54化学肥料的主角第一课时教学设计.docx

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54化学肥料的主角第一课时教学设计

资源信息表

标题：

化学肥料的主角（第一课时教学设计）

关键词：

氮的固定，氮气的结构、性质、用途

描述：

本课时主要讨论了氮的固定及过程。

在这一过程，通过对“固氮”困难的原因的探究，进一步掌握氮气的结构、性质，并推测出氮气的用途。

从而使学生体会化学学习中，对物质的研究往往从结构角度入手分析，建立结构决定性质、性质影响用途的观念。

同时，在教师的启发下，养成有目的地思考，主动地获取知识，逐步学会分析问题，解决问题的方法。

学科：

化学高中一年级第二学期（试用本）>上科版>第五章>第四节>第一课时

作者：

李孔敏

单位：

上海市松江二中

地址：

上海市松江区中山东路250号

Email:

Likongmin021@

5.4化学肥料的主角（共三课时）

第1课时氮气和氮的固定

[设计思想]

氮元素在自然界的循环中起着重要的作用。

近些年来，人类活动对氮元素在自然界中循环的影响也越来越大。

氮元素在自然界的循环又是具体的物质循环。

让学生了解氮元素在自然界的循环，了解化学物质、化学反应在自然界循环中重要作用，了解化学物质、化学反应对人类生产生活的重要意义，可以使学生在掌握基本的化学知识的同时培养学生对化学的兴趣，建立可持续发展的观念，体会化学对人类、社会发展所起的重要作用。

