氮肥的生產(chǎn)和使用

1、氮肥的生產(chǎn)和使用（蘇教版化學(xué)必修1）吳光明  蘇州高新區(qū)第一中學(xué)1 課程標(biāo)準(zhǔn)、教材以及學(xué)生分析1.1 課程標(biāo)準(zhǔn)和教材分析對(duì)于氮肥的生產(chǎn)和使用的教學(xué)，課程標(biāo)準(zhǔn)要求了解氨氣和銨鹽的主要性質(zhì)和應(yīng)用，知道使用氮肥的注意事項(xiàng)，認(rèn)識(shí)到科學(xué)使用化肥的意義，還要求學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)物質(zhì)在造福人類、推動(dòng)人類社會(huì)物質(zhì)文明發(fā)展中所起的作用，并且形成化學(xué)物質(zhì)的不合理使用也會(huì)引起環(huán)境污染等社會(huì)問(wèn)題的觀點(diǎn)，進(jìn)而使學(xué)生樹立科學(xué)地應(yīng)用化學(xué)物質(zhì)促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)發(fā)展觀。氮肥的生產(chǎn)和使用屬于元素化合物知識(shí)的范疇。本節(jié)課主要包括了合成氨工業(yè)、氨的的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)以及銨鹽的性質(zhì)。它是在前面學(xué)習(xí)了氮氧化物的產(chǎn)生及轉(zhuǎn)化基

2、礎(chǔ)上的進(jìn)一步深入，也為接下來(lái)學(xué)習(xí)硝酸的性質(zhì)做了一個(gè)知識(shí)性和結(jié)構(gòu)性的鋪墊。所以本節(jié)內(nèi)容在教材上起到了一個(gè)承上啟下的作用。從教材的安排結(jié)構(gòu)上來(lái)看，教材首先介紹了合成氨工業(yè)的發(fā)展及其重要意義，又通過(guò)實(shí)驗(yàn)介紹了氨的物理性質(zhì)以及化學(xué)性質(zhì)。接下來(lái)，教材又具體介紹了銨鹽的性質(zhì)。教材在拓展視野中介紹了氮在自然界中的循環(huán)。教材的安排順序體現(xiàn)了從游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)變?yōu)榈实恼麄€(gè)過(guò)程，這樣的安排順序就很好的體現(xiàn)了教材的內(nèi)在邏輯與學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的統(tǒng)一性。1.2 學(xué)生分析從學(xué)生的角度來(lái)看，學(xué)生在九年級(jí)化學(xué)學(xué)習(xí)中，就已經(jīng)知道化肥的種類和判斷方法，并且知道了常見氮肥種類及氮肥對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)所起的作用，通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解到銨態(tài)氮肥不能夠與堿

3、性肥料混合施用以免氮元素的損失；在蘇教版必修一的專題一第二單元常見物質(zhì)的檢驗(yàn)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生掌握了銨根離子的檢驗(yàn)方法，此外，學(xué)生此時(shí)已經(jīng)初步學(xué)會(huì)了對(duì)比、分析、推理、實(shí)驗(yàn)的方法，有能力對(duì)產(chǎn)生不同現(xiàn)象的原因進(jìn)行初步分析；在過(guò)去有關(guān)元素化合物知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生已經(jīng)初步建立起了包括元素觀、轉(zhuǎn)化觀、分類觀、實(shí)驗(yàn)觀和化學(xué)價(jià)值觀等在內(nèi)的學(xué)科觀念，通過(guò)對(duì)氨氣和銨鹽的性質(zhì)、用途的學(xué)習(xí)，能夠在鞏固學(xué)生原有學(xué)科觀念的同時(shí)，使他們對(duì)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化觀、分類觀、元素觀等形成辯證的認(rèn)識(shí)。2. 教學(xué)目標(biāo)2.1 知識(shí)與技能：（1）知道工業(yè)合成氨的原理，掌握氨和銨鹽的性質(zhì)和用途、使用方法。（2）知道氨的合成對(duì)氮肥生產(chǎn)的促進(jìn)作用，認(rèn)

