资源简介

教学设计
课程基本信息
学科 高中化学 年级 高一 学期 春季
课题 氮及其化合物（第一课时）
教科书 书 名：化学必修第二册 出版社：人民教育出版社
教学目标
宏观辨识与微观探析：通过氮气在日常生活中的用途结合分析氮元素在元素周期表位置，氮原子结构，氮气分子的结构式来解释氮气性质稳定的原因，并根据氮气中氮化合价角度推断氮气可能的化学性质，理解结构与性质的关系，培养宏观辨识与微观探析的能力。 证据推理与模型认知：通过实验探究，结合实验现象分析和氮价态变化来理解NO与O2、NO2与水反应的实质，并会用化学符号进行描述，发展学生证明推理的核心素养。 变化观念与模型认知：通过对“价-类”二维图、氧化还原原理的运用，引导学生构建由N2形成铵盐、硝酸盐的转化路径，培养学生变化观念与模型认知的核心素养。 科学精神态度与社会责任感：用此模型来解释和解决生活中“汽车尾气形成和无害处理”等具体问题，培养学生可持续发展观念和绿色化学的意识，培养学生的社会责任感。
教学重难点
教学重点： 1. 氮气、氮氧化合物的性质以及部分含氮化合物间的转化过程。
2. 氮的固定方式，氮循环对人类可持续发展的重要意义。
教学难点： 1. 二氧化氮与水反应的反应实质。
2. 落实物质转化模型去处理其他情境问题的能力。
教学过程
设计思路：用“向空气要面包”为情境，对教材内容进行重新整合和处理，以“向空气要面包”为明线，以自然固氮、人工固氮、氮循环为暗线。第一部分让学生通过感性认知和理性分析来学习氮气的性质。第二部分通过实验室模拟放电过程和实验探究这两个活动，让学生明白“雷雨发庄稼”原理，让学生掌握NO与NO2的转化原理。第三部分通过学生自主设计氮气到氮肥的转化路径，让学生在此过程中建构氮的“价-类”二维图，并学会由原料出发，根据原料和目标产物之间的关系，运用氧化还原原理和物质反应原理设计转化路径，构建模型。在此过程中提出合成氨重要性，人工固氮的重要性。第四部分，归纳自然固氮、人工固氮，增加了当前热点“仿生固氮”，总结氮循环的整个过程。同时提出人参与氮循环也存在一些环境问题，让学生学以致用，回答尾气中氮氧化合物是怎样形成的，如何实现无害化处理。在此过程中强化学生运用知识和模型的能力。最后呼吁学生要守护氮循环的可持续发展。通过这几个环节，让学生学生逐步掌握氮的性质、氮的固定、一氧化氮和二氧化氮的性质，落实学生对应的化学核心素养。 环节师生互动设计意图创设情境，引生入境【图片展示】利用图片介绍氮元素在自然界的存在方式——大部分以氮气分子存在，少部分存在于生物的蛋白质中、以及土壤、海洋中的硝酸盐和铵盐 【提问】氮肥的作用？ 【教师讲解】充足的氮能使植物枝繁叶茂，促进氨基酸和蛋白质形成。 【总结概念】游离态的氮转化为化合态的氮这个过程我们称之为氮的固定。 【教师讲解】N2作为空气中含量最多的气体，能否利用氮气这一丰富资源来为人类服务呢？今天让我们也一起来思考这个问题，如何实现氮的固定？实现向空气要“面包”的这个目标呢？首先我们要来了解氮气。将生活实际与学科教学融合，拉进学生与学习对象的距离，激发学生求知欲。 第一层次： 感性认识一 “面包”的原料： 认识氮气 一、“面包”的原料：认识氮气 【图片展示】生活中N2的用途（保护气、液氮治疗） 【提问】从N2用途和存在方式，总结出N2的物理性质 【任务1】结合已学知识，分析N2可能的成键方式和化学性质？ 位置结构化学性质位置： 原子结构示意图 氮气结构式：氧化性 还原性
【过渡】这两个反应的反应条件比较高，因此氮分子才能获得足够的能量，使得氮氮三键断裂。其实氮气和氧气这个反应再自然界就有存在。 结合必修一有关氧化还原的相关知识，从元素价态变化的角度来理解N2与其他物质反应的情况，深化氧化还原反应的核心内容。有助于学生理解新知识。二、“向空气面包”：自然固氮 【图片展示】“雷雨发庄稼” ：雷雨天过后，庄稼长势良好？这是为什么呢？ 【视频展示】实验室模拟“雷雨发庄稼”现象。 【过渡】那这个反应过程中生成的红棕色气体是什么？带着这个问题我们继续学习NO和NO2的性质。 【图片展示】NO和NO2的物理性质 【实验探究】NO与氧气反应，NO2与水反应 【实验探究】一氧化氮与氧气反应，二氧化氮与水反应的实质 图为NO与O2反应 实验现象：无色气体变为红棕色 图为NO2与水反应 实验现象：红棕色气体变为无色，甲基橙由黄色变为红色，将产生的无色气体再注入空气，变为红棕色。 