粮食增产的化学力量：氨和铵盐的性质及作用

摘要

以“探寻粮食增产的化学力量”为项目式学习主题，开展高中化学“氨和铵盐”的教学设计：学生首先分析氨是否适合作为氮肥，进而认识氨在水中的溶解性，掌握其与水反应生成一水合氨、氨水呈弱碱性等相关知识点；在此基础上，进一步分析氨水是否适合作为氮肥，认识其挥发性及不稳定性等性质，并通过氨气与酸反应的实验探究活动，进一步理解氨的性质；随后根据铵盐的性质特点，分析氮肥保存和使用的注意事项。学生在解决实际问题的过程中，能够提高问题解决能力和科学探究能力，有效发展化学学科核心素养，体会化学的学科价值。

关键词

粮食增产 / 化学力量 / 氨和铵盐 / 项目式学习 / 核心素养 / 氮肥

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）建议“创设真实且富有价值的问题情境，促进学习方式转变。”^［1］因此，在化学课堂教学中，教师应重视真实情境的创设，促进学生学科核心素养的形成与发展。项目式学习是一种建构性的教与学方式，教师指导学生基于真实情境提出问题，利用相关知识解决问题，并展示和分享成果^［2］。由此可见，项目式学习无疑是有效促进学生学习方式转变、发展学生核心素养的方式。氨和铵盐属于元素化合物知识，对学生来说难度不大，因此一些教师常采用知识讲授的方式进行教学，学生对这部分内容兴趣不高，也难以深刻体会化学的学科价值。为此，笔者在教学实践中设计了“探寻粮食增产的化学力量”这一项目式学习，旨在引导学生体验氮肥的发展历程，通过实验探究铵态氮肥的性质，并应用所学知识分析和解决铵态氮肥在储存与使用中的实际问题。学生在真实情境中开展探究性学习，不仅提高了学习兴趣与参与度，还在合作解决问题的过程中有效发展了合作能力、问题解决能力及化学学科核心素养，从而更加深刻地体会到化学的价值。

1 项目内容主题分析

该项目主题是人教版（2019年版）高中化学必修第二册第五章第二节“氮及其化合物”中的内容，依据该节教学内容对学生核心素养发展的意义，结合《课程标准》的学业要求和教学建议，完成该项目的教学设计与实施。

1.1 教材分析

“氮及其化合物”是学习非金属元素的典型章节，旨在帮助学生建构学习非金属元素及其重要化合物的方法与认知模型，了解物质之间相互转化的规律，发展化学学科核心素养。教材在内容组织上考虑到了学生已有的物质分类、氧化还原反应等核心概念，将这些核心概念与氨、铵盐等知识的学习及后续应用紧密结合，以强化理论知识对元素化合物知识学习的指导作用。

1.2 《课程标准》分析

该节课将“探寻粮食增产的化学力量”作为项目主题，而《课程标准》对该项目内容的要求是：“结合真实问题情境中的应用实例或通过实验探究，掌握氨和铵盐的重要性质，认识它们在生产生活中的用途和对生态环境的影响。”学业要求是：“能从物质类别、元素化合价的角度，依据复分解反应和氧化还原反应原理，预测氨、铵盐的化学性质及变化，设计实验进行验证，并能分析、解释有关实验现象。”^［1］

2 教学目标与评价目标

依据《课程标准》对该节内容的要求，结合教学内容的特点和学生的实际情况制定了如表1所示的发展化学学科核心素养的教学与评价目标，以期实现“教—学—评”一体化。

3 项目教学流程

项目教学流程如表2所示。

4 项目实施过程

4.1 寻找适合的氮肥

【教师】展示从国家统计局官网获取的1949年至2024年中国粮食产量的数据。看到数据后，你们有什么收获或者感想？氨可以作为方便使用的氮肥吗？气态的氨气怎样才能更好地被植物接触并吸收？

【学生】观察、思考，小组讨论并分享解决问题的方案（变成液态或固态，如溶于水）。

【设计意图】通过粮食产量的数据，体会科学技术的发展对生产生活的积极作用，增强社会责任感；以真实的问题情境引发学生思考，引导学生发现问题，并尝试利用化学知识解决问题。

实验1：教师演示氨气的喷泉实验。

实验的具体操作可参考人教版高中化学必修二实验5-6^［3］。

【设计问题链】①氨为什么会形成喷泉？②将氨气换成二氧化碳能否形成喷泉？如何改进才可以形成喷泉？③氨水是否适合作为植物生长的氮肥？为什么？

【学生】小组研讨分析氨形成喷泉的原理，并将该原理迁移应用于二氧化碳气体形成喷泉；结合氨水性质判断其是否适合作为氮肥。

实验2：学生实验探究氨水的挥发性。

向一支洁净的试管中滴加几滴浓氨水，再将湿润的红色石蕊试纸黏附于玻璃棒一端靠近试管口处，观察试纸颜色的变化。

【学生】观察实验现象，得出结论；进一步总结出氨水不适合作为方便使用的氮肥的原因。

【教师补充】用氨水作为氮肥，固然成本较低，但易挥发，直接施用时肥效低，浓度高时还会烧伤作物茎叶。氨水对眼睛、呼吸道等有强烈的刺激作用，故而对储存、运输和施用的要求均比较高。因此，氨水和液氨都不适合作为方便使用的氮肥。