4、識(shí)科學(xué)使用氮肥的方法和意義。2.2 過(guò)程與方法：通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)掌握氨和銨鹽的性質(zhì)，學(xué)會(huì)觀察實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)，并能從實(shí)驗(yàn)中獲取知識(shí)。引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物質(zhì)轉(zhuǎn)化的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)比、分析和總結(jié)知識(shí)的能力。 2.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀： 通過(guò)了解合成氨工業(yè)、氮肥生產(chǎn)和使用給人類社會(huì)帶來(lái)的巨大變革，讓學(xué)生感受到科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)的相互關(guān)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，使其樂(lè)于探究物質(zhì)變化的奧秘，體驗(yàn)科學(xué)探究的艱辛與喜悅，樹立可持續(xù)發(fā)展的觀念。3. 教學(xué)重難點(diǎn)本課的教學(xué)重點(diǎn)為氨氣的性質(zhì)以及銨鹽的性質(zhì)。本課的教學(xué)難點(diǎn)為氨的轉(zhuǎn)化。氮肥的生產(chǎn)和使用包含了氨及銨鹽的相關(guān)性質(zhì)，但學(xué)生很難理解氨合成及氨轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮肥等氮肥的目的及

5、意義。突破該難點(diǎn)的辦法是通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)感受、獨(dú)立思考、分組討論、探究實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)，使學(xué)生在遇到物質(zhì)性質(zhì)不符合生產(chǎn)實(shí)際要求時(shí)，能用物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方法結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)的方法去解決，而物質(zhì)的轉(zhuǎn)化可以從物質(zhì)的分類觀、物質(zhì)變化的兩種途徑（氧化還原反應(yīng)和非氧化還原反應(yīng)）來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的自主學(xué)習(xí)。4. 教學(xué)流程圖5. 教學(xué)過(guò)程導(dǎo)入 植物的 “飯”是什么？請(qǐng)聽專家的介紹。教師：植物的 “飯”是肥料，以前農(nóng)民常用有臭味的有機(jī)肥，當(dāng)前常用的肥料是化肥，那常見的化肥種類有哪些呢？學(xué)生：氮肥、磷肥、鉀肥和復(fù)合肥料等。教師：化肥是不是越臭越好？帶著這個(gè)問(wèn)題，今天我們來(lái)學(xué)習(xí) “氮肥的生產(chǎn)和使用”。過(guò)渡：氮肥中氮是指氮

6、元素吧？植物生長(zhǎng)在缺氮的環(huán)境中嗎？不可能呀，空氣中就含有大量的氮元素??！ 投影：自然界中絕大部分的氮元素以氮?dú)庑问酱嬖谟诳諝庵校ù髿庵械丶s為4000萬(wàn)億噸）教師：植物沐浴著如此多的氮元素，那我們?yōu)槭裁催€要人工生產(chǎn)氮肥呢？（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)空氣中氮元素質(zhì)量龐大這樣的情境引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，促使學(xué)生思考氮肥與氮?dú)獾膮^(qū)別及聯(lián)系。）學(xué)生：氮?dú)夂芊€(wěn)定，難以被植物直接吸收利用。投影：只有少部分植物能夠把氮?dú)廪D(zhuǎn)化為可以吸收的化合態(tài)的氮。過(guò)渡：所以，氮肥首先是化合態(tài)的氮。問(wèn)題：工廠要生產(chǎn)氮的化合物，那含氮元素的原料你優(yōu)先會(huì)選擇哪一種物質(zhì)呢？依據(jù)何在？學(xué)生：氮?dú)饣蛘呖諝?；因?yàn)榭諝庵械獨(dú)赓Y源豐富易得；成本低，不

7、要錢。教師：同學(xué)的觀念很有價(jià)值，體現(xiàn)了工業(yè)設(shè)計(jì)中：資源就近利用、原料豐富易得、節(jié)約成本的思想?；瘜W(xué)家也是這樣想的。（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)原料的選擇，讓學(xué)生了解工業(yè)設(shè)計(jì)上原料選擇的基本思想和方法：原料易得，節(jié)約成本，資源最好能就近利用。）教師：化學(xué)家曾經(jīng)用氮?dú)夂脱鯕獾姆磻?yīng)來(lái)制造氮肥，但轉(zhuǎn)化率很低且消耗大量能源，后來(lái)放棄了。許多化學(xué)家開始嘗試用氮?dú)夂蜌錃鈦?lái)合成氨。板書：N2+3H2 2 NH3。教師：就這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)家為此苦苦探索了約150多年，許多人都失敗了。直到20世紀(jì)初，德國(guó)化學(xué)家哈伯在實(shí)驗(yàn)室里用高壓和高溫和催化劑條件下首次合成了氨。高溫 高壓催化劑投影： 哈伯的圖片。板書：合成氨反

