人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物一等奖教学设计

人教版(2019)必修第二册第二节氮及其化合物一等奖教学设计学校授课教师课时授课班级授课地点教具设计意图一、设计意图：立足氮元素“结构—性质—应用”主线，结合必修第二册元素化合物学习要求，通过氮气、氮氧化物、氨等核心物质的性质探究，引导学生从氧化还原、物质类别视角理解转化规律；联系合成氨、化肥制备等实际应用，体现化学价值；设计喷泉实验、氮氧化物性质实验，培养观察能力与科学思维，落实“宏观辨识与微观探析”“科学探究与创新意识”核心素养，贴合高一学生认知特点，强化知识实用性与学科关联性。核心素养目标二、核心素养目标：通过氮及其化合物性质探究，发展“宏观辨识与微观探析”，能从氮原子结构解释物质性质与转化；建立“证据推理与模型认知”，依据实验现象推理氮氧化物、氨的性质，构建转化网络；强化“科学探究与创新意识”，设计喷泉实验等提升实验能力；渗透“科学态度与社会责任”，结合合成氨、氮氧化物污染治理，体会化学价值与社会担当。教学难点与重点1.教学重点，①氮气、氮氧化物、氨、铵盐、硝酸等重要物质的性质及相互转化关系；②喷泉实验、氮氧化物与水反应等实验现象与结论的逻辑关联；③氧化还原反应视角下氮元素化合价变化规律的应用。

2.教学难点，①NO、NO₂与O₂、H₂O反应的定量分析及计算；②氮原子结构（如孤电子对）对物质性质（如氨的碱性、还原性）的影响；③氮氧化物污染与化学知识（如汽车尾气处理）的实际应用结合。教学资源软硬件资源：氮气、氨气、NO、NO₂气体，喷泉实验装置，试管、酒精灯、铁架台，多媒体投影仪、实物展台

课程平台：学校智慧课堂系统、教学互动平台

信息化资源：课本配套氮气分子结构动画，喷泉实验演示视频，氮氧化物污染治理图文资料

教学手段：实验探究、小组讨论、模型展示（氮原子结构模型）、多媒体演示教学过程设计###1.导入新课（5分钟）

**目标**：引起学生对氮及其化合物与生活联系的重视，激发探索欲望。

**过程**：

开场提问：“同学们知道空气中最多的气体是什么吗？它如何变成庄稼生长所需的氮肥？雷雨过后，农田里的作物为什么会长得更好？”

展示图片：闪电交加的雷雨场景、合成氨工厂生产车间、氮肥包装袋、汽车尾气排放（含NO₂的棕烟）。

简短介绍：氮元素占空气体积78%，但游离态氮气难以被植物直接利用；通过自然固氮（闪电、微生物）和人工固氮（合成氨），氮气转化为氨、铵盐等氮肥，支撑全球粮食生产；同时，氮氧化物等污染物也带来环境问题，引出本节课核心——氮及其化合物的“性质—转化—应用”。

###2.氮及其化合物基础知识讲解（10分钟）

**目标**：让学生掌握氮及其核心物质的基本概念、结构特点及转化原理。

**过程**：

讲解氮元素的存在形态：游离态（N₂，空气中）化合态（硝酸盐、蛋白质、铵盐等）。

分析核心物质结构与性质：

-氮气（N₂）：分子结构N≡N（三键键能大，946kJ/mol），化学性质稳定，高温、高压、催化剂条件下与H₂反应合成氨（N₂+3H₂⇌高温高压催化剂2NH₃）；

-氮氧化物（NO、NO₂）：N中+2价（NO）易被氧化为+4价（NO₂，红棕色气体，有毒），NO₂与水反应：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；

-氨（NH₃）：结构三角锥形（N有孤电子对），易溶于水（1:700），水溶液碱性（NH₃·H₂O⇌NH₄⁺+OH⁻），具有还原性（如4NH₃+5O₂⇌催化剂4NO+6H₂O）；

-硝酸（HNO₃）：+5价N，强氧化性（与Cu反应：Cu+4HNO₃(浓)=Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O；与稀反应：3Cu+8HNO₃(稀)=3Cu(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O）。

举例说明：氮气用于保护气（食品包装），氨用于制硝酸铵炸药，硝酸用于制染料。

###3.氮及其化合物案例分析（20分钟）

**目标**：通过典型工业、环境、实验案例，深化对氮化合物性质与转化的理解。

**过程**：

**案例1：合成氨工业——人工固氮的突破**

背景：20世纪初，哈伯发明合成氨法，解决“粮食危机”（当时全球人口激增，天然氮肥不足）。

原理：N₂+3H₂⇌高温高压催化剂2NH₃（ΔH<92.4kJ/mol，可逆反应）。

特点：选择“高温（500℃）、高压（20-30MPa）、铁催化剂”的依据——高温加快速率，高压提高平衡转化率，催化剂缩短达到平衡时间。

意义：现代化肥工业基础，全球50%粮食依赖合成氨氮肥。

**案例2：氮氧化物污染——从“酸雨元凶”到“治理技术”**

背景：汽车尾气、工厂燃烧含燃料排放NO、NO₂，形成酸雨（HNO₃）、光化学烟雾。

性质应用：NO难溶于水，NO₂与水反应生成HNO₃，故可用碱液吸收（2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O）；汽车三元催化转化器：2CO+2NO⇌催化剂N₂+2CO₂（将CO、NO转化为无害物）。

