氮气和氢气反应
-物理实验中心
2023年2月23日发(作者：中国的法律体系)氮气和氮的固定教学设计分析
氮气和氮的固定
教材分析：
本章教材在章引言中，介绍了氮族元素的相似性和递变规律。在这之前高一
已介绍过原子结构、元素周期律的知识，氧族元素、碳族元素等元素化合物的
知识，学生对于运用理论指导元素化合物知识学习的方法已经有了一定的了解。
所以本章没有将这部分内容单独编节，而是作为章引言介绍。
本章第一节的主要内容包括两部分。一是氮气，包括：氮气的物理性质，氮
分子的结构，氮气的化学性质，氮氧化物的污染，氮气用途；二是磷，包括：
磷的化学性质，磷的同素异形体白磷、红磷的区别与转化。
“教材只是课程的一种范例”。在教材节的教学设计方案中，我们根据设
计的教学目标对教材内容进行了重新的设计，将氮及其化合物的知识整合为“氮
气和氮的固定”，将章引言与磷的有关知识整合为下一节课时内容，将氮氧化
物的污染的相关内容安排到硝酸一节处理。这样处理第一课时是因为氮元素在
自然界的循环中起着重要的作用。近些年来，人类活动对氮元素在自然界中循
环的影响也越来越大。氮元素在自然界的循环又是具体的物质循环。让学生了
解氮元素在自然界的循环，了解化学物质、化学反应在自然界循环中重要作用，
了解化学物质、化学反应对人类生产生活的重要意义，可以使学生在掌握基本
的化学知识的同时培养学生对化学的兴趣，建立可持续发展的观念，体会化学
对人类、社会发展所起的重要作用。这也是将本课时的课题定为“氮气和氮的
固定”的重要原因。
教学目标：
知识技能：1．通过对“氮的固定”的原理、方法的探究，使学生掌握N2的性
质、用途，了解NO、NO2的性质；
2．使学生了解氮分子结构对氮气性质的影响。
过程方法：通过对固氮原理、方法的学习，培养学生利用氧化还原思想分析解
决问题的能力，学习通过实验探究解决问题的科学方法。
情感态度价值观：通过对固氮原理、方法的学习，培养学生利用氧化还原思
想分析解决问题的能力，学习通过实验探究解决问题的科学
方法。
教学重点、难点：
氮气的化学性质、氮分子结构对氮气性质的影响。
教学方法：
问题探究法
教学流程：
创设情境，
录像“一场雷雨一
从化学再
到社会，深
化固氮的
意义。知道
由自然的
由元素到
具体物质，
学生了解“氮的固定”
的含义及意义并从氧
化还原的观点理解
展开活动探
究、交流研
理论推测、实
对比合成
从氧化还
原的另一
从结构角度
课堂实录：
探究
（3）雷雨固氮过程中是否有氮氧化物产生呢？看“模拟雷雨放电”录象。
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.
学生们认真观察，及时记录，并展开热烈的讨论。乔老师走到学生中间倾
听学生的看法，给与学生必要的引导。
学生发言：展示投影——活动记录表，汇报讨论结果。
乔老师小结：科学实验证明，雷雨天所谓“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N
2
的还原性。
4.介绍“人工固氮——合成氨”的反应原理和重要意义
乔老师过渡：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N
2
被氧化的过程，是否可以通过其他途径来实现固氮呢？
教师讲解：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。
N
2
+3H
3
2NH
3
合成氨
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NH
3
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，这样地球才能够养活50多亿人口。
5.探究氮气稳定的原因
乔老师引导分析：以上我们从氮气被氧化、氮气被还原这两条途径认识了
固氮的两种过程，不知道大家是否注意到：氮元素由游离态向化合态的转变都
需要非常严格的条件，为什么固氮的过程如此困难呢？请你结合化学键的观点
以小组讨论的形式分析为什么固氮的过程非常困难呢？
学生结合活动记录表讨论，交换意见得出结论：N
2
分子是两个N原子通过3
对共用电子对（）结合而成的，分子中存在的很牢固，使
断裂需要很高的能量，所以表现出氮气很难与氢气、氧气反应。
乔老师利用一组数据比较说明氮分子很稳定：科学证明：拆开1mol
需要945.8kJ能量，拆开1molCl—Cl键只需要247kJ的能量。所以N
2
很稳定，
只有在一定条件下才能和其他物质反应。
6.介绍生物固氮
乔老师调动学生转换思路：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？
学生畅所欲言：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。
高温、高压
催化剂
教师进一步鼓励学生：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。
7.利用氮气的用途对本节知识进行整合，总结
乔老师作整体性总结：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。你知道或者你能推测出氮气具有哪些用途吗？
学生根据这节课所学内容指出：氮气能做保护气，通过合成氨制化肥、硝酸
等化工产品，液氮可做冷冻剂等。乔老师引导学生将用途与氮气的结构和性质
相联系，很好的复习、整合了知识内容。
结课：今天我们学习了氮气和氮的固定，你有些什么样的收获呢？课下请
同学们就知识内容，将氮气的结构、性质、用途以及氮的固定的过程进行整合、
归纳。当然除了知识内容，你在学习方法上、情感上有什么体验也可写入“我
的收获”中。作为作业，请同学们独立完成活动三。