8、應(yīng)N2+3H2 2NH3來(lái)投影合成氨工廠和波施的圖片。教師：從實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)到大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)還有很長(zhǎng)的一段路要走?；瘜W(xué)家波施花又了5年的時(shí)間，做了兩萬(wàn)多次實(shí)驗(yàn)，找到了更優(yōu)良的催化劑并且解決了合成塔如何耐高壓的難題，終于將哈伯研究的成果設(shè)計(jì)付諸工業(yè)生產(chǎn)。教師：哈伯的實(shí)驗(yàn)原理與波施的技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生了強(qiáng)大的生產(chǎn)力，從此，以氨為原料的氮肥的生產(chǎn)大門打開了，人類能夠制造出足夠的氮肥來(lái)滿足植物的生長(zhǎng)，讓二十多億人擺脫了饑餓，二十多億！多么偉大的發(fā)明，他們二人也因此獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。（設(shè)計(jì)意圖：了解合成氨工藝的偉大意義，知道化學(xué)、技術(shù)相結(jié)合才能夠更好地造福人類。）展示：氨在通常狀況下氣體，我這里有一瓶氨氣。問(wèn)

9、題：氨氣能直接用作氮肥嗎？ （可先問(wèn)氨氣的密度）學(xué)生：不適合做氮肥，氨氣是氣體，而且比空氣輕，容易逸散，難以被植物吸收利用。過(guò)渡：氨氣是氣體，不適合做氮肥，能否把氨氣轉(zhuǎn)化為液體？比如？ （設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)氮元素的吸收利用率來(lái)展開氮肥的使用過(guò)程的演變和氮肥的優(yōu)化。）問(wèn)題：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明瓶子中氨氣易溶于水？（學(xué)生討論設(shè)計(jì)方案）演示 慢慢擰開收集滿氨氣的礦泉水瓶塞，迅速倒入少量含酚酞的水，馬上塞緊瓶塞，上下?lián)u動(dòng)瓶體。請(qǐng)學(xué)生描述現(xiàn)象。學(xué)生：瓶子完全癟了說(shuō)明氨極易溶于水；書中P99頁(yè)第一行有數(shù)據(jù)常溫常壓下，那就是1體積的水中能夠溶解700體積的氨氣。 教師：水變紅了？我事先在水中加了幾滴酚酞，那水變紅說(shuō)

10、明了什么呢？結(jié)論：氨氣的水溶液顯堿性這說(shuō)明氨氣與水反應(yīng)生成了一種堿。實(shí)驗(yàn)總結(jié)、板書：NH3+H2O NH3· H2O NH4+OH- 過(guò)渡：氨水在我國(guó)上世紀(jì)七八十年代曾經(jīng)作為氮肥使用過(guò)，它有價(jià)格低、肥效快等優(yōu)點(diǎn)。但現(xiàn)在氨水化肥現(xiàn)在很少使用，是什么原因呢？ 學(xué)生實(shí)驗(yàn)一：請(qǐng)同學(xué)們聞聞氨水的氣味？ 氨臭味講解：氨氣溶于水時(shí)絕大部分氨轉(zhuǎn)化為NH3· H2O，但氨水又散發(fā)出濃烈的氨臭味，說(shuō)明NH3· H2O又能分解產(chǎn)生并揮發(fā)出NH3，所以NH3與H2O的反應(yīng)是可逆過(guò)程。板書：完成NH3+H2O NH3· H2O提問(wèn)：氨水化肥很臭。如果你是農(nóng)民，你愿意使用嗎？它的缺

11、點(diǎn)是什么？結(jié)論：氨易揮發(fā)，肥效降低!由此看來(lái)，氨水化肥的臭反而是其缺點(diǎn)。追問(wèn)：氣態(tài)的氨氣不行，液態(tài)的氨水肥效低，如果你是設(shè)計(jì)師，你會(huì)把氨轉(zhuǎn)化為哪種狀態(tài)的氮肥比較好呢？固態(tài)（設(shè)計(jì)意圖：有思維過(guò)程的追問(wèn)，以角色扮演的角度科學(xué)地選擇實(shí)際方案。）過(guò)渡：如何轉(zhuǎn)化呢？一水合氨是堿，堿可以與酸反應(yīng)生成銨鹽，那氨氣能否直接與酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化為固態(tài)氮肥呢？。演示：空瓶生煙實(shí)驗(yàn)（設(shè)計(jì)意圖：實(shí)驗(yàn)?zāi)g(shù)化，激發(fā)學(xué)生的興趣。）PPT：投影實(shí)驗(yàn)效果分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程板書：NH3+HCl= NH4Cl（講解常溫下即可反應(yīng)，等會(huì)同學(xué)們自己做實(shí)驗(yàn)時(shí)還會(huì)遇到此反應(yīng)）學(xué)生板演：書寫氨氣與硫酸、硝酸反應(yīng)方程式。（老師補(bǔ)寫氨氣生產(chǎn)NH4HCO3的反