因此，本节第一课时以“氮气和氮的固定”作为课题，重点介绍三种固氮方法，通过探究“固氮”困难的原因，掌握氮气的结构和性质。

在探究过程中，培养学生利用氧化还原思想分析解决问题的能力和探究解决问题的科学方法。

一.教学目标

1．知识与技能

（1）化学肥料的三要素及施用的基本原则（A）

（2）固氮的途径，大气固氮和工业固氮的原理（B）

（3）氮气的性质、用途（B）

（4）氮分子结构及与其性质的关系（B）

2．过程与方法

通过对固氮原理、方法的学习，增强学生利用已有知识（氧化还原反应）分析解决问题的能力,认识通过实验探究解决问题的科学方法。

3．情感态度与价值观

懂得氮元素固定的意义，从中体会化学对社会生活的重要意义。

二．教学重点和难点

氮气的化学性质，氮分子结构对氮气性质的影响。

三．教学用品

多媒体。

四．教学流程

1．流程图

2．流程说明

1图片引入：

展示：

缺氮的棉花、缺磷小麦与正常小麦、缺钾的大豆和甘蓝图片。

2利用材料创设情境，提出问题：

在新疆与青海交界处有一山谷，人称“魔鬼谷”。

经常电闪雷鸣，狂风暴雨，把人畜击毙。

然而谷内却是牧草茂盛，四季常青。

这是为什么？

五．教学案例

1．教学过程

教学过程

教学活动

学生活动

说明

教学引入

[图片引入]展示：

缺氮的棉花、缺磷小麦与正常小麦、缺钾的大豆和甘蓝图片。

[讲述]简介化学肥料的重要性，引出化学肥料的三要素。

仔细倾听，引发好奇心，产生学习兴趣。

设置情景，激发学生的求知欲。

简介化学肥料

[板书]4.3化学肥料的主角

[投影]化学肥料三要素：

氮——氮肥：

铵态氮肥（NH4HCO3、NH4NO3、（NH4）2SO4）

硝态氮肥（KNO3、NH4NO3）

有机氮肥（NH2）2CO尿素

磷——磷肥：

普钙

钾——钾肥：

草木灰

[引导阅读]阅读课本P29页下-P30页上的内容，了解化学肥料的施用原则（适时、适地、适量）。

[材料转引]在新疆与青海交界处有一山谷，人称“魔鬼谷”。

经常电闪雷鸣，狂风暴雨，把人畜击毙。

然而谷内却是牧草茂盛，四季常青。

这是为什么？

[追问]那么雷雨为什么可以产生肥料？

它的成分又是什么？

本节课，就让我们带着这些问题进入“氮气和氮的固定”的学习。

学生讨论得出：

该现象正如一句农谚“雷雨发庄稼”，雷雨可以产生肥料。

氮的固定

[板书]一、氮气和氮的固定

[讲解]我们知道对于植物的生长来说：

氮是不可缺少的营养元素，每年全世界的植物要从土壤中吸收大量的氮元素。

虽然空气中就有很多氮气，但遗憾的是绝大部分植物都无法直接吸收以游离态存在的氮元素，而只能吸收以化合态形式存在的氮元素。

这就需要将游离态的氮转变成氮的化合物，我们将这个过程称为“氮的固定”，简称固氮。

[板书]氮的固定：

将大气中游离态的氮转变成氮的化合物，这个过程称为“氮的固定”，简称固氮。

[引导思考]请同学们思考：

含氮元素的化合物通常是以NO3-或NH3,NH4+的形式被植物吸收，将氮元素从游离态转变为化合态，以化学反应类型的角度来分析，这个过程应属于什么反应？

氮气表现出怎样的性质呢？

倾听，感悟。

师生共同小结：

从以上的分析我们可以看出:

N2中N元素处于0价，所以N2应该既具有氧化性，又具有还原性.固氮的过程正是利用了N2这样的性质,可以分别通过氮气被氧化或被还原这两条途径来实现。

了解什么是氮元素的固定，“固氮”的重要意义,激发学习兴趣，明确学习的内容。

使学生初步建立起利用氧化还原原理进行固氮的思想。

大气固氮

[板书]1、大气固氮——雷电固氮

反应原理：

[过渡]全世界每年的雷电固氮量大约有4——5亿吨.但遗憾的是由于时间或者地域的局限,这些氮元素不可能按照植物的需要及时地被吸收,那么除了N2被氧化的过程,是否可以通过其他途径来实现固氮呢？

[讲解]研究表明:

氮气和氢气能够在高温、高压、催化剂的条件下合成氨，这是一个可逆反应。

仔细倾听并思考。

进一步使学生认识到固氮的重要意义。

工业固氮

[板书]2、工业固氮：

[讲解]与自然界本身存在的雷电固氮不同，合成氨是通过人工方式进行的固氮。

产生的NH3大部分用于化肥的生产，而正是由于化肥的使用才使人类真正摆脱了靠天吃饭的束缚，使每亩地的粮食产量大幅度提高，这样地球才能够养活50多亿人口。

倾听，领悟，惊奇。

氮气的结构和性质

[过渡]以上我们从氮气被氧化、被还原这两条途径认识了固氮的两种过程。

大家是否注意到，氮元素由游离态向化合态的转变都需要非常严格的条件。

为什么固氮的过程如此困难呢？

[讲解]（在学生讨论的基础上,教师可以通过数字比较说明氮分子很稳定）科学证明：

拆开1mol

需要945.8kJ能量,拆开1molCl—Cl键只需要247kJ的能量，所以N2很稳定，只有在一定条件下才能和其他物质反应。

[板书]　　▲　　氮气

1.氮分子的结构：

化学式电子式结构式

2、氮气的性质

（1）跟氢气的反应（合成氨）

（2）跟氧气的反应

（3）跟某些金属的反应

[过渡]氮气结构的稳定导致了固氮的困难，就在人类耗费大量精力和能源合成化肥的同时，科学家们却惊奇地发现：

实际上氮气被还原为铵盐的过程自然界早已存在，而且在常温常压下就能进行。

大家听说过“生物固氮”吗？

学生小组讨论：

结合氮分子的结构，分析为什么固氮的过程非常困难。

思考、讨论并小结：

N2性质上的稳定是由于其分子结构稳定引起的。

进一步使学生树立结构决定性质的观点

生物固氮

[板书]（接“2、工业固氮”）3、生物固氮

[讲解]大豆,蚕豆等豆科作物根部的根瘤菌中存在固氮酶,能在常温常压下把空气中的氮气转变为氨。

与合成氨相比，生物固氮的优越性是不言而喻的.模拟生物固氮正是目前科学研究的前沿。

有兴趣的同学可以课下查阅资料，进一步做了解。

阅读课本P98页内容，并寻找答案。

学生感悟：

由自然的雷电固氮到人工合成氨固氮是人类科学研究并改造自然界的结果，而人类科学研究的极限往往是回归自然——仿生固氮。

了解“生物固氮”的原理,使学生进一步体会自然界的神奇,激发学生探求真理的热情。

氮气的用途

[转引]这节课我们讨论了氮的固定的过程，而这一过程的研究也是对氮气结构、性质的学习。

由于氮在结构上存在氮氮间的共价三键所以在常温下很稳定。

但在一定条件，氮气也可与氧气、氢气反应，实现被氧化和被还原的固氮过程。

你知道或者你能推测出氮气具有哪些用途吗？

[投影练习]下列氮气的用途是利用了氮气的哪些性质?

