氮的固定：空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。 创设“空气‘变’面包”的大情境，并以此为主线展开本单元重点内容的教学 游离态的氮 化合态的氮 必备知识整合 8 任务1.2 自然固氮 提供N元素 高能固氮—“雷雨发庄稼”（N2→HNO3） 【活动1.2】：结合资料卡片，小组讨论并设计氮气到硝酸的转化路径 建立起从元素守恒、化合价角度认识物质转化的思维模型，引导学生解决真实情境中的问题。 资料卡片：①在相关氧化反应中，N2与O2在高温放电条件下更易生成NO。 ②含有氮元素的物质中，只有NO2为红棕色、刺激性气味有毒气体，NO为无色气体难溶于水。 路径1？ 路径2？ O2 O2 H2O H2O 【思考与讨论1.1】是NO水反应生成硝酸？还是NO继续氧化为NO2与水反应生成硝酸？如何设计实验进行验证？ 实验仪器及药品：NO、NO2、空气、带有胶管的注射器、弹簧夹 任务1.2 自然固氮 实验操作 实验现象 实验结论 实验1：在注射器内吸入20mlNO和5ml H2O，快速夹上弹簧夹。 无明显现象 NO溶于水，不与水反应 实验2：在实验1的注射器内快速吸入10ml空气，快速夹上弹簧夹。 注射器内气体变为红棕色，充分震荡后注射器内红棕色退去，且气体体积减少 NO与氧气反应生成NO2， NO2继续与水反应 类比C，S元素，转化为相应的酸，需要将其转化为氧化物，氧化物和水反应生成酸，并且可转化为盐 任务1.2 自然固氮 实验操作 实验现象 实验结论 实验1：在注射器内吸入10 ml NO2和5ml H2O，快速夹上弹簧夹，震荡。待充分反应后，往注射器内吸入10ml空气，观察现象 注射器内气体先减少并褪色，后又变为红棕色 2NO + O2＝2NO2 3NO2+H2O=2HNO3+NO 【思考与讨论1.2】NO2与水反应生成硝酸的反应为变价反应，猜想另一种产物是什么？如何设计实验验证？ NO ? N2 ? H2 ? NO2 + H2O → HNO3 + ？ 使学生既掌握了N2→NO→NO2→HNO3的转化路径，又建立起科学探究物质性质的程序模型。提高了学生主动探究及设计实验能力，培养了科学探究与创新意识的学科素养。 任务1.3 自然界中的氮循环 【活动1.3】请同学们仔细阅读氮在自然界中的循环示意图，自主总结自然界中氮固定途径除了雷雨发庄稼还有哪些？ 自然界已有自然固氮，为什么还要进行人工固氮？ 资料卡片：20世纪初期之前，主要依靠自然固氮和施加鸟粪的方式为农作物提供生长所需的氮元素，甚至爆发了多次“鸟粪战争”。科学家很快预测到如果持续发展下去，许多国家将遭遇粮食危机。科学家克鲁克斯提出“氨气可以用来生产氮肥，利用空气中的N2来生产氨气” 体会人工固氮的重大意义，帮助学生建立科学精神与社会责任。 任务1.4 人工固氮 【思考与讨论1.3】：人工固氮：设计路径，如何实现N2→NH3？ 引导学生从化合角度和元素守恒角度选择H2以实现N2→NH3，提高学生的思维能力和解决问题能力。 N2 + 3H2 2NH3 催化剂 高温、高压 资料卡片：1904年，德国化学家哈伯进行合成氨实验，并在1909年设计出一套高温、高压、催化合成氨的实验装置。 氮气化学性质不活泼，其还原性和氧化性很弱 课时2 铵态氮肥的合成及使用 三、教学设计 任务2.1 如何生产铵态氮肥 任务2.2 铵态氮肥的保存和使用 目标分析 教法学法 教学设计 板书设计 教材分析 学情分析 本节课主要有三个课堂任务，任务一 14 任务2.1 如何生产铵态氮肥 氮肥 铵态氮肥（NH4+）：NH3·H2O、NH4Cl、 NH4HCO3、(NH4)2SO4 硝态氮肥（NO3-）：NaNO3、Ca(NO3)2、 NH4NO3 酰胺态氮肥：尿素 (制备方法 2NH3+CO2→(NH2)2CO+H2O) 资料卡片：工业合成的氨气并不能直接被植物吸收所利用，而是将其转化为氮肥的形式施加到土壤，进而被植物吸收所利用，提供植物生长所需要的氮元素。 