資源簡介

教學設計
課程基本信息
學科 高中化學 年級 高一 學期 春季
課題 氮及其化合物（第一課時）
教科書 書 名：化學必修第二冊 出版社：人民教育出版社
教學目標
宏觀辨識與微觀探析：通過氮氣在日常生活中的用途結合分析氮元素在元素周期表位置，氮原子結構，氮氣分子的結構式來解釋氮氣性質穩定的原因，并根據氮氣中氮化合價角度推斷氮氣可能的化學性質，理解結構與性質的關系，培養宏觀辨識與微觀探析的能力。 證據推理與模型認知：通過實驗探究，結合實驗現象分析和氮價態變化來理解NO與O2、NO2與水反應的實質，并會用化學符號進行描述，發展學生證明推理的核心素養。 變化觀念與模型認知：通過對“價-類”二維圖、氧化還原原理的運用，引導學生構建由N2形成銨鹽、硝酸鹽的轉化路徑，培養學生變化觀念與模型認知的核心素養。 科學精神態度與社會責任感：用此模型來解釋和解決生活中“汽車尾氣形成和無害處理”等具體問題，培養學生可持續發展觀念和綠色化學的意識，培養學生的社會責任感。
教學重難點
教學重點： 1. 氮氣、氮氧化合物的性質以及部分含氮化合物間的轉化過程。
2. 氮的固定方式，氮循環對人類可持續發展的重要意義。
教學難點： 1. 二氧化氮與水反應的反應實質。
2. 落實物質轉化模型去處理其他情境問題的能力。
教學過程
設計思路：用“向空氣要面包”為情境，對教材內容進行重新整合和處理，以“向空氣要面包”為明線，以自然固氮、人工固氮、氮循環為暗線。第一部分讓學生通過感性認知和理性分析來學習氮氣的性質。第二部分通過實驗室模擬放電過程和實驗探究這兩個活動，讓學生明白“雷雨發莊稼”原理，讓學生掌握NO與NO2的轉化原理。第三部分通過學生自主設計氮氣到氮肥的轉化路徑，讓學生在此過程中建構氮的“價-類”二維圖，并學會由原料出發，根據原料和目標產物之間的關系，運用氧化還原原理和物質反應原理設計轉化路徑，構建模型。在此過程中提出合成氨重要性，人工固氮的重要性。第四部分，歸納自然固氮、人工固氮，增加了當前熱點“仿生固氮”，總結氮循環的整個過程。同時提出人參與氮循環也存在一些環境問題，讓學生學以致用，回答尾氣中氮氧化合物是怎樣形成的，如何實現無害化處理。在此過程中強化學生運用知識和模型的能力。最后呼吁學生要守護氮循環的可持續發展。通過這幾個環節，讓學生學生逐步掌握氮的性質、氮的固定、一氧化氮和二氧化氮的性質，落實學生對應的化學核心素養。 環節師生互動設計意圖創設情境，引生入境【圖片展示】利用圖片介紹氮元素在自然界的存在方式——大部分以氮氣分子存在，少部分存在于生物的蛋白質中、以及土壤、海洋中的硝酸鹽和銨鹽 【提問】氮肥的作用？ 【教師講解】充足的氮能使植物枝繁葉茂，促進氨基酸和蛋白質形成。 【總結概念】游離態的氮轉化為化合態的氮這個過程我們稱之為氮的固定。 【教師講解】N2作為空氣中含量最多的氣體，能否利用氮氣這一豐富資源來為人類服務呢？今天讓我們也一起來思考這個問題，如何實現氮的固定？實現向空氣要“面包”的這個目標呢？首先我們要來了解氮氣。將生活實際與學科教學融合，拉進學生與學習對象的距離，激發學生求知欲。 第一層次： 感性認識一 “面包”的原料： 認識氮氣 一、“面包”的原料：認識氮氣 【圖片展示】生活中N2的用途（保護氣、液氮治療） 【提問】從N2用途和存在方式，總結出N2的物理性質 【任務1】結合已學知識，分析N2可能的成鍵方式和化學性質？ 位置結構化學性質位置： 原子結構示意圖 氮氣結構式：氧化性 還原性
【過渡】這兩個反應的反應條件比較高，因此氮分子才能獲得足夠的能量，使得氮氮三鍵斷裂。其實氮氣和氧氣這個反應再自然界就有存在。 結合必修一有關氧化還原的相關知識，從元素價態變化的角度來理解N2與其他物質反應的情況，深化氧化還原反應的核心內容。有助于學生理解新知識。二、“向空氣面包”：自然固氮 【圖片展示】“雷雨發莊稼” ：雷雨天過后，莊稼長勢良好？這是為什么呢？ 【視頻展示】實驗室模擬“雷雨發莊稼”現象。 【過渡】那這個反應過程中生成的紅棕色氣體是什么？帶著這個問題我們繼續學習NO和NO2的性質。 【圖片展示】NO和NO2的物理性質 【實驗探究】NO與氧氣反應，NO2與水反應 【實驗探究】一氧化氮與氧氣反應，二氧化氮與水反應的實質 圖為NO與O2反應 實驗現象：無色氣體變為紅棕色 圖為NO2與水反應 實驗現象：紅棕色氣體變為無色，甲基橙由黃色變為紅色，將產生的無色氣體再注入空氣，變為紅棕色。 