氮肥的生产和使用
1课标和教材分析
课程标准对本课题的要求是“通过实验了解氯、氮、硫、硅等非金属及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响”。本课题以含氮元素物质之间的转化为线索，通过含氮元素物质之间的转化认识化学与人类生产、生活及发展的关系，彰显化学学科的价值，并为后续HNO3生产的学习奠定基础。
2教学目标
（1）认识氮元素从氮气到氨、再到铵态氮肥的转化过程，体会化学中的“元素转化”观念，感受元素转化在农业生产中的重要价值。
（2）通过研究氮元素的转化过程，了解氨、铵盐的性质，强化理论推理、实验探究、分析综合等科学方法的应用。
（3）通过合成氨的历史认识研究物质转化的重要意义，理解科学、技术和社会之间的相互联系。
3学情分析
在学生的已有认知结构中，已经具备了氧化还原反应的理论基础，并且通过前一单元“硫和含硫化合物的相互转化”的学习已经初步具备了从元素视角去认识物质之间转化关系的能力。
4教法和学法分析
因此，基于以上对教学目标和学情的分析，本节课拟采用情境创设、理论分析、实验探究的教学模式，让学生在理性思维的指导下进行分析讨论、实验探究，主动构建含氮元素的物质之间的转化关系。
4教学过程
环节1：创设情境，引发认知冲突
【情境】（1）植物所需的营养元素；（2）植物缺氮后果；（3）空气中气体含量图
【问题】空气中含有79%的氮气，那么植物能否直接从空气中吸收氮元素呢？
【活动】学生分析植物能吸收的是含氮元素的化合物，只有极少数根瘤菌植物能将游离态的氮转化为可吸收的化合态的氮。绝大多数植物不能直接从空气中吸收氮元素。
【问题】那么如何将空气中的游离态的氮转化为植物所需的化合态的氮？
（设计意图：此教学环节基于学生已有认知和生活经验，从植物需要氮元素和空气中含有大量的氮元素植物却不能直接吸收的矛盾中创设认知冲突，自然引出问题，从而过渡到本节课的第一个学习任务：寻找将游离态的氮转化为化合态的氮的可能路径。）环节2：寻找游离态的氮转化为化合态的氮的可能路径（学习任务一）
【提示】这一过程从反应原理上分析是一个什么样的过程？可能的路径有哪些？
【活动】学生分析这是氧化还原反应的过程，有两种路径，一是氮元素化合价升高，被氧化；二是氮元素化合价降低被还原。
【追问】氮元素化合价升高的可能产物是哪些？所发生的化学反应是什么？
【活动】学生从已有认知结构中提取N2→NO→NO2→HNO3的化学反应过程，分析这是一个氮元素化合价逐步升高被氧化的过程，正是“雷雨发庄稼”的原理，是自然界中实现的固氮。
【问题】雷声闪电的天气毕竟很少，因此自然固氮远远不能满足农作物生产的需要。需要人工固氮。氮气在放电或高温条件下才能与氧气发生反应，这样的条件在实验室和工业生产中很难实现。那么，从理论上分析，还有什么途径可以实现氮元素从游离态转化为化合态？可能的产物又是什么？
【活动】学生分析氮元素还有可能从0价降低为-3价，可能的产物为NH3，在此过程中N2为氧化剂，需要与还原剂作用，还原剂可选H2，所以，可能发生的反应为N2 + H2 = NH3
（设计意图：在此环节中，让学生以已有的氧化还原反应理论为基础进行演绎推理，不仅唤起学生已有认知结构中关于氮氧化物的产生及转化的相关知识，而且依然从矛盾冲突中引出本节课的学习重点之一——从N2到NH3的转化，不仅充分发挥了理论知识对元素化合物学习的指导作用，而且让学生新知的学习在原有的认知结构中找到固定点。）【历史回溯】化学史上，科学家也经历了和我们一样的理性思考过程，但从理论分析的可能性到实践中的可行性却经历了漫长的历史过程：
19世纪下半叶，德国化学家能斯特提出，氮气和氢气在高压下可以合成氨；
1900年，法国化学家勒夏特列第一个进行高压合成氨的实验，失败；
1909年，德国化学家哈伯在实验室中高温高压催化剂条件下成功合成了氨；
1913年，实现了氨生产的工业化；
1912-1919年，德国化学家波斯经过1万多次试验，筛选出合成氨反应的最适合催化剂；
由于合成氨工艺在解决人类粮食危机上的巨大贡献，哈伯和波斯分获1918年和1932
年诺贝尔化学奖。
（设计意图：在此环节中，师生共同回溯合成氨历史，不仅验证从理论上推理氮元素转化路径的合理性，也让学生认识到从理论到实验再到工业化还需科学家坚持不懈的努力，同时认识到条件控制对物质转化的重要性。）
【展示】一瓶氨气
【问题】通过几代科学家的努力，实现了氮元素从游离态到化合态的转化，那么生产出来的氨气能否直接用作氮肥？如果要有效用作氮肥，可能的路径又是什么？
【活动】学生通过观察氨气，小结出氨气在一般状况下是无色的密度比空气小的气体，故不能直接用作氮肥。可能的路径是将氨气转化为液态。
（设计意图：此环节让学生在观察归纳氨气物质性质的基础上，分析氨气并不能直接用作氮肥，从而衍生出问题，过渡到本节课的第二个学习任务：寻找将氨气转化为液态氮肥的可能途径）