【备注】为了验证NO2与水反应的产物，将教材实验进行改进，用甲基橙由橙色变为红色验证有酸性物质产生，用无色气体再与空气反应变为红棕色验证产物中有NO。 【任务2】分析实验 (1)书写对应化学方程式，分析氮元素的价态变化 无色变红棕色： 无色变红棕色，气体总体积下降： ②设计实验方案，使得试管中NO2完全转化为HNO3 【学生】可以将生成的NO再跟氧气继续反应。 【教师归纳】谚语“雷雨发庄稼”原理，提出这是自然固氮的一种方式。 【教师讲解】自然固氮第二种方式：根瘤菌固氮。豆科植物通过根部根瘤菌的作用，将空气中的氮固定为氨，为自身提供养分，促进植物生长。提出这两种方式都可以实现固氮，都是实现向空气要面包的途径。采用“雷雨发庄稼”情境，目的是通过学生熟悉的自然现象引发化学问题， 让氮的化合物与学生见面，激发学生学习兴趣，透过实验现象引发学生深层次的思考， 培养学生的归纳能力和提高学生的证据与推理的能力；落实用化学符号表示化学变化过程的能力。 三、“向空气面包”：人工固氮 【教师讲解】随着随着工业时代的到来，世界人口快速增长，人类对粮食需求日益增加。这些向空气要“面包”的方法已经无法满足我们的需求了，那我们能否从自然固氮中得到启示呢？假如你是研究化肥合成的科学家，你会如何设计？ 任务三：利用氮元素“价-类”二维图，设计由氮气向铵盐、硝酸盐转化的路径。 ①将常见含氮物质绘制成“价-类”二维图 【图片展示】 ②根据转化方向画出转化路径 N2→ NH4+ N2 → NO3- 【图片展示】不同学生的方案 【学生设计】①N价升：N2-NO-NO2-HNO3-NO3- ②N价降：N2-NH3-NH4+ 【模型建构】原料目标产物 理论转化：N2→NH3→NH4+ N2 →NO→NO2→HNO3→KNO3 【教师引导】分析方案设计的可能性与存在的实际问题。【教师讲解】N2与O2生成NO，需要较高能量，无法实现工业化生产，N2与H2合成NH3也是当时科学难题。而哈伯经过反复实验合成NH3并使之具备工业化生产可能性。 实际生产： 【教师引导】提出合成氨的概念以及带来的重大影响。 【教师归纳】自然固氮、人工固氮区别和意义 【教师讲解】通过自然固氮使得农作物的产量和质量得以提高，让空气要成“面包”成为可能。而人类是伟大的，人类主动实现氮的固定，将N2合成氨气，而合成氨工业的成功，让人类实现了向空气要更多更好面包的愿望。此外，目前科学家根据根瘤菌的固氮原理，用化学方法模拟生物固氮，实现在常温常压的温和条件下固定空气中的氮。人为实现合成氨和仿生固氮这些行为都氮的循环提供了一种新的可能。 通过分析认识研究对象的本质特征及其相互关系建立模型，从而有利于学生进行模型迁移利用。让学生了解理想的设计与工业的生产有所区别的，提高学生严谨的科学态度和辩证分析问题的能力。 第二层次：理性分析、简单运用 四、氮循环 【宏观辨析】同学们，通过这节课的学习，能否阐述自然界中如何实现氮的循环？ 【学生活动】小组讨论发言 【教师归纳】对学生的发言进行补充。 【过渡】人类在参与氮循环过程中，也会对环境产生一定的影响。 任务四：汽车尾气中含有CO、NO、NO2等污染物，思考尾气NxOy如何形成，如何利用氮元素的“价-类”二维图实现氮的无害化处理？ 【学生活动】分组讨论 【学生发言】学生代表阐述想法 【教师讲解】其实汽车尾气就是利用三元转化器，将尾气中的CO与氮氧化合物发生反应，生成无害的CO2和N2 【图片展示】 【教师总结】氮循环是自然界中一种重要的循环，对生态系统的调节起着重要的作用，为了促进氮的良性循环，我们要注意维护生态平衡，保护森林，植树绿化，合理使用含氮肥料以免污染土壤和水体，落实科学发展观，由你我做起！通过氮循环的讲解，将本节课重点内容进行归纳总结。 通过任务四强化学生利用本节课部分含氮物质转化途径和“价-类”二维图去解决生活实际问题的能力。同时加强学生可持续发展意识和落实绿色化学观念。 第三层次： 提升理念 内化素养
板书设计： 向空气要“面包”，感受科学的力量

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