【備注】為了驗證NO2與水反應的產物，將教材實驗進行改進，用甲基橙由橙色變為紅色驗證有酸性物質產生，用無色氣體再與空氣反應變為紅棕色驗證產物中有NO。 【任務2】分析實驗 (1)書寫對應化學方程式，分析氮元素的價態變化 無色變紅棕色： 無色變紅棕色，氣體總體積下降： ②設計實驗方案，使得試管中NO2完全轉化為HNO3 【學生】可以將生成的NO再跟氧氣繼續反應。 【教師歸納】諺語“雷雨發莊稼”原理，提出這是自然固氮的一種方式。 【教師講解】自然固氮第二種方式：根瘤菌固氮。豆科植物通過根部根瘤菌的作用，將空氣中的氮固定為氨，為自身提供養分，促進植物生長。提出這兩種方式都可以實現固氮，都是實現向空氣要面包的途徑。采用“雷雨發莊稼”情境，目的是通過學生熟悉的自然現象引發化學問題， 讓氮的化合物與學生見面，激發學生學習興趣，透過實驗現象引發學生深層次的思考， 培養學生的歸納能力和提高學生的證據與推理的能力；落實用化學符號表示化學變化過程的能力。 三、“向空氣面包”：人工固氮 【教師講解】隨著隨著工業時代的到來，世界人口快速增長，人類對糧食需求日益增加。這些向空氣要“面包”的方法已經無法滿足我們的需求了，那我們能否從自然固氮中得到啟示呢？假如你是研究化肥合成的科學家，你會如何設計？ 任務三：利用氮元素“價-類”二維圖，設計由氮氣向銨鹽、硝酸鹽轉化的路徑。 ①將常見含氮物質繪制成“價-類”二維圖 【圖片展示】 ②根據轉化方向畫出轉化路徑 N2→ NH4+ N2 → NO3- 【圖片展示】不同學生的方案 【學生設計】①N價升：N2-NO-NO2-HNO3-NO3- ②N價降：N2-NH3-NH4+ 【模型建構】原料目標產物 理論轉化：N2→NH3→NH4+ N2 →NO→NO2→HNO3→KNO3 【教師引導】分析方案設計的可能性與存在的實際問題。【教師講解】N2與O2生成NO，需要較高能量，無法實現工業化生產，N2與H2合成NH3也是當時科學難題。而哈伯經過反復實驗合成NH3并使之具備工業化生產可能性。 實際生產： 【教師引導】提出合成氨的概念以及帶來的重大影響。 【教師歸納】自然固氮、人工固氮區別和意義 【教師講解】通過自然固氮使得農作物的產量和質量得以提高，讓空氣要成“面包”成為可能。而人類是偉大的，人類主動實現氮的固定，將N2合成氨氣，而合成氨工業的成功，讓人類實現了向空氣要更多更好面包的愿望。此外，目前科學家根據根瘤菌的固氮原理，用化學方法模擬生物固氮，實現在常溫常壓的溫和條件下固定空氣中的氮。人為實現合成氨和仿生固氮這些行為都氮的循環提供了一種新的可能。 通過分析認識研究對象的本質特征及其相互關系建立模型，從而有利于學生進行模型遷移利用。讓學生了解理想的設計與工業的生產有所區別的，提高學生嚴謹的科學態度和辯證分析問題的能力。 第二層次：理性分析、簡單運用 四、氮循環 【宏觀辨析】同學們，通過這節課的學習，能否闡述自然界中如何實現氮的循環？ 【學生活動】小組討論發言 【教師歸納】對學生的發言進行補充。 【過渡】人類在參與氮循環過程中，也會對環境產生一定的影響。 任務四：汽車尾氣中含有CO、NO、NO2等污染物，思考尾氣NxOy如何形成，如何利用氮元素的“價-類”二維圖實現氮的無害化處理？ 【學生活動】分組討論 【學生發言】學生代表闡述想法 【教師講解】其實汽車尾氣就是利用三元轉化器，將尾氣中的CO與氮氧化合物發生反應，生成無害的CO2和N2 【圖片展示】 【教師總結】氮循環是自然界中一種重要的循環，對生態系統的調節起著重要的作用，為了促進氮的良性循環，我們要注意維護生態平衡，保護森林，植樹綠化，合理使用含氮肥料以免污染土壤和水體，落實科學發展觀，由你我做起！通過氮循環的講解，將本節課重點內容進行歸納總結。 通過任務四強化學生利用本節課部分含氮物質轉化途徑和“價-類”二維圖去解決生活實際問題的能力。同時加強學生可持續發展意識和落實綠色化學觀念。 第三層次： 提升理念 內化素養
板書設計： 向空氣要“面包”，感受科學的力量

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