5.4 化學(xué)肥料的主角 第1課時(shí) 氮?dú)獾墓潭ǜ咧谢瘜W(xué)

.::;資源信息表標(biāo)題：化學(xué)肥料的主角〔第一課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)〕關(guān)鍵詞：氮的固定，氮?dú)獾臉?gòu)造、性質(zhì)、用處描繪：本課時(shí)主要討論了氮的固定及過(guò)程。在這一過(guò)程，通過(guò)對(duì)“固氮〞困難的原因的探究，進(jìn)一步掌握氮?dú)獾臉?gòu)造、性質(zhì)，并推測(cè)出氮?dú)獾挠锰?。從而使學(xué)生體會(huì)化學(xué)學(xué)習(xí)中，對(duì)物質(zhì)的研究往往從構(gòu)造角度入手分析，建立構(gòu)造決定性質(zhì)、性質(zhì)影響用處的觀念。同時(shí)，在老師的啟發(fā)下，養(yǎng)成有目的地考慮，主動(dòng)地獲取知識(shí)，逐漸學(xué)會(huì)分析問(wèn)題，處理問(wèn)題的方法。學(xué)科：化學(xué)高中一年級(jí)第二學(xué)期〔試用本〕>上科版>第五章>第四節(jié)>第一課時(shí)李孔敏單位：上海市松江二中地址：上海市松江區(qū)中山東路250號(hào):Likongmin021@1265.4化學(xué)肥料的主角〔共三課時(shí)〕第1課時(shí)氮?dú)夂偷墓潭╗設(shè)計(jì)思想]氮元素在自然界的循環(huán)中起著重要的作用。近些年來(lái)，人類活動(dòng)對(duì)氮元素在自然界中循環(huán)的影響也越來(lái)越大。氮元素在自然界的循環(huán)又是詳細(xì)的物質(zhì)循環(huán)。讓學(xué)生理解氮元素在自然界的循環(huán)，理解化學(xué)物質(zhì)、化學(xué)反響在自然界循環(huán)中重要作用，理解化學(xué)物質(zhì)、化學(xué)反響對(duì)人類消費(fèi)生活的重要意義，可以使學(xué)生在掌握根本的化學(xué)知識(shí)的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)化學(xué)的興趣，建立可持續(xù)開(kāi)展的觀念，體會(huì)化學(xué)對(duì)人類、社會(huì)開(kāi)展所起的重要作用。因而，本節(jié)第一課時(shí)以“氮?dú)夂偷墓潭è曌鳛檎n題，重點(diǎn)介紹三種固氮方法，通過(guò)探究“固氮〞困難的原因，掌握氮?dú)獾臉?gòu)造和性質(zhì)。在探究過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生利用氧化復(fù)原思想分析處理問(wèn)題的才干和探究處理問(wèn)題的科學(xué)方法。一.教學(xué)目的1．知識(shí)與技能〔1〕化學(xué)肥料的三要素及施用的根本原那么〔A〕〔2〕固氮的途徑，大氣固氮和工業(yè)固氮的原理〔B〕〔3〕氮?dú)獾男再|(zhì)、用處〔B〕〔4〕氮分子構(gòu)造及與其性質(zhì)的關(guān)系〔B〕2．過(guò)程與方法通過(guò)對(duì)固氮原理、方法的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生利用已有知識(shí)〔氧化復(fù)原反響〕分析處理問(wèn)題的才干,認(rèn)識(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究處理問(wèn)題的科學(xué)方法。3．情感態(tài)度與價(jià)值觀懂得氮元素固定的意義，從中體會(huì)化學(xué)對(duì)社會(huì)生活的重要意義。二．教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)，氮分子構(gòu)造對(duì)氮?dú)庑再|(zhì)的影響。三．教學(xué)用品多媒體。四．教學(xué)流程1．流程圖比照合成氨條件，比照合成氨條件，理解“生物固氮〞。