氮及其化合物教学设计高一上学期化学人教版

第五章化工生产中的重要非金属元素第2节氮及其化合物第1课时氮气与氮氧化物教材分析课程标准分析：《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》对于《氮及其化合物》这节的要求：（1）内容要求：结合实例认识氮及其化合物的多样性，了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化，认识物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。（2）学业要求：①能说明氮及其化合物的应用对社会发展的价值、对环境的影响，能有意识运用所学的知识或寻求相关证据参与社会性议题的讨论；②能列举、描述、辨识典型物质重要的物理和化学性质及实验现象；③能从物质类别、元素价态的角度，依据复分解反应和氧化还原反应原理，预测物质的化学性质和变化，设计实验进行初步验证，并能分析、解释有关实验现象；④能利用典型代表物的性质和反应，设计常见物质制备、分离、提纯、检验等简单任务的方案，能从物质类别和元素价态变化的视角说明物质的转化路径。教材内容分析：本节选自新人教版选择性必修二第五章第二节《氮及其化合物》的第一课时。对于本节课的内容，教材内容主要包括：氮气和氮的固定、一氧化氮和二氧化氮。本节课的内容是学生高中阶段所学习的最后一个非金属元素，也是元素知识的重要内容之一。通过本节课的学习，可以进一步加强学生对元素知识的认识，在巩固复习氧化还原反应基本知识的基础上，加深对价类二维图的理解和应用。同时，氮元素是我们身边的重要元素之一，本节课的内容可以利用氮固定和“雷雨发庄稼”作为载体，通过观察思考、实验探究和资料分析认识N2、NO和NO2的性质、用途。在学习过程中了解人类活动对自然界氮循环和环境的影响，同时将化学知识应用到实际情景中。同时，在介绍NO和NO2主要的性质与应用时，不回避对环境健康带来的负面影响，并指出化学在解决这些问题时可能的方向和作用，有助于培养学生的科学态度和价值观，体现新课程标准“关注人类面临的与化学相关的问题，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力”的要求；同时加强环境教育，关注环境问题，体现了知识与社会、生活、健康、环境的联系，并将科学精神和人文精神融合其中。N2、NOx性质的学习为学生提供了研究问题、科学探究全面提升学科素养的学习平台，这一节的学习延续本章第一节硫及其化合物的一些学习方法，继续丰富元素化合物的学习经验，从整体上、更本质地理解物质的性质及相互的转化，同时通过实验探究、情景应用等多种方式，在学习知识的同时更加注重培养学生的核心素养。学情分析优势：①学生通过初中知识的学习，对N2有一定的了解，并且知道空气中的主要组成气体是N2和O2，为本节课内容的开展奠定了基础；②学生通过对钠及其化合物、铁及其化合物、氯及其化合物、硫及其化合物知识的学习与总结，已经形成分析和解决基本元素知识问题的能力；③学生通过硫及其化合物的学习，对于“价类”二维坐标图已不再陌生，可以利用价类二维图进行简单的分析；④通过学习时不断的巩固和练习，对于氧化还原反应和离子反应的分析判断也已经非常熟悉，方程式的书写对于绝大多数学生来说已经不存在问题；⑤大多数学生初步具备了具体问题情境下设计简单实验，预测物质基本性质的能力。授课中所有开放性问题可以由学生独立思考设计、讨论归纳。教师组织小组间讨论、分析，最终形成统一认识，从而完成创新意识的培养、综合运用所学知识解决实际问题能力的提升。