**案例3：氨的喷泉实验——微观性质的宏观呈现**

装置：干燥圆底烧瓶充满NH₃，胶头滴管挤入水，烧杯内含酚酞的水。

现象：烧杯内水迅速进入烧瓶，形成红色喷泉。

原理：NH₃极易溶于水，烧瓶内压强骤减，外界大气压将水压入；NH₃·H₂O电离产生OH⁻，遇酚酞变红。

**小组讨论任务**：

-组1：结合化学平衡，思考“合成氨为何不采用更高压强？（成本与效益平衡）”

-组2：分析“雷雨发庄稼”的化学原理（N₂→NO→NO₃⁻，植物吸收NO₃⁻）。

-组3：设计实验方案，检验某白色固体是否为铵盐（NH₄⁺的检验：碱加热，湿润红色石蕊试纸变蓝）。

###4.学生小组讨论（10分钟）

**目标**：培养合作探究能力，深化对氮化合物转化与实际应用的理解。

**过程**：

学生按3-4人分组，围绕上述讨论任务展开交流，教师巡视指导（提示：从反应条件、平衡移动、实验现象与结论等角度分析）。

每组记录讨论要点，推选1名代表准备展示，明确“现状/原理—挑战/问题—解决方案”的逻辑。

###5.课堂展示与点评（15分钟）

**目标**：锻炼学生表达能力，通过互动深化对核心知识的理解。

**过程**：

**组1展示**：“合成氨高压虽提高转化率，但设备成本、能耗增加，工业需平衡转化率与成本；催化剂降低活化能，加快速率但不影响平衡。”

教师点评：“正确！化学工业需综合考虑反应速率、平衡、经济效益，体现‘绿色化学’理念。”

**组2展示**：“闪电时N₂与O₂反应生成NO，NO与O₂生成NO₂，NO₂与雨水反应生成HNO₃，HNO₃随雨水进入土壤，转化为NO₃⁻，被植物吸收。”

教师追问：“为何NO₂与水反应不是歧化反应？（N元素化合价+4→+5、+2，化合价升降，是歧化反应，但产物为HNO₃和NO，需配平3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO）”

**组3展示**：“取固体与熟石灰混合研磨，产生刺激性气体，该气体能使湿润红色石蕊试纸变蓝，证明含NH₄⁺；或加热固体，用湿润红色石蕊试纸检验气体。”

教师补充：“注意避免加碱溶液后直接加热，防止NH₃溶于水未逸出，应用‘固固加热’装置。”

###6.课堂小结（5分钟）

**目标**：梳理氮及其化合物的转化主线，强化“结构—性质—应用”关联。

**过程**：

回顾核心转化关系：

-氮气→氨（人工固氮：N₂+3H₂⇌2NH₃）；

-氨→氮氧化物（催化氧化：4NH₃+5O₂⇌4NO+6H₂O）；

-氮氧化物→硝酸（3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO）；

-铵盐→氨（NH₄⁺+OH⁻⇌NH₃↑+H₂O）。

强调价值：氮化合物是“生命元素”（蛋白质、DNA）和“工业基石”（化肥、炸药），但需合理应用（减少氮氧化物污染）。

布置作业：撰写短文《氮及其化合物在生活中的“双面性”》（结合合成氨的贡献与氮氧化物危害，查阅1-2个治理案例）。知识点梳理氮及其化合物知识点梳理：

一、氮元素存在与性质

1.存在形态：游离态（N₂，空气体积78%）、化合态（硝酸盐、蛋白质、铵盐）。

2.氮气（N₂）：

-物理性质：无色无味气体，难溶于水。

-化学性质：结构稳定（N≡N键能大946kJ/mol），高温高压催化剂下与H₂反应合成氨（N₂+3H₂⇌2NH₃）；与O₂放电反应生成NO（N₂+O₂=放电2NO）。

二、氮氧化物

1.一氧化氮（NO）：无色气体，难溶于水，易被氧化为NO₂（2NO+O₂=2NO₂）。

2.二氧化氮（NO₂）：红棕色有毒气体，与水反应生成硝酸和NO（3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO），与NaOH反应生成亚硝酸钠和硝酸钠（2NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O）。