圖片引入，并簡(jiǎn)介化學(xué)肥料1轉(zhuǎn)引：利用資料創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題2學(xué)生理解“氮的固定〞的含義及意義并從氧化復(fù)原的觀點(diǎn)理解“固氮〞的原理。N2氧化復(fù)原HNO3、NO3-NH3、NH4+理論推測(cè)大氣固氮的原理探究“固氮〞困難的原因，掌握氮?dú)獾臉?gòu)造和性質(zhì)簡(jiǎn)介“人工固氮——合成氨〞課堂小結(jié)2．流程說(shuō)明1圖片引入：展現(xiàn)：缺氮的棉花、缺磷小麥與正常小麥、缺鉀的大豆和甘藍(lán)圖片。2利用資料創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題：在新疆與青海交界處有一山谷，人稱“魔鬼谷〞。經(jīng)常電閃雷鳴，狂風(fēng)暴雨，把人畜擊斃。然而谷內(nèi)卻是牧草茂盛，四季常青。這是為什么？五．教學(xué)案例1．教學(xué)過(guò)程教學(xué)過(guò)程教學(xué)活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)說(shuō)明教學(xué)引入[圖片引入]展現(xiàn)：缺氮的棉花、缺磷小麥與正常小麥、缺鉀的大豆和甘藍(lán)圖片。[講述]簡(jiǎn)介化學(xué)肥料的重要性，引出化學(xué)肥料的三要素。認(rèn)真傾聽(tīng)，引發(fā)好奇心，產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣。設(shè)置情景，激發(fā)學(xué)生的求知欲。簡(jiǎn)介化學(xué)肥料[板書(shū)]4.3化學(xué)肥料的主角[投影]化學(xué)肥料三要素：氮——氮肥：銨態(tài)氮肥〔NH4HCO3、NH4NO3、(NH4)2SO4〕硝態(tài)氮肥〔KNO3、NH4NO3〕有機(jī)氮肥(NH2)2CO尿素磷——磷肥：普鈣鉀——鉀肥：草木灰[引導(dǎo)閱讀]閱讀課本P29頁(yè)下-P30頁(yè)上的內(nèi)容，理解化學(xué)肥料的施用原那么〔適時(shí)、適地、適量〕。[資料轉(zhuǎn)引]在新疆與青海交界處有一山谷，人稱“魔鬼谷〞。經(jīng)常電閃雷鳴，狂風(fēng)暴雨，把人畜擊斃。然而谷內(nèi)卻是牧草茂盛，四季常青。這是為什么？[追問(wèn)]那么雷雨為什么可以產(chǎn)生肥料？它的成分又是什么？本節(jié)課，就讓我們帶著這些問(wèn)題進(jìn)入“氮?dú)夂偷墓潭è暤膶W(xué)習(xí)。學(xué)生討論得出：該現(xiàn)象正如一句農(nóng)諺“雷雨發(fā)莊稼〞，雷雨可以產(chǎn)生肥料。氮的固定[板書(shū)]一、氮?dú)夂偷墓潭╗講解]我們曉得對(duì)于植物的生長(zhǎng)來(lái)說(shuō)：氮是不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素，每年全世界的植物要從土壤中吸收大量的氮元素。雖然空氣中就有很多氮?dú)猓z憾的是絕大局部植物都無(wú)法直接吸收以游離態(tài)存在的氮元素，而只能吸收以化合態(tài)形式存在的氮元素。這就需要將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)變成氮的化合物，我們將這個(gè)過(guò)程稱為“氮的固定〞，簡(jiǎn)稱固氮。[板書(shū)]氮的固定：將大氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)變成氮的化合物，這個(gè)過(guò)程稱為“氮的固定〞，簡(jiǎn)稱固氮。[引導(dǎo)考慮]請(qǐng)同學(xué)們考慮：含氮元素的化合物通常是以NO3-或NH3,NH4+的形式被植物吸收，將氮元素從游離態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛蠎B(tài)，以化學(xué)反響類型的角度來(lái)分析，這個(gè)過(guò)程應(yīng)屬于什么反響？氮?dú)獗憩F(xiàn)出怎樣的性質(zhì)呢？?jī)A聽(tīng)，感悟。師生共同小結(jié)：從以上的分析我們可以看出:N2中N元素處于0價(jià)，所以N2應(yīng)該既具有氧化性，又具有復(fù)原性.