12、應(yīng)原理）過(guò)渡：氨氣與酸反應(yīng)生成銨鹽，常用作銨態(tài)氮肥，與氨水相比，銨態(tài)氮肥有沒(méi)有臭味？在使用時(shí)需要注意什么？ 情境：司機(jī)發(fā)現(xiàn)天熱時(shí)運(yùn)輸碳酸氫銨化肥時(shí)質(zhì)量會(huì)變輕，而且還會(huì)聞到臭味，那碳銨去哪兒了？學(xué)生：碳酸氫銨分解了。學(xué)生實(shí)驗(yàn)二：用濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙放在碳酸氫銨、氯化銨瓶口，觀察現(xiàn)象？（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)比較、類比的方法來(lái)學(xué)習(xí)新知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。）匯報(bào)交流：常溫下碳酸氫銨分解了，氯化銨沒(méi)有，那天熱時(shí)氯化銨能否分解？學(xué)生實(shí)驗(yàn)三：加熱少量氯化銨晶體，觀察現(xiàn)象，驗(yàn)證假設(shè)。解釋現(xiàn)象： 試管底部固體變少至完全消失氯化銨分解了。板書：NH4Cl = NH3+HCl；問(wèn)題： 有沒(méi)有聞到氨臭味？既然生產(chǎn)了氨氣，

13、為什么聞不到氨臭味？還有試管中部發(fā)生了什么現(xiàn)象？白色固體。誰(shuí)生成的？解釋現(xiàn)象：生產(chǎn)的氨氣和氯化氫在上升時(shí)溫度降低，又重新反應(yīng)生成了氯化銨固體。（有沒(méi)有另一種可能：固體在試管中部又出現(xiàn)，沒(méi)有聞到氨臭味，有沒(méi)有可能是升華呢？感興趣的同學(xué)可以在課后討論并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)證明是分解還是升華？）教師：其它銨鹽受熱也易分解，所以農(nóng)民們使用銨態(tài)氮肥時(shí)會(huì)注意：烈日當(dāng)空不施，我覺得還要加上一句：什么季節(jié)最好不施？夏季過(guò)渡：初中我們學(xué)過(guò)銨態(tài)氮肥使用時(shí)要注意哪些問(wèn)題？避免與堿性肥料混合使用。（農(nóng)民也常說(shuō)：肥灰一混，肥效減半）實(shí)驗(yàn)：這是真的嗎？實(shí)驗(yàn)讓我們眼見為實(shí)氯化銨與熟石灰混合反應(yīng)。學(xué)生匯報(bào)：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象聞到氨臭味；匯報(bào)

14、氯化銨與熟石灰的反應(yīng)方程式。板書：2NH4Cl+Ca(OH)2 = CaCl2+2H2O+2NH3。問(wèn)題：氯化銨與NaOH？硫酸銨與NaOH？銨鹽能與堿反應(yīng)放出氨氣。小結(jié)：NH4+ + OH- = H2O+NH3結(jié)論：實(shí)驗(yàn)告訴我們：銨態(tài)氮肥不能與堿性肥料（如草木灰）混合施用，否則放出氨氣造成氮元素的損失，。小結(jié)：性質(zhì)決定使用，保存反應(yīng)性質(zhì)：農(nóng)業(yè)專家是通過(guò)圖標(biāo)形象地告訴農(nóng)民銨態(tài)氮肥保存時(shí)應(yīng)該注意哪些？ 怕熱是因?yàn)殇@態(tài)氮肥受熱易分解：怕濕是銨鹽都溶于水。投影：歸納銨態(tài)氮肥施用流程。挖坑深施蓋土，不讓銨態(tài)氮肥暴露在土壤上面目的防止銨態(tài)氮肥分解。（設(shè)計(jì)意圖：從性質(zhì)看使用、從保存看性質(zhì)的注意事項(xiàng)）投影：

