資源簡介

《氮氣與氮的固定 一氧化氮和二氧化氮》教學設計
《普通高中化學課程標準(2017版2020年修訂版)》必修課程主題2：常見的無機物及其應用對氮氣及其化合物這一節的要求：結合真實情境中的應用實例或通過實驗探究，了解氮及其重要化合物的主要性質，認識這些物質在生產中的應用和對生態環境的影響；主題5：化學與社會發展要求通過工業合成氨等實例了解化學科學在自然資源與能源綜合利用方面的重要價值，認識物質及其變化對環境的影響，依據物質的性質及其變化認識 環境污染的成因、主要危害及其防治措施。
本節課程通過氮氣及其固定、氮氧化物及其轉化認識非金屬及其化合物的多樣性，了解通過化學反應可以探索物質性質、實現物質轉化，認識物質及其轉化在自然資源綜合利用和環境保護中的重要價值。為培養學生的“宏觀辨識與微觀探析”、“變化觀念與平衡思想”、“科學態度與社會責任”等學科核心素養 的發展提供有力保障。
本節課位于新教材第五章化工生產中的重要非金屬元素第二節“氮及其化合物”，舊教材本節課位于必修一第四章非金屬及其化合物的第三節“氮和硫的氧化物”，本節內容放在了化學元素周期律之后，意味這學生可以根據周期律的相關知識根據氮原子的結構推測元素的性質；新教材的對章節的劃分以實際應用為依據,而舊教材以化學分類思想為依據, 新教材更加注重學科知識的實際應用價值，可以創設貼近生活問題的真實情景引導學生解決問題；此外氮的氧化物的性質探究實驗課本上給出的實驗裝置更加簡單，使學生通過觀察實驗現象推測其性質。總體而言新教材的優化更有利于學生核心素養的發展。
二、學情分析
已有基礎：
學生在初中化學中已經學習過空氣中的氮氣，掌握氮氣的基本性質；在必修一中學習了元素周期律和氧化還原反應，具備一定的根據原子結構預測金屬單質基本性質的能力；并且通過氯、硫及其化合物的學習，學習了使用價類二維圖作為元素化合物的學習模型和工作，從物質類別和化合價轉化的角度學習及其化合物的轉化。
現需內容：
1．根據自然界中的氮循環繪制氮元素的價類二維圖；
2．根據氮的化合價以及氮氣的結構分析預測物質的性質；
3. 自然界中氮循環的途徑、形式及所涉及的物質；
4. 通過實驗探究總結和歸納NO和NO2的性質；
素養目標
【教學目標】
1. 從價類二維的角度認識元素化合物。
2．通過分析氮的原子結構，推斷含氮物質可能具有的化學特性，理解結構與性質的關系。
3. 通過實驗探究，了解一氧化氮與氧氣反應、二氧化氮與水反應等性質，感受化學反應變化的奇妙。
4. 將氮的相關知識與生產、生活相結合，分析化學科學在保障人類生產生存等方面的價值和貢獻。
【評價目標】
1．通過氮循環圖歸納氮的價類二維圖，診斷并發展學生對物質分類和氧化還原的角度學習元素化合物和物質間轉化關系的能力。
2. 原子結構預測物質性質的討論，診斷并發展學生對元素周期律的理解和認識，進一步診斷學生“結構決定性質”的化學思維。
3．通過對氮氧化物的性質和轉化實驗，診斷并發展學生的觀察、分析推理能力以及概念歸納能力。
4．通過對氮的固定的學習以及應用，診斷并發展學生對化學學科價值的認識。
四、教學重點、難點
1．教學重點：氮及其重要化合物的性質與互相轉化
2. 教學難點：二氧化氮的化學性質
五、教學方法
1．講授法
2．實驗演示法
3．歸納法
六、教學設計思路