固氮的過(guò)程正是利用了N2這樣的性質(zhì),可以分別通過(guò)氮?dú)獗谎趸虮粡?fù)原這兩條途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。理解什么是氮元素的固定，“固氮〞的重要意義,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，明確學(xué)習(xí)的內(nèi)容。使學(xué)生初步建立起利用氧化復(fù)原原理進(jìn)展固氮的思想。大氣固氮[板書(shū)]1、大氣固氮——雷電固氮反響原理：[過(guò)渡]全世界每年的雷電固氮量大約有4——5億噸.但遺憾的是由于時(shí)間或者地域的局限,這些氮元素不可能依照植物的需要及時(shí)地被吸收,那么除了N2被氧化的過(guò)程,是否可以通過(guò)其他途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)固氮呢？[講解]研究說(shuō)明:氮?dú)夂蜌錃饪梢栽诟邷?、高壓、催化劑的條件下合成氨，這是一個(gè)可逆反響。認(rèn)真傾聽(tīng)并考慮。進(jìn)一步使學(xué)生認(rèn)識(shí)到固氮的重要意義。工業(yè)固氮[板書(shū)]2、工業(yè)固氮：[講解]與自然界自身存在的雷電固氮不同，合成氨是通過(guò)人工方式進(jìn)展的固氮。產(chǎn)生的NH3大局部用于化肥的消費(fèi)，而正是由于化肥的使用才使人類真正擺脫了靠天吃飯的束縛，使每畝地的糧食產(chǎn)量大幅度進(jìn)步，這樣地球才可以養(yǎng)活50多億人口。傾聽(tīng)，領(lǐng)悟，驚奇。氮?dú)獾臉?gòu)造和性質(zhì)[過(guò)渡]以上我們從氮?dú)獗谎趸?、被?fù)原這兩條途徑認(rèn)識(shí)了固氮的兩種過(guò)程。大家是否注意到，氮元素由游離態(tài)向化合態(tài)的轉(zhuǎn)變都需要非常嚴(yán)格的條件。為什么固氮的過(guò)程如此困難呢？[講解]〔在學(xué)生討論的根底上,老師可以通過(guò)數(shù)字比擬說(shuō)明氮分子很穩(wěn)定〕科學(xué)證明：拆開(kāi)1mol需要945.8kJ能量,拆開(kāi)1molCl—Cl鍵只需要247kJ的能量，所以N2很穩(wěn)定，只要在一定條件下才干和其他物質(zhì)反響。[板書(shū)]▲氮?dú)?.氮分子的構(gòu)造：化學(xué)式電子式構(gòu)造式2、氮?dú)獾男再|(zhì)〔1〕跟氫氣的反響〔合成氨〕〔2〕跟氧氣的反響〔3〕跟某些金屬的反響[過(guò)渡]氮?dú)鈽?gòu)造的穩(wěn)定導(dǎo)致了固氮的困難，就在人類消耗大量精力和能源合成化肥的同時(shí)，科學(xué)家們卻驚奇地發(fā)現(xiàn)：實(shí)際上氮?dú)獗粡?fù)原為銨鹽的過(guò)程自然界早已存在，而且在常溫常壓下就能進(jìn)展。大家聽(tīng)說(shuō)過(guò)“生物固氮〞嗎？學(xué)生小組討論：結(jié)合氮分子的構(gòu)造，分析為什么固氮的過(guò)程非常困難。考慮、討論并小結(jié)：N2性質(zhì)上的穩(wěn)定是由于其分子構(gòu)造穩(wěn)定引起的。進(jìn)一步使學(xué)生樹(shù)立構(gòu)造決定性質(zhì)的觀點(diǎn)生物固氮[板書(shū)]〔接“2、工業(yè)固氮〞〕3、生物固氮[講解]大豆,蠶豆等豆科作物根部的根瘤菌中存在固氮酶,能在常溫常壓下把空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)變?yōu)榘?。與合成氨相比，生物固氮的優(yōu)越性是不言而喻的.模仿生物固氮正是目前科學(xué)研究的前沿。有興趣的同學(xué)可以課下查閱資料，進(jìn)一步做理解。閱讀課本P98頁(yè)內(nèi)容，并尋找答案。學(xué)生感悟：由自然的雷電固氮到人工合成氨固氮是人類科學(xué)研究并改造自然界的結(jié)果，而人類科學(xué)研究的極限往往是回歸自然——仿生固氮。理解“生物固氮〞的原理,使學(xué)生進(jìn)一步體會(huì)自然界的神奇,激發(fā)學(xué)生探求真理的熱情。