环节3：寻找氨气转化为液态氮肥的可能路径（学习任务二）
【活动】学生分析，可能路径一是将氨气转化为液态氨，二是将氨气溶于水
【展示】氨气沸点数据：-33.5℃
【活动】根据数据分析，液氨易汽化，所以不宜用作氮肥，但利用其汽化时吸收大量的热，工业上可作制冷剂。
【问题】那么氨气能溶于水吗？你能设计一个实验证明吗？
【活动】学生提出证明氨气能溶于水的实验方案（如在盛满氨气塑料瓶中滴入少量的水等），并利用教师提供的仪器和药品等进行分组实验（可以是学生自主设计的实验，也可以是教师设计的微型喷泉实验等）。
【归纳】师生共同分析实验现象及其背后原因，归纳出氨气极易溶于水，溶于后的溶液显碱性，并写出相应的化学方程式和电离方程式，分析这一转化过程属于非氧化还原反应。
（设计意图：此环节仍然紧扣物质的转化这一线索，让学生经历了理论分析→实验验证→归纳小结的探究过程，问题的提出和解决都在学生的积极的思维活动和实验活动中完成，将对氨气性质的学习融合于研究物质的转化过程中。）
【展示】浓氨水，扇闻气味。
【问题】你认为氨水作为氮肥有哪些利弊呢？
【活动】学生分析氨水中的铵根离子易被吸收，但氨水易挥发，氮元素的利用效率低，且氨水贮存、运输都不方便。
【问题】氨水作为氮肥使用时由于存在着上述问题早已退出了市场。现在市场上普遍使用的是固态氮肥，（PPT呈现常用氮肥）那么这些氮肥又是如何转化而来的呢？
（设计意图：通过分析氨水用作氮肥的不足，意识到进一步转化的必要性，自然过渡到本节课的第三个学习任务：寻找将氨气转化为固态氮肥的可能途径。）
环节4：寻找氨气转化为固态氮肥的可能路径（学习任务三）
【提示】从NH4Cl、(NH4)2SO4、NH4NO3等固态氮肥的组成及氮元素的化合价分析从氨气转化为这些固态氮肥的可能路径是什么？如何证明？
【活动】分析这些固态氮肥都由铵根和酸根所组成，且氮元素的化合价仍为-3价，可能由氨气与相应的酸化合而成。可设计实验看看氨气能否与盐酸、硫酸等反应。
【演示】实验“空瓶生烟”等。
【小结】通过实验证明了氨气的确可以与酸反应生成固态氮肥，书写相应的化学反应方程式。
（设计意图：让学生从组成上去推理从氨气到固态氮肥的转化途径，再通过实验验证猜想的合理性，强化了演绎推理、实验归纳等科学方法的应用。）
【活动】找出碳酸氢铵试剂瓶，打开瓶塞，轻轻扇动瓶口
【问题】为什么在盛放碳酸氢铵的试剂瓶口能闻到氨气的气味？
（教学设计意图：从实验现象出发，分析固态铵盐可能的性质及其转化，从而过渡到第四个学习任务：探寻由铵盐性质所引起的转化。）
环节5：探寻铵盐使用过程中的可能转化（学习任务四）
【活动】从盛放碳酸氢铵的试剂瓶口能闻到氨气的气味这一现象分析，铵盐可能不稳定，易分解放出氨气。
【实验】加热氯化铵固体。
【小结】铵盐不稳定，受热易分解。
【问题】从NH4+→NH3的转化实质上是H+被夺去的过程，通过加热可实现这一转化，请同学们再思考下还有什么途径可以夺去NH4+中的H+？
【活动】学生分析H+还有可能被OH-夺去，所以铵盐可能与碱发生化学反应。
【实验】加热少量氯化铵与氢氧化钙的混合物，并检验反应产生的气体。
【小结】铵盐与碱反应放出氨气。
【问题】通过刚才的实验我们知道了铵盐在使用过程中可能发生哪些转化？由此你能否为农民制作一个使用化肥时的小贴士？
【活动】学生从铵盐受热易分解及与碱反应放出氨气等性质分析，并小结出在铵盐使用时应保存在阴凉处，避免与碱性肥料混合施用等。
（设计意图：此教学环节或从实验现象出发，或从理论分析开始，逐步引出铵盐的化学性质以及由此引起的物质转化，通过让学生为农民制作化肥使用小贴士的方式，不仅让学生活学活用，也让学生体验到学习的成功感。）
环节6：整合、反思与拓展
【问题】（1）请同学们总结本节课的研究思路和方法；
（2）“氮肥的生产和使用”实质上是什么过程，体现了什么化学反应原理？
（3）从今天所学的物质转化过程中能否小结出氨气、氨水及铵盐的化学性质？
（4）我们今天所学的固态氮肥主要是铵态氮肥，而氮肥还有硝态氮肥以及尿素等，那么又如何实现从氨气到硝态氮肥或尿素的转化呢？请同学们课后探究。
（设计意图：在课堂小结阶段，通过以上问题不仅引导学生小结研究问题的思路，帮助学生认识化学学科的思维方法和问题解决路径，还让学生认识到氮肥的生产和使用实质上是氮元素的转化过程，即将无法利用的游离的氮转化为可以利用的化合态的氮，再转化为更好利用的氮的过程。由于本节课以研究“转化”作为本节课的线索，所以在结束时让学生利用转化反思小节物质的性质，使学生对性质的认识更加理性。而通过第4个问题形成了拓展延伸教学内容的引子，使得本节课意犹未尽。）
5板书设计
6 教学设计特色
本节课以4个环环相扣的“含氮元素的物质之间的转化”探究任务为线索，构建了清晰的教学思路，突显了“元素观”，体现了研究物质转化的重要意义。学生在深层次的认知参与和积极的情感体验中完成了知识的建构和观念的形成。