【设计意图】通过趣味实验（氨气的喷泉实验）认识氨的性质，再通过探究实验（氨水的挥发性实验）认识氨水的挥发性，根据现象得出结论，并能将结论应用于真实问题的解决中（氨水不适合作为方便使用的氮肥）。这一系列的科学探究过程，可以培养学生严谨求实的科学态度，发展其科学探究与创新意识等素养。

【教师】氨气还具有什么性质？

【学生】小组讨论，并从价类二维的视角分析氨可能具有的性质。

实验3：学生实验探究氨气与氯化氢反应。

向一只洁净的烧杯中放入两个棉花球（两球彼此不接触），在棉花球上分别滴几滴浓氨水和浓盐酸，用玻璃片或者表面皿盖住烧杯口。

【设计问题链】①在反应中为什么会产生白烟？②将浓盐酸换成浓硫酸能否产生白烟？③为什么要用表面皿盖住烧杯口？④铵盐是否适合作为氮肥？

【学生】总结现象，思考并解决问题。

【设计意图】多次设计问题链，引发学生深度思考，促其深刻理解化学知识；通过氨性质的预测，设计实验制得铵盐；最后，由铵盐的性质认识到其可以作为方便使用的氮肥，从而建构性质决定用途的学科大概念。

【教师】氨气还具有什么性质？还能从什么角度进行预测？

【学生】从价类二维的视角分析NH₃中氮元素的化合价，预测氨的还原性。

【设计意图】完善学习非金属元素及其化合物性质的一般思路，即从物质类别、元素价态的角度，依据复分解反应和氧化还原反应原理，预测物质的化学性质。

4.2 总结铵态氮肥使用的注意事项，科学指导农民保存和使用氮肥

【教师】制得的氮肥要怎样使用？能否直接洒在土壤上？氯化铵氮肥袋上的两个图标是什么意思？说明氯化铵具有什么性质？如何设计实验验证？

【学生】小组交流与讨论，设计并分享实验方案。

实验4：学生实验探究铵盐热稳定性。

取少量氯化铵，分别放入两支试管中，一支在酒精灯火焰上加热，另一支置于日光下照射；观察并记录两者的现象，总结结论。

【教师】在农村，农民常会用石灰防虫或者改善土壤酸性，石灰能否跟铵态氮肥混用？石灰有什么成分？具有什么性质？如何设计实验来验证？

【学生】小组研讨，设计实验方案并验证结论。

实验5：学生实验探究氯化铵与氢氧化钙的反应。

实验操作参考人教版高中化学必修二实验5-7。教师组织学生进行实验，观察并记录现象，总结实验结论。

【教师】如果你是农业科学家，你能给农民提供哪些保存和使用氮肥的建议？

【学生】基于实验4和实验5探究得出的铵盐性质，提出保存和使用的注意事项，即：避光低温保存，施肥时应该用土掩埋；铵态氮肥不能与碱性物质（如石灰、草木灰）一起使用。

【设计意图】基于铵盐的性质，以及对真实问题情境的思考，认识铵盐在生产生活中的用途和对生态环境的影响，据此建构“性质决定用途”的学科大概念。

5 项目教学反思

5.1 在真实的问题情境中解决问题，发展核心素养

《课程标准》倡导真实问题情境的创设，注重开展以化学实验为主的多种探究活动。该节课采用的是以学生为中心、以真实问题情境为载体的项目式教学模式，项目以“探寻粮食增产的化学力量”为大情境，引导学生逐一实验探究氨气、氨水是否适合作为氮肥，最终找到了适合的氮肥——铵盐。实践充分证明，通过氮肥的性质探究、扮演科学家等活动，可以归纳出氮肥使用的注意事项，最终引导学生在真实的问题情境中思考和解决问题，发展核心素养。

5.2 充分认识化学实验的价值，重视化学实验的设计

化学是一门以实验为基础的自然科学，化学实验在发展学生核心素养方面具有重要作用。化学实验有助于激发学生学习化学的兴趣，促其深刻理解和掌握化学知识；有助于培养学生的科学探究能力，端正其科学态度。该项目包含5个实验活动，能够帮助学生直观认识氨和铵盐的性质，熟悉科学探究的过程，进而发展核心素养。

5.3 实施“教—学—评”一体化，有效开展化学课堂教学

提问与点评是有效开展化学日常学习评价的基本途径和方法。在化学学习评价中，教师应始终坚持“素养为本”理念，依据化学学科核心素养的发展水平来确定化学学习评价目标，注重过程性评价与结果性评价的有机结合。笔者在教学中发现，多次设计问题链能够有效引发学生思考，使其在较深层次上认识氨和铵盐的性质与用途，同时外显思维过程，帮助教师把握学生的认知发展水平。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订） ［S］.北京：人民教育出版社，2020.

[2] 杨明全.核心素养时代的项目式学习：内涵重塑与价值重建［J］.课程·教材·教法，2021，41（02）：57-63.

[3] 王晶，郑长龙.普通高中教科书化学必修第二册［M］.北京：人民教育出版社，2019.