师：同学们，今天我们来学习高一人教版化学必修第二册第五章第二节氮及其化合物第一课时——氮氧化物。本节课我们有以下学习目标：一、通过实验探究及价类二维图了解氮气的化学性质；二、通过分析自然固氮中的雷电作用，结合手持技术传感器了解氮氧化物的性质；三、通过固氮过程的分析推理，掌握研究元素化合物的一般方法。
在学习新课之前，我们先回顾一下学过的知识。我们知道氮元素在生产生活中无处不在，比如氮气占大气体积的78%，化肥中常用的氮肥，像氯化铵，工业常用原料硝酸，还有生物体中的蛋白质等，都含有氮元素。这是从物质角度回顾，接下来我们从微观角度回顾关于氮原子的知识。关于氮原子，大家能回忆起什么呢？通过画出原子结构示意图，我们可知氮原子的原子核内有7个质子，核外共有两层电子，最外层有5个电子。所以在元素周期表中，氮元素位于第二周期第Ⅴ主族。根据这些信息，我们能判断氮元素的化合价可能有0价、 +5价和 -3价，并且氮元素的非金属性较强。此外，我们接触过许多含氮元素的物质，大家还记得有哪些吗？
生：氮气、氨气、硝酸盐、铵盐等。
师：对。当我们整理元素化合物时，如果无序罗列很容易遗漏，那怎样才能不遗漏地归纳整理呢？我们一般从某个角度思考，比如从氮元素的化合价角度，由刚才分析可知氮元素有 -3价、0价、 +5价，再从物质分类角度，从之前所学可知可分为氢化物、单质、氧化物、酸、碱和盐。这样从化合价和类别双角度整理思考，就能将所学含氮物质不易遗漏地罗列出来，整理出的就是价类二维图。用它罗列物质间的关系会很清晰，还能解决物质转化问题。
可以看到二维图上还有很多空白，我们将通过本章学习丰富它。现在开始新知识学习。刚才提到农业生产常用化肥，其中一类是氮肥。自然界中相比钾元素和磷元素，氮元素很丰富，因为大气中有大量氮元素，那为什么还经常要给作物施加氮肥呢？
生：因为氮气的化学性质稳定，不易被作物吸收。
师：非常好。为什么氮气性质比较稳定呢？这是因为物质结构决定性质。氮气的稳定性源于氮气分子具有特定结构，所以我们要从氮分子的结构分析氮分子。氮原子最外层是五电子结构，形成双原子分子时有三对共用电子，形成氮氮三键结构。要断开化学键发生化学变化，需要外界提供较多能量，所以氮分子化学性质稳定。
那么在外界提供足够能量时，氮气能发生化学变化吗？要解决这个问题，我们可以找生活中的例子。大家听说过“雷雨发庄稼”这个谚语吗？古人发现雷雨天后庄稼长势变好，以为是上天赐福，所以叫“发庄稼”。后来科学家研究发现，雷雨天后植物长势变好主要是因为补充了氮元素。我们分析这个情境会发现，雷雨天闪电能量很高，有可能断开氮氮三键，使原本不活泼的氮气与氧气反应，将氮元素从单质形式转化为化合物形式，进而被农作物吸收利用。刚才我们对这个谚语情境进行了分析，提出假设，认为氮气和氧气在闪电作用下可能断开氮氮三键并发生化学反应。那要验证这个假说，我们需要做实验模拟情境，观察氮气与氧气是否能反应。该怎么设计这个实验呢？
这里选用一个集气瓶，因为空气中就有氮气和氧气，无需添加其他药品。在集气瓶口插入放电电弧模拟闪电情况，密封集气瓶口进行实验。请大家仔细观察实验现象。大家观察到什么了呢？根据实验时间，我们可以把现象描述分为两个时间段，分别是短时间放电和长时间放电。可以发现短时间放电无明显现象，长时间放电产生了红棕色气体。产生这个现象的原因是什么呢？老师给大家提供资料卡片参考，大家结合这些信息，尝试分析现象对应的本质。结合资料卡片发现红棕色气体二氧化氮是长时间产生的，所以最开始产生的不是二氧化氮。据此推断最开始产生的无色气体是一氧化氮。因为一氧化氮易被氧化为二氧化氮，所以后续的红棕色气体二氧化氮是一氧化氮被继续氧化的结果。如果用化学方程式表示上述过程，一是氮气与氧气在放电条件下生成一氧化氮，二是一氧化氮与氧气继续反应生成二氧化氮。由此可知，氮气在能量足够时可以发生化学变化。
那么我们怎么预测氮气的化学性质呢？这时价类二维图就是个好工具。在价类二维图中标出氮气位置，会发现它位于氮元素的中间价态。所以氮气既可以升价体现还原性，和氧气等氧化剂反应，也可以降价体现氧化性，和氢气等还原剂反应，而且该反应是可逆反应，条件苛刻。
总结氮气的化学性质：常温下比较稳定，在高温、放电等条件下，氮气分子获得足够能量，使氮氮三键断裂，从而与氧气、氢气等物质反应。可以发现，氮气和氧气、氢气等物质反应后，能将氮元素从单质形式转化为化合物形式，进而转化为各种含氮物质。这种将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫氮的固定。根据转化途径可分为自然固氮和人工固氮。自然固氮主要是通过自然界中闪电释放的能量，将空气中的氮气转化为氮的化合物，氮气与氧气在雷电作用下的反应就是自然固氮的原理之一。人工固氮主要是人类通过控制条件将氮气氧化或还原为氮的化合物，其中最重要的人工固氮途径是工业合成氨，即氮气与氢气在催化剂、高温、高压条件下反应生成氨气。
人工固氮的发现是个漫长过程，因为氮气与氢气反应困难，不仅条件苛刻，产率也低。过去人类只能从矿石如硝石中提取氮元素。20世纪德国科学家哈伯和博施，哈伯提供理论依据，发现具备工业生产可能的方案，博施提供技术支持，将方案转化为规模化工业生产，使合成氨工业化成为可能。合成氨为炸药、农药、燃料等各种化工产品提供了重要原料，很大程度上解决了因粮食不足导致的饥饿问题，是化学和技术对社会发展的巨大贡献。氮在固氮作用后进入自然界，和水、碳类似，氮元素也会循环。如图所示是氮循环的方式，请大家思考氮元素的循环经历了哪些过程。