（1）氮气用来代替稀有气体作焊接金属时的保护气。

（2）用充氮包装技术保鲜水果等食品。

（3）医学上用液氮保存待移植的活性器官。

（4）用氮气生产氮肥。

[小结]氮气用途：

合成氨、制硝酸、制氮肥、炸药；用作灯丝、金属、粮食、水果等农副产品的保护气；医学上用液氮作冷冻剂；在高科技领域中常用于制造低温环境等。

分析思考并回答。

从化学再到社会，深化固氮的意义。

培养学生应用所学解决问题的能力。

小结本节内容

[总结]今天我们学习了氮气和氮的固定，课下请同学们将氮气的结构、性质、用途以及氮的固定的过程进行整合、归纳。

讨论小结，归纳用途。

培养学生归纳总结能力。

2．主要板书

4.3化学肥料的主角

化学肥料三要素：

氮——氮肥：

铵态氮肥（NH4HCO3、NH4NO3、NH4SO4）

硝态氮肥（KNO3、NH4NO3）

有机氮肥（NH2）2CO尿素

磷——磷肥：

普钙

钾——钾肥：

草木灰

一、氮气和氮的固定

氮的固定：

将大气中游离态的氮转变成氮的化合物，这个过程称为“氮的固定”，简称固氮。

1、大气固氮——雷电固氮

反应原理：

2、工业固氮：

3、生物固氮：

▲　　氮气

1.氮分子的结构：

化学式电子式结构式

2、氮气的性质

（1）跟氢气的反应（合成氨）

（2）跟氧气的反应

（3）跟某些金属的反应

3、氮气用途

3．相关链接

（1）合成氨、化学武器和哈伯（——来源:

在化学发展史上，有一位化学家，虽早已长眠地下，却曾给世入留下过关于他的功过是非的激烈争论。

他就是本世纪初世界闻名的德国物理化学家、合成氨的发明者弗里茨•哈伯（Fritz Haber）。

赞扬哈伯的人说：

他是天使，为人类带来丰收和喜悦，是用空气制造面包的圣人；诅咒他的人说：

他是魔鬼，给人类带来灾难、痛苦和死亡，针锋相对、截然不同的评价，同指一人而言，令人愕然；哈伯的功过是非究竟如何，且看这位化学家一生所走过的辉煌而又坎坷的道路。

１８６８年１２月９日哈伯出生于西里西亚的布雷斯劳（现为波兰的弗罗茨瓦夫），父亲是知识丰富又善经营的犹太染料商人，耳闻目睹，家庭环境的熏陶使他从小和化学有缘。

哈伯天资聪颖，好学好问好动手，小小年纪就掌握了不少化学知识，他曾先后到柏林、海德堡、苏黎世求学，做过著名化学家霍夫曼和本生的学生。

大学毕业后在耶拿大学一度从事有机化学研究，撰写过轰动化学界的论文，哈伯１９岁就破格被德国皇家工业大学授于博士学位，１８９６年在卡尔斯鲁厄工业大学当讲师，１９０１年哈伯和美丽贤慧的克拉克小组结为伉俪。

１９０６年起哈伯任物理化学和电化学教授。

１９世纪末化肥工业的出现和发展推动了农业生产的发展。

随着世界人口增长对粮食的需求也日趋增大，再加上工业发展和军事上的迫切需要，使人工固氮在本世纪初成了世界性的重大研究课题。

仅管不少化学家耗费了相当大的精力，但仍未掌握一种较理想的人工固氮方法。

１９０５年哈伯赴美国考察，回国后也采用高压放电固氮，实验历时一年效果不尽人意。

后来从法国化学家用高温、高压合成氨发生爆炸的消息中获得启示，他也毅然采用该法进行试验，表现了他的果断和勇气。

在历经无数次失败后，  １９０９年７月２日哈伯在实验室采用６００℃、  ２００个大气压和用金属铁作催化剂的条件下，人工固氮成功，平衡后氨的浓度达到６％，首次取得突破，当年德国巴登苯胺纯碱公司总经理、工业化学家博施（Carl  Bosch），参观了哈伯的实验室，确认他的方法成功、有效，决定扩大进行中间试验。