创设情境，引发学生主动思考。 硝态氮肥 铵态氮肥 ？ ①NH3 → NH3·H2O ②NH3 → NH3·H2O→NH4Cl ③NH3 → NH4Cl 【活动2.1】如何以氨气为原料，将其转化为广泛应用的铵态氮肥？以NH3·H2O和NH4Cl为例设计反应路径。 任务2.1 如何生产铵态氮肥 通过元素守恒、物质类别角度设计NH3→铵态氮肥的转化路径，使“空气‘变’面包”的大情境得以实现。 H2O H2O 酸 酸 N2+H2 NH3 铵态氮肥NH4+ H+ 必备知识整合 【演示实验2.1】氨气与水的喷泉实验。 1、收集一烧瓶的氨气 2、向盛有蒸馏水的烧杯中加入酚酞试剂 3、挤压胶头滴管，使少量的水进入烧瓶，打开止水夹。 【问题组1】 1、产生这种现象的原因？ 2、体现了氨气的哪些性质？ 3、圆底烧瓶内的氨气和烧杯中的水换成其他物质，该装置是否也能引发喷泉实验？ 通过三条反应路径的设计，氨气与水的喷泉演示实验，氨气与氯化氢的发烟演示实验，以及所提出的问题组，深层次探究实验的原理和氨气的性质。培养学生科学探究与创新意识。 任务2.1 如何生产铵态氮肥 氨气与水的反应 必备知识整合 根据元素守恒以及价态，也可以将NH3转化为碱NH3.H2O，碱与酸反应生成铵盐。我们可以选择化合反应，与HCl反应。 【演示实验2.2】氨气与氯化氢的反应。 【问题组2】 1、观察到什么现象？ 2、产生这种现象的原因？ 3、将烧杯中的氯化氢换成硝酸、硫酸是否也会产生同样的现象？ 任务2.1 如何生产铵态氮肥 氨气与酸的反应 通过三条反应路径的设计，氨气与水的喷泉演示实验，氨气与氯化氢的发烟演示实验，以及所提出的问题组，深层次探究实验的原理和氨气的性质。培养学生科学探究与创新意识。 必备知识整合 根据元素守恒以及价态，也可以将NH3转化为碱NH3.H2O，碱与酸反应生成铵盐。我们可以选择化合反应，与HCl反应。 【活动2.2】请同学们打开桌面上的试剂瓶NH4HCO3，扇闻其味道。 1、为什么会闻到这种味道？这是哪种化学物质的味道？刺激性气味，NH3 2、说明NH4HCO3具有什么性质？不稳定性，受热易分解 以问题为引导，引发学生思考，锻炼学生的思维能力 任务2.2 铵态氮肥的保存和使用 NH4HCO3 === NH3↑+ CO2 ↑ + H2O △ 【思考与讨论2.3】NH4+ → NH3的实质是H+被夺走的过程，请同学们思考还有哪些物质可以夺去NH4+ 中的H+？与碱反应 【实验验证】实验室氨气的制备。 2NH4Cl + Ca(OH)2 == 2NH3↑ + CaCl2 + 2H2O 必备知识整合 根据元素守恒以及价态，也可以将NH3转化为碱NH3.H2O，碱与酸反应生成铵盐。我们可以选择化合反应，与HCl反应。 使学生理解化学在生产生活中的简单应用 任务2.2 铵态氮肥的保存和使用 【活动2.3】通过铵盐性质的学习，你能否制作一个铵态氮肥使用小贴士。 例如草木灰K2CO3 必备知识整合 根据元素守恒以及价态，也可以将NH3转化为碱NH3.H2O，碱与酸反应生成铵盐。我们可以选择化合反应，与HCl反应。 课时3 硝态氮肥的合成、农业工业化对氮循环和环境的影响 三、教学设计 任务3.1 如何生产硝态氮肥 任务3.2 农业工业化对氮循环和环境的影响 目标分析 教法学法 教学设计 板书设计 教材分析 学情分析 21 【思考讨论3.1】设计反应路径HNO3 → 硝酸盐NO3-。 任务3.1 如何生产硝态氮肥 【问题组3】 （1）硝酸与金属的反应中，硝酸中可能起到氧化性的元素？其还原产物可能是？ （2）与相同浓度的盐酸相比，硝酸的氧化性如何？ （3）硝酸能否与金属铜反应？ 酸的通性 ①与碱反应 ②碱性氧化物 ③某些盐（复分解反应） ④与金属 ？ 根据酸的通性设计出HNO3 → 硝酸盐NO3-的转化路径，并通过问题组追问硝酸与金属的反应，从而引出【观察思考】的硝酸与铜、铁的实验。培养学生科学探究与创新意识。 必备知识整合 根据元素守恒以及价态，也可以将NH3转化为碱NH3.H2O，碱与酸反应生成铵盐。