氮?dú)獾挠锰嶽轉(zhuǎn)引]這節(jié)課我們討論了氮的固定的過(guò)程，而這一過(guò)程的研究也是對(duì)氮?dú)鈽?gòu)造、性質(zhì)的學(xué)習(xí)。由于氮在構(gòu)造上存在氮氮間的共價(jià)三鍵所以在常溫下很穩(wěn)定。但在一定條件，氮?dú)庖部膳c氧氣、氫氣反響，實(shí)現(xiàn)被氧化和被復(fù)原的固氮過(guò)程。你曉得或者你能推測(cè)出氮?dú)饩哂心男┯锰巻?？[投影練習(xí)]以下氮?dú)獾挠锰幨抢昧说獨(dú)獾哪男┬再|(zhì)?(1)氮?dú)庥脕?lái)替代稀有氣體作焊接金屬時(shí)的維護(hù)氣。(2)用充氮包裝技術(shù)保鮮水果等食品。(3)醫(yī)學(xué)上用液氮保管待移植的活性器官。(4)用氮?dú)庀M(fèi)氮肥。[小結(jié)]氮?dú)庥锰帲汉铣砂?、制硝酸、制氮肥、炸藥；用作燈絲、金屬、糧食、水果等農(nóng)副產(chǎn)品的維護(hù)氣；醫(yī)學(xué)上用液氮作冷凍劑；在高科技領(lǐng)域中常用于制造低溫環(huán)境等。分析考慮并答復(fù)。從化學(xué)再到社會(huì)，深化固氮的意義。培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)處理問(wèn)題的才干。小結(jié)本節(jié)內(nèi)容[總結(jié)]今天我們學(xué)習(xí)了氮?dú)夂偷墓潭?，課下請(qǐng)同學(xué)們將氮?dú)獾臉?gòu)造、性質(zhì)、用處以及氮的固定的過(guò)程進(jìn)展整合、歸納。討論小結(jié)，歸納用處。培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)才干。2．主要板書(shū)4.3化學(xué)肥料的主角化學(xué)肥料三要素：氮——氮肥：銨態(tài)氮肥〔NH4HCO3、NH4NO3、NH4SO4〕硝態(tài)氮肥〔KNO3、NH4NO3〕有機(jī)氮肥〔NH2)2CO尿素磷——磷肥：普鈣鉀——鉀肥：草木灰一、氮?dú)夂偷墓潭ǖ墓潭ǎ簩⒋髿庵杏坞x態(tài)的氮轉(zhuǎn)變成氮的化合物，這個(gè)過(guò)程稱為“氮的固定〞，簡(jiǎn)稱固氮。1、大氣固氮——雷電固氮反響原理：2、工業(yè)固氮：3、生物固氮：▲氮?dú)?.氮分子的構(gòu)造：化學(xué)式電子式構(gòu)造式2、氮?dú)獾男再|(zhì)〔1〕跟氫氣的反響〔合成氨〕〔2〕跟氧氣的反響〔3〕跟某些金屬的反響3、氮?dú)庥锰?．相關(guān)鏈接〔1〕合成氨、化學(xué)武器和哈伯〔——來(lái)源:jyw/homepage/XXLR1.AST?ID=5453〕在化學(xué)開(kāi)展史上，有一位化學(xué)家，雖早已長(zhǎng)眠地下，卻曾給世入留下過(guò)關(guān)于他的功過(guò)是非的劇烈爭(zhēng)論。他就是本世紀(jì)初世界出名的德國(guó)物理化學(xué)家、合成氨的創(chuàng)造者弗里茨?哈伯〔Fritz

Haber〕。贊揚(yáng)哈伯的人說(shuō)：他是天使，為人類帶來(lái)豐收和喜悅，是用空氣制造面包的圣人；詛咒他的人說(shuō)：他是魔鬼，給人類帶來(lái)災(zāi)難、痛苦和死亡，針?shù)h相對(duì)、截然不同的評(píng)價(jià)，同指一人而言，令人愕然；哈伯的功過(guò)是非終究如何，且看這位化學(xué)家一生所走過(guò)的輝煌而又坎坷的道路。１８６８年１２月９日哈伯出生于西里西亞的布雷斯勞〔現(xiàn)為波蘭的弗羅茨瓦夫〕，父親是知識(shí)豐富又善經(jīng)營(yíng)的猶太染料商人，耳聞目睹，家庭環(huán)境的熏陶使他從小和化學(xué)有緣。哈伯天資聰穎，好學(xué)好問(wèn)好動(dòng)手，小小年紀(jì)就掌握了不少化學(xué)知識(shí)，他曾先后到柏林、海德堡、蘇黎世求學(xué)，做過(guò)著名化學(xué)家霍夫曼和本生的學(xué)生。