课题

氮的循环

课型

新授

课时数

1

目

标

要

求

知识与能力

1．   了解自然界中氮的循环的途径、形式及所涉及的物质

2．了解生物固氮和人工固氮的形式，认识N2、NO、NO2的性质

过程与方法

1．使学生进一步明确学习、研究元素及化合物的方法和基本思路

2．培养学生探究、观察、分析、总结问题的能力

情感态度价值观

使学生了解氮元素固定的意义，从中体会化学对社会生活的重要意义。

重、难点

N2、NO和NO2的性质

教法

方法引导、实验观察、小组研讨、归纳总结

教具

学案  多媒体课件 实验器材

板

书

设

计

课

堂

思

路

设

计

氮的循环

一、氮的固定                             二、氮的化合物

                                                        放电

                                         N2   +   O2   ==   2NO

               NO3-                               2 NO  +   O2  ==  2NO2

                                        3NO2   +  H2O  == 2 HNO3 + NO

N2

本节课在农谚的引导下，通过学生最熟悉的雷雨现象，以雷雨发庄稼的原因作为问题驱动，创设情境把学生引入到课堂中去，并以各种形式的固氮作为主线，动员学生结合自己最熟悉的氮的化合物，通过大胆的预测，猜想，让学生在小组的力量下讨论，发现问题，激化矛盾，而后借助于实验，让学生通过观察，分析，归纳，得出“雷雨发庄稼的真正原因”，然后因势利导，站在氧化还原的角度，水到渠成地给出工业合成氨，让学生对固氮有一个较全面的了解。

自备

他备

学生活动

教师活动

使用手记

观看录像

[思考1]既然氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮，你知道哪些含氮元素的化合物呢？

[大胆预测]雷雨所产生的肥料的成分可能是什么？它们是如何生成的？

【小组活动】交流研讨

[展示1]

  对于N2       HNO3（NO3-）的转变：学生经过讨论，可能提出一些方案，如

N2     NO     NO2    HNO3

N2      NO2     HNO3

N2 、O2、H2O     HNO3

或其他。

[多媒体展示]

   学案中的探究表格

1．模拟雷电固氮

2．认识NO、NO2

3．分析“一场雷雨一场肥”

[学生观察]

1．NO、NO2气体的色、态（有毒）

2． NO +  O2

3．盛有NO2的集气瓶倒扣水槽（提示现象）

4．3后的集气瓶倒扣一空集气瓶

5．向硝酸溶液中加入石蕊

[小组活动2]  讨论完善学案中的表格

[学生展示]

       学生实物展示小组讨论的结果

（学生给大家解释讨论的结果）

①模拟雷电固氮现象及结论

②探究实验的现象及结论

③分析“一场雷雨一场肥”的原因

N2 + 3H3         2NH3     合成氨

[学生分析]

   工业上常在高温高压和催化剂并存的条件下，合成氨，实现人工固氮

（书写化学方程式，并指出是一个可逆过程）

[交流研讨2]试从氮气分子的结构入手，分析为什么固氮这么难？

（提示：大家结合教材，不妨从化学键断裂的角度来分析）

[学生展示]

     豆科植物的根瘤菌

   （ 生物固氮）

[课堂小结]

通过这节课的学习，你有哪些收获？

[课堂达标测试]

导入：

   在农村，有一句农谚“一场雷雨一场肥”，它是什么意思呢？我们先看一个短片

[设问1]雷雨所产生的肥料，它的成分是什么？它又是如何产生的呢？

带着这些问题，我们一同学习《氮的循环》

我们将这一过程称为氮的固定

[幻灯片]氮的固定

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。

过渡：

那么“一场雷雨一场肥“与“氮的固定”有何关系呢？

教师提示：

   请同学们结合初中学过的肥料的种类；空气的成分；以及刚才分析的氮的固定的两条途径思考。

小结：

    通过刚才的讨论我们达成了一些共识，那就是大家都认为：“一场雷雨一场肥”应该是一个固氮的过程，这种氮肥很可能是以NO3-的形式被吸收，但大家对氮气转化为硝酸盐的过程产生了不同的看法：

实验前提出要求：

请每位同学认真观察实验、并及时在记录表上记录实验现象。

（1）雷雨固氮过程中是否有氮氧化物产生呢？下面我们“模拟雷雨放电”，来看一段录象。

（2）展示NO、NO2。这两种气体都是有毒的。NO有什么性质呢？它能否在空气中稳定存在呢？NO与O2的反应。

（3）NO2又具有怎样的化学性质呢？NO2与水反应

实验后提出要求：

请大家根据刚才观察的实验现象，以小组讨论的形式得出结论，写出有关化学方程式；并综合所有实验现象和结论，讨论雷雨固氮所经历的过程.

[讲解]小结：

科学实验证明，雷雨天

N2     NO    NO2    HNO3

NO3-

所谓“一场雷雨一场肥”就是在放电的条件下，实现了氮气单质被氧化成氧化物再转化为含氧酸和含氧酸盐的氮的固定的过程。体现了N2的还原性。

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。

[设问2]

刚才我们从N2被氧化成氮氧化物和被还原成氨气两个角度认识了氮的固定，不知大家是否注意到，它们的条件都很高，为什么固氮的过程这么难？

展示：

1．   N2的电子式，结构式

2．   N2  Cl2的键能

[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，科学家们却惊奇的发现：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？

在座的同学有没有人知道这样的植物？

【过渡】这节课我们主要通过氮的固定，学习了氮及其氧化物的性质，自然界中的氮元素到底是怎样循环的呢？

（大家看一下教材的第一个大的标题）

总结：

  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。由于氮气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。

雷雨天气是一个非常熟悉的自然现象，但是呢，人们发现，往往在电闪雷鸣之后，植物的长势非常的好，就如同施了一层肥一样。

我们知道，对于植物的生长来说，氮是不可缺少的营养物质，可是每年全世界的植物都要从士壤中吸收大量的氮元素。虽然，空气中有4/5的氮气，但是遗憾的是，绝大部分的植物都无法直接吸收游离态的氮气，只能吸收化合态的氮，这样就需要将游离态的氮转变为化合态的氮。

 引导思考：

请同学们观察：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看，这个的过程应属于             什么反应？氮气表现出怎样的性质呢？

提出问题：

那么雷雨固氮的过程到底是怎样的？这其中有无氮氧化物生成？氮氧化物又如何转化为硝酸盐？下面让我们通过实验来探究事实的真相。

通过这个视频，大家的确能够感受到氮气发生了反应，生成了红棕色的气体，它的成分是什么？有没有NO的生成？NO和NO2有什么样的性质呢？，

观察记录实验现象，组内交流，讨论得出结论：

（1）NO是无色气体、NO2是红棕色气体；

无色NO遇O2变成红棕色；

                 NO2

（2）红棕色NO2与水反应，体积减小，剩余气体无色；剩余气体遇                     NO

O2又变成红棕色；生成的水溶液显         NO2

酸性。

H+

（3）N2、O2在放电情况下，先生成无色气体、然后变成红棕色；

NO           NO2

实验器材

1.充满NO集气瓶2个

2.充满NO2集气瓶2个

3.两个空集气瓶

4.紫色石蕊试液

5．水槽

6．盖玻片4

[设疑]

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的被吸收，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？

   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。（引导看合成氨厂的图片）产生的NH3一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。

补充：

N2里面存在着三键，打开它需要较高的能量，我们从数据上看一下

Cl—Cl   247 KJ/mol

补充：

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