不足：①学生对于实验现象的解释存在片面性，几乎不会考虑多种情况的存在，因此本节课利用N2在雷电条件下生成的NO会迅速和O2继续结合生成NO2，以及NO2和H2O的反应，采用数字化实验或者实验探究的方式，通过对数据或者现象的分析，培养学生科学探究意识，增强学生科学解释实验现象能力； ②学生理论联系实际的能力比较薄弱，因此本节课采用“雷雨发庄稼”、工业合成氨以及自然界的氮循环作为知识载体，培养学生理论联系实际的能力；③本节课涉及了多次的实验设计验证猜想，对于有些学生而言具有一定的难度，因此在教学上对于较难的问题采用了小组讨论，互相合作帮助，可以较好地让每位同学跟上上课的节奏。教学目标1．根据氮的原子结构知识预测氮的化学性质，能从物质的微观层面理解其组成、结构和性质的联系，形成“结构决定性质，性质决定应用”的观念；2．通过观察实验分析数据，掌握N2、NO和NO2的化学性质，在感受化学的美妙的同时，增强科学探究与创新意识的能力，提高证据推理能力；3．通过学习探究“氮的固定”、“雷雨发庄稼”等实际过程，培养自身严谨的科学态度和辩证分析能力，深刻理解化学、技术、社会和环境之间的相互关系，杜绝污染，保护环境，增强社会责任感。教学重难点教学重点：N2、NO和NO2的性质；教学难点：NO2和H2O的反应教学思路教学过程教学环节教学活动学生活动设计意图Ⅰ氮的分析环节1导入(2min)【创设情境】教师展示2012年零饥饿挑战以及习总书记对于粮食的重视，引出肥料特别是氮肥的重要性。同时引导学生分析初中所接触到的氮肥主要分为：铵态氮肥（NH4+）和硝态氮肥（NO3），以及氮主要以氮气的形式存在于空气中，从而引出这节课的内容：将氮气转化为氮盐。【思考回顾】*培养学生的社会责任感，了解有关国家发展的相关事件；同时培养学生知识的相互链接，将初中所学习的知识加以利用。环节2氮的分析(8min)【提出问题】引导学生分析氮的原子结构，思考：1.氮元素可以存在的价态有哪些？2.氮都可以形成哪些物质？【讲解】结构不仅仅决定性质，同时还决定了价态和物质的类别，这三个对于物质的相互转化和应用都是十分重要的，引出价类二维图，以及氮常见的存在形式：（指出氮的氧化物不止这两种，NO和NO2为最常见的。）【讲解】+【提出问题】通过化合价的角度，结合价类二维图分析，思考该如何将N2转化为肥料的主要成分硝酸盐？【猜测】将N2氧化为氧化物，再溶于水生成HNO3（或溶于碱），就可以得到NO3。【提出问题】1.用哪个氧化剂进行氧化？2.空气中存在着N2和O2，为什么不反应？3.N2为什么稳定？试着从结构分析。【讲解】讲解N2的电子式、结构式等相关知识。【思考回答】1.0、3、+52.N2、HNO3、NH3…【思考】在价类二维图上标注各个物质的位置。【思考回答】【思考回答】1.O22.N2稳定3.存在三键*培养学生结构决定性质的思想，同时利用价类二维图明确氮各物质的分类和化合价，为后续的学习奠定基础。*培养学生分析物质转化的一般思路。*问题的设置层层递进，培养学生分析问题，解决问题的能力，同时激发学生解决问题的兴趣。Ⅱ“雷雨发庄稼”——探究NO、NO2的反应环节3NO的反应(8min)【提出问题】该如何提供能量使N2的三键断裂？【讲解】由需要放电引出“雷雨发庄稼”。【演示实验】模拟雷雨天气放电实验，请学生观察现象。【讲解】已知氮的氧化物中只有NO2为红棕色气体，其余都为无色。（介绍氮的常见氧化物：NO、NO2）【提出问题】反应的整个过程是怎么样的？写出对应两种情况的方程式。（引导学生分析有两种可能：①直接生成NO2；②先生成NO，再生成NO2）；【讲解过渡】由于反应这两个反应都需要氧气的参与，因此设计数字化实验收集氧气浓度的变化数据。【演示数字化实验】利用传感器收集放电前后氧气浓度的变化数据，请学生进行分析，讨论得出结论。【讲解】有两步反应，并且第二步反应不需要放电的条件。