NB化学创新课堂｜第14期：氮的循环（上）
NOBOOK乐步教育2020-10-16 14:27
教学目标
1. 知识与技能
（1）了解自然界中的氮循环及人类活动对氮循环的影响；
（2）通过了解自然固氮和人工固氮形式，认识氮及其氧化物的性质；
2. 过程与方法
（1）培养学生通过观察实验现象，总结分析物质性质的能力；
（2）初步体会反应条件对化学反应产物的影响，进一步认识实验中控制变量的思想。
3. 情感、态度、价值观
（1）通过了解合成氨工业发展的过程，体会从实验室研究到工业生产的过程，渗透化学与技术关系的教育；
（2）通过对一氧化氮既有益处又有害处的性质的了解，认识事物具有两面性，树立辩证看待事物的思想。
教学重点和难点
1. 重点：自然界中氮的循环、氮及其氧化物的性质；
2. 难点：氮循环中物质之间的转化。
教学过程
1．引入
不知道大家有没有听过一句俗语，叫做雷雨发庄稼，就是说往往在雷雨天之后，农作物的长势会更加旺盛。这句俗语不仅是前人智慧的结晶，而且也蕴含了一定的科学道理，那其中的原理究竟是怎样的呢？学习完今天的课程，大家自然就会明白了。
2. 教师讲解
空气中除了供我们呼吸的氧气之外，含量最高的气体就是氮气。氮除了以游离态存在于大气中，还以化合态的形式广泛存在于动植物体、水体及土壤中。事实上，自然界的氮是在不断进行循环的，氮的循环涉及地球上生物圈的方方面面。观察课本第105页氮在自然界中的循环示意图，说一说氮的转化方式都有哪些？它们的转化产物都是什么？然后阅读第106页关于自然界中氮的循环的知识。
从自然界中氮的循环中我们可以发现，化合态的氮相互转化的形式有很多，但是游离态的氮转化为化合态的氮的途径其实很少，一共只有三种。一是生物固氮，即豆科植物根部的根瘤菌可以将空气中的氮气转化为含氮化合物，二是通过闪电将空气中的氮气转化为含氮化合物，这两种方式又统称为自然固氮，其中前者更为主要，其固氮量约占自然固氮总量的90%。
说到闪电，是不是有同学感觉这可能和我们说到的雷雨发庄稼可能有某些联系呢？那我们来做个实验，模拟一下氮气在雷雨天发生的变化吧。
3. 探究实验
利用NOBOOK虚拟实验，进行第107页“模拟闪电固氮，认识氮及其化合物的性质”实验。观察实验现象，并分析发生的反应，思考氮气、一氧化氮和二氧化氮分别具有哪些物理和化学性质。
4. 讨论交流
在放电条件下氧气与氮气的反应中，可以观察到气体逐渐变成红棕色，说明氧气与氮气在放电条件下反应生成了一氧化氮，然后一氧化氮与氧气又进一步反应生成了二氧化氮。从一氧化氮转化为二氧化氮的反应中也能看出这一点。最后在盛有二氧化氮的试管中注入蒸馏水后，红棕色逐渐消失，说明二氧化氮可以溶于水。而且用pH试纸测得溶液为强酸性，猜测二氧化氮溶于水后还发生了反应，生成的物质应该是硝酸。
5. 教师讲解
从以上的过程中我们可以推测出雷雨发庄稼的真正原因。首先，在闪电的作用下空气中的氮气与氧气反应生成一氧化氮，一氧化氮再与氧气反应生成二氧化氮。然后二氧化氮溶于雨水，转化为硝酸，落到地面和土壤中。最后硝酸和土壤中的矿物质反应形成硝酸盐，最终作用就等同于硝态氮肥。因此雷雨过后，相当于给农作物施了一次肥，所以庄稼的长势就会更好。
搞清楚这个问题的原理之后，阅读第108页关于氮气、一氧化氮和二氧化氮的介绍，总结其中给出的三者的性质填入表中，然后谈谈对于一氧化氮既能造成人体缺氧，又在生物学上具有独特作用这一看似矛盾的属性的看法。
除自然固氮以外，第三种方式就是人工固氮。因为只靠自然固氮，氮肥的产量完全不够，世界上一半的人都会饿死。而人工固氮的主要途径就是合成氨。阅读第109页化学与技术模块，了解合成氨工业的发展过程，体会化学对人类发展的巨大贡献。
合成氨虽然是主要的人工固氮方式，但是需要的条件非常苛刻，所以科学家们一直在寻找新的人工固氮的方式。其中一种就是模拟生物固氮，利用某些金属有机化合物为催化剂实现常温常压固氮，仿生固氮是当今科学界最为关注的研究课题之一，而且具有非常重要的现实意义。
6. 拓展
课后了解1918年诺贝尔化学奖获得者哈伯的生平，写一个小短文介绍他的事迹并阐述一下你对哈伯的看法。
板书设计
1. 氮的固定
2. 氮及其氧化物的性质
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