我们可以选择化合反应，与HCl反应。 实验1取一瓶浓硝酸，打开瓶盖，小心的扇闻浓硝酸的气味。 硝酸的强氧化性 【观察思考】 实验2：在两个试管中各放入一小块铜片，分别加入少量稀硝酸和浓硝酸，观察发生的现象。 实验3：在两个试管中各放入一小块铁片，分别加入少量稀硝酸和浓硝酸，观察发生的现象。 实验 实验现象 实验结论 铜与稀硝酸 铜与浓硝酸 铁与稀硝酸 铁与浓硝酸 发生钝化 反应缓慢，铜片溶解，有少量无色气泡产生，在试管口变为红棕色，溶液变蓝 铜与稀硝酸常温下缓慢反应生成NO气体 反应剧烈，铜片溶解，有大量红棕色气泡产生，溶液变绿 铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成NO2气体 试管中有气泡产生，试管口处看到红棕色气体 铁与稀硝酸常温下可以反应，生成NO气体 无明显现象 常温下，浓硝酸可使铁、铝等金属表面形成致密氧化膜而钝化。用铁质或铝质容器盛放冷的浓硝酸 任务3.1 如何生产硝态氮肥 培养学生科学探究与创新意识。 任务3.1 如何生产硝态氮肥 提高学生解决实际问题能力。 【思考讨论3.2】通过HNO3 → 硝酸盐NO3-制备出了硝态氮肥，但是制备硝酸过程中的第一步N2→NO的放电条件需要消耗大量的能量，经济效益低，对于大规模工业生产十分不利，请同学们思考还有没有其他路径转化生成NO? 氨气的催化氧化 ： 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O 催化剂 NH3 NO NO2 HNO3 O2 O2 H2O 硝态氮肥 NO3- 放电 必备知识整合 根据元素守恒以及价态，也可以将NH3转化为碱NH3.H2O，碱与酸反应生成铵盐。我们可以选择化合反应，与HCl反应。 提高学生的科学态度与社会责任 任务3.2 农业工业化对氮循环和环境的影响 化学合成氮肥 【思考讨论3.3】回顾铵态氮肥和硝态氮肥的反应路径，列举出氮肥在工业生产和使用过程中可能产生的污染物？并指出带来的环境问题有哪些? NO、NO2、NH3、HNO3、NH4+…… ①形成光化学烟雾 ②形成雾霾 ③形成酸雨 ④造成水体富营养化 必备知识整合 根据元素守恒以及价态，也可以将NH3转化为碱NH3.H2O，碱与酸反应生成铵盐。我们可以选择化合反应，与HCl反应。 任务3.2 农业工业化对氮循环和环境的影响 【思考讨论3.4】请同学们基于价类二维图，设计路径从化学角度减少污染物的排放？ NO、NO2、NH3、HNO3、NH4+…… 思路1：转化为无污染的物质，例如N2 思路2：实现污染物的二次利用 NO、NO2 N2 还原剂 NH3 N2 氧化剂 NH3 NH3· H2O H2O SCR脱硝技术 提高学生的科学态度与社会责任 必备知识整合 根据元素守恒以及价态，也可以将NH3转化为碱NH3.H2O，碱与酸反应生成铵盐。我们可以选择化合反应，与HCl反应。 任务3.2 农业工业化对氮循环和环境的影响 提高学生的科学态度与社会责任 善于利用科学技术这把双刃剑，在科学技术发展的同时，坚持人与自然和谐共生，践行习总书记提到的“绿水青山就是金山银山” 必备知识整合 27 总结 通过空气变面包的大情境及价类二维图总结氮及其化合物的转化路径，便于学生形成知识网络。 必备知识整合 学生的已有的知识结构和认知水平是教师授课的依据与出发点。在知识储备方面，1. 初中学习过金属铁的相关知识，对铁的化合物具备基本的掌握。2. 学生已掌握钠及其化合物、氯及其化合物，初步掌握学习元素及其化合物的方法和思路。3. 学生已建立起离子反应、氧化还原反应的基本概念，具备简单化学实验方案的设计能力。在心理特点方面，学生好奇心强，对化学实验比较感兴趣，喜欢探寻新事物。 在学习习惯方面，1. 学生比较习惯于被动接受知识，主动探究和归纳总结能力不足。2. 不能准确利用物质的通性进行思考， 不能自觉从元素化合价预测性质，且实验能力较弱，不能独立开展探究。 28 $