大學(xué)畢業(yè)后在耶拿大學(xué)一度從事有機(jī)化學(xué)研究，撰寫(xiě)過(guò)轟動(dòng)化學(xué)界的論文，哈伯１９歲就破格被德國(guó)皇家工業(yè)大學(xué)授于博士學(xué)位，１８９６年在卡爾斯魯厄工業(yè)大學(xué)當(dāng)講師，１９０１年哈伯和美麗賢慧的克拉克小組結(jié)為伉儷。１９０６年起哈伯任物理化學(xué)和電化學(xué)教授。１９世紀(jì)末化肥工業(yè)的呈現(xiàn)和開(kāi)展推動(dòng)了農(nóng)業(yè)消費(fèi)的開(kāi)展。隨著世界人口增長(zhǎng)對(duì)糧食的需求也日趨增大，再加上工業(yè)開(kāi)展和軍事上的迫切需要，使人工固氮在本世紀(jì)初成了世界性的嚴(yán)重研究課題。僅管不少化學(xué)家消耗了相當(dāng)大的精力，但仍未掌握一種較理想的人工固氮方法。１９０５年哈伯赴美國(guó)考察，回國(guó)后也采用高壓放電固氮，實(shí)驗(yàn)歷時(shí)一年效果不盡人意。后來(lái)從法國(guó)化學(xué)家用高溫、高壓合成氨發(fā)生爆炸的消息中獲得啟示，他也決然采用該法進(jìn)展試驗(yàn)，表現(xiàn)了他的果斷和勇氣。在歷經(jīng)無(wú)數(shù)次失敗后，

１９０９年７月２日哈伯在實(shí)驗(yàn)室采用６００℃、

２００個(gè)大氣壓和用金屬鐵作催化劑的條件下，人工固氮?jiǎng)倮胶夂蟀钡臐舛鹊竭_(dá)６％，首次獲得打破，當(dāng)年德國(guó)巴登苯胺純堿公司總經(jīng)理、工業(yè)化學(xué)家博施〔Carl

Bosch〕，參觀了哈伯的實(shí)驗(yàn)室，確認(rèn)他的方法勝利、有效，決定擴(kuò)大進(jìn)展中間試驗(yàn)。以后哈伯提出了原料氣循環(huán)使用的合理建議；博施也處理了從水煤氣中獲得氫氣的問(wèn)題。１９１０年建成新工藝流程的中試工廠。該公司的研究人員在化學(xué)家米塔斯〔Mitas〕的主持下，用２５００種不同的催化劑經(jīng)上萬(wàn)次試驗(yàn)，終于研制勝利含有鉀、鋁氧化物作助催化劑的價(jià)廉易得的高效鐵催化劑。１９１１年巴登公司在德國(guó)奧堡建成世界第一座日產(chǎn)３０

噸合成氨的工廠。人稱這種合成氨方法為“哈伯－博施法〞，這是具有世界意義的人工固氮技術(shù)的嚴(yán)重成就。是化工消費(fèi)實(shí)現(xiàn)高溫、高壓、催化反響的第一個(gè)里程碑。合成氨的原料來(lái)自空氣、煤和水，因而是最經(jīng)濟(jì)的人工固氮法，從而完畢了人類完全依靠天然氮肥的歷史，給世界農(nóng)業(yè)開(kāi)展帶來(lái)了福音；為工業(yè)消費(fèi)、軍工需要的大量硝酸、炸藥處理了原料問(wèn)題〕在化工消費(fèi)上推動(dòng)了高溫、高壓、催化劑等一系列的技術(shù)進(jìn)步。合成氨的勝利也為德國(guó)節(jié)省了巨額經(jīng)費(fèi)支出，哈伯、博施也一舉成名?！?〕光化學(xué)煙霧〔——來(lái)源：/Article/yyhx/huajing/200507/12.html〕光化學(xué)煙霧的形成過(guò)程是很復(fù)雜的,通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模仿研究,已初步弄清了它們的根本化學(xué)過(guò)程。大致上為:第一，被污染空氣中的NO2的光分解。第二，在被污染的空氣中同時(shí)存在著許多有機(jī)物，它們與空氣中的O2、O3、NO2起反響,氧化成一系列有機(jī)物,生成煙霧。第三，氧化過(guò)程中的中間產(chǎn)物導(dǎo)致NO向NO2轉(zhuǎn)化,并導(dǎo)致有毒物質(zhì)的產(chǎn)生。光化學(xué)煙霧一般發(fā)生在大氣相對(duì)濕度較低,氣溫為24℃～32℃的夏季晴天,污染的頂峰出如今中午或稍后?？赡苡捎谌展庹丈淝闆r不同,光化學(xué)煙霧除顯淡藍(lán)色外,有時(shí)帶紫色,有時(shí)帶褐色光化學(xué)煙霧能在空氣中遠(yuǎn)間隔傳播。當(dāng)來(lái)自太陽(yáng)光的光子激發(fā)NO2分解成NO和氧原子時(shí),光化學(xué)煙霧的循環(huán)便開(kāi)場(chǎng)了。NO2(g)+能量NO(g)+O(g)O2(g)+O(g)