【思考回答】高温、雷电【观察回答】生成红棕色气体【思考回答】【观察思考】【分析回答】开始放电，氧气浓度逐渐减小；停止放电后，氧气浓度迅速减小。*利用实际例子吸引学生的注意力，激发学生的探究欲望。*培养学生观察现象描述现象，根据现象合理推测的能力。*引导学生分析实验现象，进行合理的推测。*在教学中引进数字化实验，解决了教学实验中的难题。*培养学生观察实验现象，分析实验数据，得出实验结论的能力。环节4NO2的反应(10min)【讲解过渡】引导学生观察价类二维图，根据之前的分析生成的氧化物要和水（碱）反应生成NO3，但是雷雨发庄稼的过程中不会有碱的存在，所以只有可能是氧化物和水反应，下面来一起观察NO2能否和H2O反应生成NO3。【演示实验】演示NO2和H2O的反应，请同学观察并描述现象。【提出问题】1.NO2和H2O和水发生反应了吗？2.为什么液面会停在一定的高度？3.气体可能是哪个？该如何验证？（学生可能会产生比较多的猜想，可以引导他们验证最容易检验的。）【学生实验】+【小组讨论】（事先准备吸有一定量NO2的注射器和水）用注射器吸取一定量的水，震荡后再吸取空气。请同学描述现象，得出结论。【提出问题】1.根据氧化还原反应的特点，反应除了生成NO应该还生成了哪个物质？（有降必有升）并写出反应方程式。2.该如何让产物只有我们需要的硝酸？（讲解工业生成硝酸提高利用率的办法）【讲解过渡】这就是“雷雨发庄稼”的整个过程，生成的硝酸会和土壤中的金属或者氧化物作用变为土壤所需要的硝态氮肥。请同学完成价类二维图上各物质的转化。【观察回答】红棕色气体消失，液面上升到一定高度停止。【思考回答】1.反应2.有不溶于水的无色气体生成；3.NO、N2…直接通入O2【实验操作】+【思考回答】无色气体是NO【思考回答】1.HNO32.①通入氧气和水，循环；②按比例反应。【回忆巩固】*培养学生观察实验、根据实验现象得出结论的能力。*问题环环相扣，符合学生的思考逻辑，一步步引导，让学生产生深度思考。*培养学生的动手操作和小组合作能力。*巩固氧化还原反应的内容*利用价类二维图使学生更加清楚的明白各类物质之间的转化。Ⅲ氮的固定环节5合成氨(5min)【提出问题】观察价类二维图，除了将N2进行氧化生成硝态氮肥（NO3），还有没有其它的办法制备氮肥？【讲解】讲解合成氨的反应条件、重要性以及哈伯和博施对于工业合成氨的重要贡献。【提出问题】利用实际的合成氨装置图，请同学分析如此设计的优点。【思考回答】还原生成NH3，再生成铵盐。【思考回答】*引导学生利用价类二维图进行思考。*利用化学史培养学生的社会责任感。*理论联系实际，将化学知识和实际生产相关联。环节6氮的固定(5min)【讲解】氮除了可以被H2还原外，还可以于金属Mg反应生成Mg3N2。【提出问题】观察下面三个方程式，氮的状态发生了怎么样的改变？【讲解】讲解固氮的定义以及固氮的分类和除了上述外的固氮方法。【提出问题】不断的合成氮的化合物，那空气中游离的氮气会不会越来越少？【讲解】【思考回答】从单质转化为化合物。【聆听】【思考】*培养学生观察、思考能力。*利用氮的固定将本节课的两部分内容进行总结，有利于学生框架的搭建。*利用问题引出氮循环，对氮循环进行讲解。Ⅳ实际情景环节7汽车尾气处理(7min)【提出问题】1.通过固氮知识引出不是所有的固氮反应都是被需要的，从而讲解汽车尾气产生的原因。请学生小组讨论，该如何减少汽车尾气带来的环境污染？（引导学生利用化学知识思考）2.该采用哪一类物质来实现这一过程？【讲解】介绍三元催化装置。（可以将N2和O2在高温下生成的NO和CO反应，生成N2和CO2，从而减少污染。）【总结】请同学完善价类二维图，总结本节课的内容。【提出问题】学习了如何将N2转化为NH3，那如何实现从NH3到铵盐的转化呢？这是我们下节课的内容。【思考讨论】1.①绿色出行