三、氨（NH₃）

1.物理性质：无色刺激性气体，极易溶于水（1:700），水溶液呈弱碱性（NH₃·H₂O⇌NH₄⁺+OH⁻）。

2.化学性质：

-还原性：与O₂催化氧化生成NO（4NH₃+5O₂=催化剂4NO+6H₂O）；与CuO反应生成Cu和N₂（2NH₃+3CuO=3Cu+N₂+3H₂O）。

-碱性：与酸反应生成铵盐（NH₃+HCl=NH₄Cl）。

3.实验室制法：Ca(OH)₂与NH₄Cl共热（2NH₄Cl+Ca(OH)₂=CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O）。

4.检验：湿润红色石蕊试纸变蓝（遇NH₃）。

四、铵盐（NH₄⁺）

1.物理性质：白色晶体，易溶于水。

2.化学性质：

-受热分解：NH₄Cl=NH₃↑+HCl↑；NH₄HCO₃=NH₃↑+CO₂↑+H₂O。

-与碱共热放出NH₃（NH₄⁺+OH⁻=NH₃↑+H₂O）。

3.检验：加碱加热，产生使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体。

五、硝酸（HNO₃）

1.物理性质：无色刺激性液体，易挥发，浓硝酸呈黄色（分解出NO₂）。

2.化学性质：

-强酸性：HNO₃=H⁺+NO₃⁻。

-强氧化性：

-与金属反应：Cu+4HNO₃(浓)=Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O；3Cu+8HNO₃(稀)=3Cu(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O。

-与非金属反应：C+4HNO₃(浓)=CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O。

-与Fe、Al钝化（常温下）。

-不稳定性：4HNO₃=光照4NO₂↑+O₂↑+2H₂O。

六、氮的转化与应用

1.自然固氮：闪电（N₂→NO→NO₃⁻）、生物固氮（根瘤菌）。

2.人工固氮：合成氨（N₂+3H₂⇌2NH₃），化肥工业基础。

3.氮循环：N₂→NH₃→NO→NO₂→HNO₃→硝酸盐→N₂（微生物作用）。

4.应用：

-合成氨制氮肥（NH₄HCO₃、(NH₄)₂SO₄）。

-硝酸制炸药（TNT）、染料、塑料。

-氨制硝酸（4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O；2NO+O₂=2NO₂；3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO）。

七、核心实验

1.喷泉实验：NH₃或HCl溶于水，形成喷泉（证明气体极易溶于水）。

2.氨的催化氧化：铂丝催化NH₃与O₂，生成红棕色NO₂（4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O；2NO+O₂=2NO₂）。

3.铵盐检验：固体与碱共热，检验NH₃（湿润红色石蕊试纸）。

4.硝酸强氧化性：Cu与浓/稀HNO₃反应，生成NO₂或NO。

八、环境问题

1.氮氧化物污染：汽车尾气（NO、NO₂）形成酸雨（HNO₃）、光化学烟雾。

2.治理：碱液吸收（2NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O）；催化转化（2CO+2NO⇌N₂+2CO₂）。内容逻辑关系七、内容逻辑关系

①结构决定性质：氮原子价电子构型2s²2p³，形成N≡N三键（氮气稳定性）、三角锥形结构（氨的孤电子对导致碱性和还原性）、+5价氮（硝酸强氧化性）。

②物质转化主线：游离态氮（N₂）→人工固氮（NH₃）→催化氧化（NO）→进一步氧化（NO₂）→与水反应（HNO₃）→铵盐（NH₄⁺）；自然固氮（闪电N₂→NO→NO₃⁻）→生物吸收→反硝化（硝酸盐→N₂）。

③性质与应用关联：氨的还原性（4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O）用于制硝酸；硝酸的强氧化性（Cu+4HNO₃=Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O）用于金属加工；氮氧化物污染治理（2NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O）体现化学社会价值。课后作业1.写出实现下列转化的化学方程式：

（1）N₂→NH₃

（2）NH₃→NO

（3）NO₂→HNO₃

（4）NH₄Cl→NH₃

答案：（1）N₂+3H₂⇌高温高压催化剂2NH₃；（2）4NH₃+5O₂=催化剂4NO+6H₂O；（3）3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；（4）NH₄Cl+NaOH=NaCl+NH₃↑+H₂O（或加热NH₄Cl=NH₃↑+HCl↑）。

2.设计实验证明某白色固体为铵盐，写出实验步骤、现象及结论。

答案：取少量固体与熟石灰混合研磨，产生刺激性气体，该气体能使湿润红色石蕊试纸变蓝，证明含NH₄⁺。

3.解释“雷雨发庄稼”的化学原理，写出相关方程式。

答案：闪电时N₂与O₂反应生成NO，NO与O₂生成NO₂，NO₂与雨水反应生成