15、氮肥生產(chǎn)比例圖。銨態(tài)氮肥使用比例在減少，一部分原因就是使用要求多，不方便；（如果你是氮肥廠廠長(zhǎng)，你會(huì)生產(chǎn)具有怎樣性質(zhì)的氮肥來(lái)滿足市場(chǎng)的需求呢？學(xué)生討論設(shè)計(jì)性能優(yōu)越的理想中的氮肥）教師：現(xiàn)在農(nóng)民使用量最大的氮肥是尿素。它也可以通過(guò)氨轉(zhuǎn)化生產(chǎn)。展示尿素，介紹尿素是因其穩(wěn)定性、含氮量高、適用各種土壤、植物等成為當(dāng)今使用量最大的氮肥課堂總結(jié)：1、展示化肥生長(zhǎng)之樹：“本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了氮肥的生產(chǎn)和使用：知道合成氨是氮肥生產(chǎn)的基礎(chǔ)；實(shí)驗(yàn)告訴我們氨有（讓學(xué)生回歸課本，歸納氨的基本性質(zhì)，補(bǔ)全板書中的空缺）”。2、展示化肥生長(zhǎng)之樹：“我們還了解了常見氮肥銨態(tài)氮肥，它的性質(zhì)有（歸納氨的基本性質(zhì)，補(bǔ)全板書中的空缺），

16、這些性質(zhì)決定了銨態(tài)氮肥的保存、使用”。教師：展示化肥生長(zhǎng)之樹氨、氨水、銨鹽、尿素中氮的化合價(jià)都為-3價(jià)：從化合價(jià)角度可以發(fā)現(xiàn)，氨氣轉(zhuǎn)化為氨水、銨鹽、尿素的反應(yīng)是哪種類型的反應(yīng)？非氧化還原反應(yīng)，氨中氮元素化合價(jià)為最低價(jià)-3，因此氨還可以通過(guò)氧化還原反應(yīng)生產(chǎn)硝酸及硝態(tài)氮肥，它們之間轉(zhuǎn)化我們?cè)谙鹿?jié)課來(lái)學(xué)習(xí)。轉(zhuǎn)化圖告訴我們，含氮物質(zhì)的轉(zhuǎn)化讓氮肥家族變得更龐大，更合理、更有效。結(jié)束語(yǔ)：化學(xué)為人類現(xiàn)代文明作出了巨大貢獻(xiàn)，化肥的使用使人類能夠豐衣足食，世界上人人都在享受著化學(xué)的成果和恩惠；有人說(shuō)：大海不嫌水多，莊稼不嫌肥多，這句話合理嗎？我們必須合理使用化肥而不是過(guò)量使用，這樣才能避免土壤、水體等污染，使我

17、們的環(huán)境更優(yōu)美，自然更和諧，社會(huì)才能夠可持續(xù)發(fā)展。（備選問(wèn)題1：氮肥只能用于農(nóng)業(yè)嗎？請(qǐng)百度：氮肥的其它轉(zhuǎn)化及用途。）（設(shè)計(jì)意圖：展示物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀的作用和基本途徑。認(rèn)識(shí)到科學(xué)使用化肥的意義，還要求學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)物質(zhì)在造福人類、推動(dòng)人類社會(huì)物質(zhì)文明發(fā)展中所起的作用，并且形成化學(xué)物質(zhì)的不合理使用也會(huì)引起環(huán)境污染等社會(huì)問(wèn)題的觀點(diǎn)，進(jìn)而使學(xué)生樹立科學(xué)地應(yīng)用化學(xué)物質(zhì)促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)發(fā)展觀。）6. 教學(xué)反思本節(jié)課的設(shè)計(jì)思路是以氮肥的生產(chǎn)歷史、氮肥的使用過(guò)程的演變和氮肥的優(yōu)化過(guò)程為問(wèn)題線索來(lái)承載氨氣、氨水、銨鹽的性質(zhì)等知識(shí)線索，一明一暗兩條線索交錯(cuò)呼應(yīng)。實(shí)驗(yàn)和問(wèn)題設(shè)計(jì)，以讓學(xué)生親歷解決生產(chǎn)生活中問(wèn)題的過(guò)程及應(yīng)用評(píng)價(jià)的手段辯證認(rèn)識(shí)各種物質(zhì)的優(yōu)劣，尋找制備物質(zhì)的可行途徑及按照預(yù)定目標(biāo)和方向改造物質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展，激發(fā)了學(xué)生的興趣，較好的完成了知識(shí)和技能目標(biāo)。在課堂設(shè)計(jì)中，體現(xiàn)了從生活中學(xué)習(xí)化學(xué)，并從化學(xué)走向社會(huì)、生產(chǎn)實(shí)際的新課程理念，符合化學(xué)必修課程模塊的設(shè)計(jì)意圖。最后從物質(zhì)的分類和轉(zhuǎn)化角度提升和梳理零散的認(rèn)識(shí)，構(gòu)建研究物質(zhì)含氮物質(zhì)的思路和方法。課堂教學(xué)對(duì)