類比是促進學生在已有觀念的基礎上建構新觀念或更高層次觀念的有效方法。元素化合物的學習過程是對化學核心觀念中分類觀的一個闡釋，學生在 Na、Cl、S等元素化合物的學習中使用的價類二維圖是元素及其化合物相關性質的重要模型和工具，因此本節計劃讓學生根據“自然界中氮元素的循環圖”繪制簡單的氮元素的價類二維圖進而從物質分類和氧化還原的角度學習本節內容，[環節1：價類二維，預測性質] 展示自然界中氮元素循環圖，讓學生繪制氮元素的價類二維圖，隨后展示一張參考圖，根據氮元素的價類二維圖引導學生從物質分類和氧化還原的分析預測氮及其化合可能具有的性質；[環節2：微觀探析，“位-構-性”] 位置決定結構，結構決定性質，通過氮原子的位置分析微觀結構進而預測分析氮元素以及氮氣的性質，進而引出固氮的定義和氮循環，讓學生從結構的角度預測性質；[環節3：實驗探究，能力評價]通過一氧化氮和二氧化氮的性質與轉化實驗總結歸納二者的性質，并且驗證之間的預測；[活動4：應用擴展，歸納總結]以“雷雨豐莊稼”的原理，梳理氮元素及其化合物的性質，并結合本次人口統計結果和中國耕地面積數據作為對比，展示化工工業對于國家糧食安全的重要性，提高學生對于化學學科對于生產生活中的價值和作用。
七、教學流程
八、教學過程
環節 教師活動 學生活動
環節一： 價類二維，預測性質 同學們，氮元素是一種我們人體所需的常量元素，是組成蛋白質，DNA的重要元素，老師這里有一張自然界中的氮循環的示意圖，這里涉及了很多含氮物質，請同學用三分鐘的時間尋找出圖中所涉及的氮元素，請同學們結合圖像尋找還有那些新的含氮物質。（分析觀察圖像，尋找信息）請大家結合圖中的含氮物質和元素化合物常用的價類二維圖來繪制氮元素的價類二維圖。 回憶學習過的含氮化合物，根據老師的提示進行思考，并回答知道的含氮物質有哪些。 觀察自然界中的氮循環圖，尋找列舉新的含氮物質有哪些。 繪制氮元素的價類二維圖。
講解氮元素的價類二維圖，首先從物質分類的角度，我們可以將含氮化合物分為氫化物、單質、氧化物、酸、堿和鹽，將物質進行分類，可以幫助我們預測物質的性質，硝酸和亞硝酸作為酸，具有一定酸的通性，一水合氨作為堿，具有堿的通性；從化合價的角度，含氮物質的氮元素的化合價比較多，從氧化還原的角度，元素的最高價只具有氧化性，元素的最低價只有還原性，元素的中間價態極有氧化性又有還原性；因此氨氣中的氮為氮元素的最低價，可以推測氨氣具有一定的還原性，硝酸中的氮為最高價，硝酸具有氧化性，氮氣、一氧化氮和二氧化氮中的氮元素為中間價態，因而可以推測他們既有氧化性又有還原性，通常極有氧化性又有還原性的物質，只以某一性質為主。元素的價類二維圖是一種元素化合物學習常用的方法，可以幫助我們從宏觀的角度來預測化合物的性質。 根據氮元素的價類二維圖，分析元素化合物的性質
我們再重新回到氮元素的循環圖中，大氣中的氮元素可以經過一系列的轉化，最終又可以回到大氣中，那么大氣中主要的含氮物質是什么呢？學生回答氮氣，那么氮氣可以通過哪些途徑轉化為化合態的氮氣？結合書本上的自然界中的循環圖，給大家2分鐘的思考時間。這里我們可以發現大氣中的氮氣可以通過雷電作用、人工合成氨、根瘤菌固氮將大氣中游離態的氮轉化為化合態，這個過程是氮的固定。 從自然界中的氮循環中，尋找氮循環的途徑，從而理解氮的固定。