此后哈伯提出了原料气循环使用的合理建议；博施也解决了从水煤气中获得氢气的问题。

１９１０年建成新工艺流程的中试工厂。

该公司的研究人员在化学家米塔斯（Mitas）的主持下，用２５００种不同的催化剂经上万次试验，终于研制成功含有钾、铝氧化物作助催化剂的价廉易得的高效铁催化剂。

１９１１年巴登公司在德国奥堡建成世界第一座日产３０ 吨合成氨的工厂。

人称这种合成氨方法为“哈伯－博施法”，这是具有世界意义的人工固氮技术的重大成就。

是化工生产实现高温、高压、催化反应的第一个里程碑。

合成氨的原料来自空气、煤和水，因此是最经济的人工固氮法，从而结束了人类完全依靠天然氮肥的历史，给世界农业发展带来了福音；为工业生产、军工需要的大量硝酸、炸药解决了原料问题）在化工生产上推动了高温、高压、催化剂等一系列的技术进步。

合成氨的成功也为德国节省了巨额经费支出，哈伯、博施也一举成名。

（2）光化学烟雾（——来源：

光化学烟雾的形成过程是很复杂的,通过实验室模拟研究,已初步弄清了它们的基本化学过程。

大体上为:

第一，被污染空气中的NO2的光分解。

第二，在被污染的空气中同时存在着许多有机物，它们与空气中的O2、O3、NO2起反应,氧化成一系列有机物,生成烟雾。

第三，氧化过程中的中间产物导致NO向NO2转化,并导致有毒物质的产生。

光化学烟雾一般发生在大气相对湿度较低,气温为24℃～32℃的夏季晴天,污染的高峰出现在中午或稍后。

可能由于日光照射情况不同,光化学烟雾除显淡蓝色外,有时带紫色,有时带褐色光化学烟雾能在空气中远距离传播。

当来自太阳光的光子激发NO2分解成NO和氧原子时,光化学烟雾的循环便开始了。

NO2（g）+能量NO（g）+O（g）

O2（g）+O（g）O3（g）

NO2是有毒、有刺激性气味的气体,O3是一种十分强的氧化剂,它是使植物在烟雾中受害的主要原因。

氧化性极强的O3跟光化学烟雾中的第三种主要成分——烃进行一系列复杂的化学反应。

烃是汽车从汽油箱中逸出或在汽油不完全燃烧时生成的。

下面的化学方程式代表光化学烟雾的主要成分和产物：

汽车尾气+阳光+O2（g）O3（g）+NOx（g）+有机化合物+CO2（g）+H2O（g）（烃+CO+NOx）

（氧化剂和刺激剂）

光化学烟雾的的反应机理很复杂,其中对动植物和材料有害的是O3、PAN、丙烯醛、甲醛等等。

光化学烟雾刺激人的眼、鼻、气管和肺等器官,使人发生眼红流泪、气喘咳嗽、头晕恶心等症状。

为了预防和控制光化学烟雾的发生,环境科学工作都提出了许多办法。

例如,设法减少氮氧化合物的排放;对石油、氮肥、硝酸等工厂的排废严加控制,以减少氮的氧化物和烃的蒸发和排放;严禁飞机在航行途中排放燃料;严禁使用化学抑制剂和消毒剂等。

然而,比较好的方法还是在排放氮的氧化物之前把它转化为氮气,把烃转化为CO2和水。

六．教学反思

本课时主要讨论了氮的固定及过程。

在这一过程，通过对“固氮”困难的原因的探究，进一步掌握氮气的结构、性质，并推测出氮气的用途。

从而使学生体会化学学习中，对物质的研究往往从结构角度入手分析，建立结构决定性质、性质影响用途的观念。

同时，在教师的启发下，养成有目的地思考，主动地获取知识，逐步学会分析问题，解决问题的方法。