从氮肥合成看N元素转化-教案.docx

《从氮肥合成看N元素转化》正课教案
--庐阳高级中学 裴劲
课题名称
从氮肥合成看N元素转化
教材版本
人教版 必修一 第四章（非金属及其化合物） 第三、四节（氮的循环）
课时安排
1预习微课 + 1正课课时
教材分析
【初中】典型含氮物质的性质学习和化学反应，化肥肥料（氮肥）的组成、作用和检验；
【必修】元素化合物（N）的循环与转化
【选修】化工生产的流程设计（氮肥）

【主题划分】在人教版教材中属于元素化合物教学的重要组成部分。
【关联与价值】本节内容（含氮物质的循环转化）将第一章研究物质性质的基本方法（从实验学化学），第二章物质的分类及氧化还原理论进一步串联深化，又和同一节‘硫的转化’知识体系共通性较强，体现了学科知识的内在联系和综合运用价值，对学生化学学科素养的培养也有好处。
【STSE】教材非常注重知识点与生产生活的结合，诸如自然固氮、制作化肥、大气污染及酸雨防治都有所体现，增强了学科的实用价值。

【设计思路】教材原本的编写思路是从自然到生产生活再到社会，同时贯穿了氧化还原和物质的分类两条线索。本课对教学逻辑和相关知识点进行了调整和重组：
从农作物的生长出发，引出氮肥及氮元素的重要作用，然后创设真实的问题情境：设计铵态氮肥的合成路线，进而引导学生从自然界中最典型、最广泛的含氮物质（N2）入手，一步步实现氮肥（铵盐）的合成（在合成路线的细化中穿插化肥的发展历史、物质的性质教学和演示实验）。本课的设计初衷是使教学更加立体而综合，让学生在探究设计和解决问题的过程中学习元素化合物的循环转化，加深对氧化还原和物质的分类思想的理解和应用。

学情分析
【已知点】 学生初中阶段学习过一些含氮物质，在生活中也对氮肥等物质存在一定认知；在第一、二章学习过研究物质性质的基本方法和程序，物质的组成与分类，氧化还原的基本原理；形成了一定的化学学科思维。

【障碍点】 学生对元素化合物的学习与认知还停留在具体物质相互独立的阶段，难以深入理解物质（元素）的循环过程和相互转化关系；无法灵活运用已有知识（氧化还原思想、物质的分类思想）进行推理设计。

【发展点】建立含N化合物的转化关系，深化对物质循环的认知；强化对物质分类及氧化还原理论的应用与关联；在综合性学习中培养巩固化学学科思维。

教学目标（三维）
及重难点
【知识与技能】 了解N元素、胺态氮肥的发展历程及重要作用；构建含氮物质的循环、转化关系及网络；深化对物质的分类及氧化还原原理的理解和运用。
【过程与方法】从化学的视角认知、分析生产生活及自然现象；结合已有的知识对含氮物质的转化进行推理、设计；自行归纳含氮物质的转化关系并作图表示。
【情感态度与价值观】认识化学知识对人类生产生活的重要意义；培养对自然科学及物质循环的感性认识和辩证观点；培养综合的化学学科思维及素养。
重难点
【知识重点】典型含氮物质（NH3）的性质及相关实验；由N2转化为铵盐的路径和方法；
【知识难点】含氮物质循环体系的构建，即价类二维图的掌握；
【方法重点】物质分类及氧化还原等思想理论的运用；
【方法难点】运用已有的知识，推理细化从N2到中产物再到铵盐的合成路径；转化关系图（价类二维图）的整理绘制。
采用的教学方法与手段
视频微课预习 + 正课课堂思维研讨；
PPT、板书、智慧课堂、教学实验配合讲解。
教学过程的设计
驱动性问题
教师活动
学生活动
设计意图

【导入：微课习题】
1、氮肥有哪些常见的种类？

2、NH4Cl、NH4HCO3
、NH4NO3从物质的分类角度看，属于什么类别？

3、以合成铵态氮肥（NH4+）为例，请你尝试寻找它的原料和中间产物。
（NH3 和水反应生成NH4OH，能部分电离，生成少量NH4+)
（3-4min提问、思路引导）