板書氮的固定，講解氮的固定的定義 ：將游離態的氮轉化為氮的化合物的過程；氮的固定在我們的生活中非常的常見，比如說雷雨天，空氣中的氮氣與氧氣在雷電的作用下生成一氧化氮，豆科植物的根部存在根瘤菌，能夠將氮氣轉化為氨；除此以外，人工合成氨也可以將氮氣轉化為氨氣，人工合成氨對人類具有重要意義，是化肥生產的第一步，此外科學家還根據根瘤菌固氮的機理尋找新的固氮方法，這種方法叫做仿生固氮。因此，我們可以將氮的固定分為人工固氮和自然固氮，自然固氮又可以分為雷雨固氮和根瘤菌固氮，其原理分別為：寫出反應方程式；人工固氮分為合成氨和仿生固氮。 學習氮的固定，了解氮的固定對人類生產生活中的重要性。
環節二： 微觀探析，“位-構-性” 同學們有沒有想過這樣一個問題，為什么大氣中這么多的氮氣，動植物不能像利用空氣中的氧氣通過呼吸作用直接利用氮氣呢？帶著這個問題我們一起來學習今天的第二個內容：氮氣。要想解釋這個問題，要從氮氣的性質入手。 思考：動植物無法通過呼吸作用直接利用氮氣的原因。
在化學的學習中，我們最常用的化學思想就是“結構決定性質”，結合上學期的元素周期律的相關內容，我們先從氮原子的位置和結構預測氮元素的性質。氮原子位于元素周期表的 第二周期第ⅤA族，因而氮原子最外層有5個電子，那給同學們2分鐘時間思考判斷一下它的非金屬的強弱、價態等。（引導學生從原子結構預測性質）。從結構決定性質的角度思考：氮原子的非金屬性強于碳元素，弱于氧，大于磷，因此我們可以預測，硝酸的酸性強于碳酸和磷酸；氮元素在自然界中的存在形式既有游離態又有化合態，游離態主要以氨氣分子形式存在，化合態主要以硝酸鹽、銨鹽和蛋白質的形式存在。 學生在老師的引導下，從結構的角度去預測性質，比較氮元素的非金屬與周圍元素的比較，價態，以及存在形式。
同學自行書寫氮氣的電子式和結構；（診斷評價學生以往知識水平）；書寫并講解氮氣的電子式和結構簡式，氮與氮原子之間以三個公用電子三鍵是一種非常穩定的化學鍵，很難斷裂因而化學性質穩定；從化合價的角度判斷氮氣的化學性質，氮氣中氮原子的化合價為0，既可以升價，又可以降價，因為既具有氧化性又具有還原性。 氮氣的氧化性：與鎂反應，與氫氣反應；介紹人工合成氨實驗 氮氣的還原性：與氧氣反應。（結構決定性質） 回顧氮氣基本性質，書寫電子式和結構，從結構的角度預測和學習元素性質。
環節三： 實驗探究，能力評價 氮氮三鍵的結構使得氮氣很難被生物體所吸收，因此需要通過多種固氮方式將游離態的氮轉化為化合態。在自然界的氮循環中，通過雷電作用生成的一氧化氮進而被轉化為硝酸鹽被植物所吸收，那么一氧化氮是如何轉化為硝酸鹽呢？一氧化氮具有那些性質呢 我們一起通過實驗來探究一下。 引出一氧化氮性質探究
通過玻璃注射器探究、一氧化氮氣體進行一氧化氮和二氧化氮的轉化的實驗探究，請同學們觀察記錄實驗現象（學生的觀察和分析能力），歸納一氧化氮和二氧化氮的物理性質和化學性質。首先準備50毫升的玻璃注射器，吸入20毫升NO，讓學生觀察實驗現象，在吸入5毫升蒸餾水，觀察實驗現象，振蕩試管，觀察實驗現象：無明顯現象，因此我們可以發現一氧化氮是一種無色氣體，不溶于水。 觀察實驗過程，歸納一氧化氮的性質。
接下來，我們繼續來探究一氧化氮能否和空氣反應，觀看視頻：打開彈簧夾，迅速通入10毫升的空氣，我們可以看到隨著空氣的進入，無色氣體逐漸變為紅棕色，振蕩注射器，試管內重新變為無色。提問：同學們，大家這個想一下，這個過程中發生的反應可能是什么呢，生成的產物可能是什么，為什么有色物質又消失了？講解：一氧化氮與空氣中的氧氣反應生成了二氧化氮，二氧化氮是一種紅棕色的氣體，二氧化氮能夠溶于水，并且能夠和水反應，生成了新的物質，從化合價升降的角度我們可以預測一下，生成為硝酸，另外一種產物為一氧化氮。 總結：一氧化氮和二氧化氮的性質。 學生觀看實驗，思考化學反應的現象與原因是什么呢？
一氧化氮：是一種無色、無味、不溶于水的有毒氣體，能與氧氣反應生成二氧化氮，書寫方程式；二氧化氮是紅棕色，有毒有刺激性能與水反應的氣體，與水反應的化學方程式；因此一氧化氮和二氧化氮可以相互轉化。 學習一氧化氮與二氧化氮的化學性質。
環節四： 歸納總結，應用擴展 歸納梳理本節課程的內容體系，復習鞏固本節知識（根據價類二維首尾呼應，從宏觀的角度理解和學習氮及其化合物）；并通過雷雨豐莊稼這則諺語，讓學生理解單的轉化關系，以及化工工業在中國糧食安全中的價值與意義。（通過實際應用提升學生的學習興趣，并引導學生認識化學學科的意義與價值） 思考，梳理課堂內容。
板書設計
氮氣與氮的固定、一氧化氮和二氧化氮
一、氮的固定：
1.定義：將游離態的氮轉化為氮的化合物
2.分類：1.自然固氮2.人工固氮
二、氮氣
1.電子式： 結構式：N≡N
氧化性： 與金屬鎂：
與氫氣反應：
還原性：與氧氣反應：
三、一氧化氮和二氧化氮
1.物理性質：
NO：無色、有毒、無味、不溶于水
NO2：紅棕色、有毒、刺激性氣味、溶于水、密度大于空氣
2.化學性質：
NO：
NO2：
十、課堂測評
1.下列各組氣體均有顏色的是(　　)
A. O2 、N2 B.Cl2 、NO2 C.NH3 、Br2 D.NO 、O3
2.下列關于性質的敘述中錯誤的是(　　)
A.氮氣是一種惰性氣體，因此任何物質都不能在氮氣燃燒
B.一氧化氮是無色氣體，二氧化氮是紅棕色氣體
C.根瘤菌固氮是將氮氣轉化為-3價的含氮物質
D.氮氣與氧氣在任何條件下反應都不能直接生成二氧化氮
3.通過如下實驗裝置可以探究一氧化氮與二氧化氮的性質，玻璃注射器中有20mL的NO氣體和5mL的蒸餾水：
(1)打開止水夾吸入空氣后，預測出現的實驗現象___________________；隨后充分震蕩試管___________________；如果為了使注射器中的NO充分轉化，應采取的措施是___________________。
(2)上述實驗對工業上生產硝酸的啟示是________________________。
4.對3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反應的下列說法正確的是
A.氧化劑與還原劑的質量比為1∶2
B.氧化產物與還原產物的物質的量之比為1∶2
C.NO2是氧化劑，H2O是還原劑
D.在反應中若有6 mol NO2參與反應時，有3 mol電子發生轉移
5.將12mol NO2溶于水充分反應后，轉移的電子數為（ ）
A. 4mol B. 8mol C. 12mol D. 24mol
題號（參考答案） 1（B） 2-（A） 3-（1）（氣體變為紅棕色；紅棕色消失，氣體變為無色；沖入足量的空氣） 3-（1）（提高氧氣含量）
質量水平 L1 L1 L1 L1 L1 L2 L3 L2 L3
SOLO U U M U U M M U M
題號（參考答案） 4-（B） 5-（C）
質量水平 L3 L2 L2 L4 L2 L4 L3 L2
SOLO M R M R R R R M
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