通过智慧课堂设备，随机抽学生回答微课同步习题。

根据学生的思考，梯度式地给予提示并追问：
1、氮肥的核心元素是什么？铵态氮肥的核心在于？。

2、我们对化肥（原料）的需求量非常大，用什么含氮物质作为原料比较好呢？思考原料需要满足哪些条件？

3、从原料到终产物，可能会经过哪些中间产物？ （回忆和终产物有关的反应及物质）

学生思考并得出一些信息，深化对合成路线的认知：
1、氮肥的核心在于N元素，铵态氮肥本质上就是含有铵根离子的盐。

2、需要由含氮的物质通过一系列反应（转化）才能生产出氮肥；

3、可以用N2做原料（自然界中含量大，易提取，成本低，结构简单）；

4、（重点-铵盐中都含有NH4+）弱碱一水合氨能电离出NH4+，一水合氨由NH3制备，理论上就可以用NH3制备NH4+，即作为合成路线的中间产物。

1、检验微课学习效果，让学生快速进入创设好的问题情景。

2、通过引导和追问的形式，迫使学生回忆已有的知识体系，寻找可用的知识来解决问题情景，体验“学以致用”的感觉。

3、让学生在推理设计的过程中，加深对化学必修部分“物质的分类、电解质和电离”等知识体系的理解。

4、锻炼学生的化学学科思维。

【方案拆解一】
如何实现方案的第一步： 由N2制备NH3，反应如何发生？
（3min）

1、引导学生思考，原料N2和中间产物NH3，有什么内在联系？

2、追问：二者之间有什么区别？

3、进一步追问并提示：从氧化还原的角度分析、完成这个反应（N元素被如何？需要这种物质提供什么元素？）。

4、鼓励学生尝试自己设计化学方程式，拍照对比讲解，强调化学反应条件。

历史上哈伯的探索，以及固氮技术的改进

搜索可用的知识体系来解决问题：1、显然二者都具有N元素；

2、二者的区别在于，N元素的化合价不同，且一个含H一个不含H；

3、认识到这属于氧化还原反应（有元素化合价发生升降），所以要找到一种还原剂把N还原，且这种还原剂要能提供H元素：H2。

4、尝试写出方程式。

介绍并讲解合成氨的反应。
1、通过引导和追问的形式，迫使学生回忆并应用已有的知识体系：氧化还原思想。

2、让学生解决实际问题，体验“学以致用”的感觉，真正把学过的知识用起来，深化化学学科思维，感受学科价值。

3、初步感知化学反应需要条件。

【概念拓展】
氮的固定
人工固氮：
哈伯-博施法

1、介绍N的固定的几种主要形式：
天然固氮、
生物固氮，

2、就此提出问题：为什么需要人工固氮？

3、介绍哈伯-博施法，强调化学反应条件的重要性和科研探索的厚重。

1、认识N的固定（含N物质循环）的本质：不同的催化条件下，零价--不同价态氮的转化 ；

2、感受化学学科的实际价值，了解化学反应条件的重要性。

1、让学生从化合价升降的角度，更加清晰地认知物质的循环与转化，加深对氧化还原原理的理解；

2、体会人口膨胀、粮食短缺等全人类困境，加深对复杂社会情景的认知；

3、让学生体会从平面的理论设计到真实的科研探究之间的鸿沟，感悟科研的厚重。

【中间产物】
NH3的制备和性质教学

1、结合课本内容，简单介绍NH3的实验室制法。（由于NH3的强烈刺激性，制备实验必须在通风橱里进行，不适合在密闭教室里演示，简单进行图解）

2、NH3的性质教学（播放喷泉实验视频）

1、通过课本提供的制备实验图解，分析、了解实验装置注意事项；

2、观看教学视频，总结实验现象，分析NH3对应性质。

为了完成下一步合成设计，我们需要学习了解中间产物的相关性质。

以此为逻辑，可以将必修教材上的知识点，自然地整合到合成路线设计中，为学习新知识创设情景、提供动机。

【方案拆解二】
制得氨气之后，我们怎么样进一步得到氮肥（铵盐）呢？
（以NH4Cl为例）
（2+1min）

【实验时间】
空杯生烟：
氨气和氯化氢气体生成盐。

1、引导学生思考，从中间产物NH3，和终产物NH4+有什么内在联系？

2、追问：还能不能用氧化还原思想来解决问题？

3、进一步追问并提示：氧化还原思想走不通，我们还可以利用什么角度来解决问题？
（我们学习过NH3，的什么？
终产物属于什么类别的物质？NH3，和什么反应能得到终产物？）

4、引导几个学生小组完成“空杯生烟”实验。

1、认识到中间产物NH3，和终产物NH4+中，N元素化合价一样，所以不能用氧化还原思想。

2、刚刚学习过中间产物NH3的性质，知道这是一种碱性气体。

3、从物质的分类角度，终产物属于盐，碱性物质和酸性物质反应能生成盐。（如果要生成NH4Cl，这种酸性物质还要提供Cl-，所以可以用HCl）

4、在老师引导下完成“空杯生烟”实验，认识到这其实就是刚刚完成的方程式，反应条件比较简单。
1、引导学生从物质的分类及性质角度思考并解决实际问题，加深对物质的分类思想的理解，从物质的类别转化认识化学反应。

2、让学生通过实验，感受平面上的方程式和现实间的联系，体会化学学科的魅力。

3、在实验过程中，穿插NH3的性质教学，使教学更加多元。
【铵盐的通性】
合成了铵态氮肥以后，还要注意它的保存和使用。
1、碳酸氢铵、氯化铵一般放在阴凉通风处保存，且施肥时应将其埋在土下；
2、且不能和草木灰（KOH）混用。
（给出反应方程式，引导学生分析）
认识铵盐的通性：
1、 受热易分解
2、 与碱反应生成氨气。
有始有终，完成了合成路线设计以后，还要注意真实使用中的细节，为微课中“王婆婆的困惑”答疑。
【思路整理】
（1-2min）
带领学生回顾课堂的知识逻辑线，强调背后的核心线索：含氮物质（元素化合物）的循环与转化。
在老师引导下尝试回忆、总结课堂核心思路。
引导学生认知物质转化的本质；深入理解、感受氧化还原思想和物质的分类思想。

【课堂总结】
在我们今天的探究中，涉及到那些含N的物质？
他们所属的物质类别和转化关系是什么样的？
（2+4min）

引导学生思考物质的转化关系；
展示范例（结合化合价，物质的分类绘制价类二维图）
归纳总结，尝试绘制含N物质的价类二维图
帮助学生应用物质的分类及氧化还原等原理性知识，强化学科知识的内在联系和综合运用，深化化学学科的核心素养。
板书设计
从氮肥合成看N元素转化
原料—中间产物—终产物 价类二维图：
N2 NH3 NH4+