名师教学设计《工业合成氨条件选择》完整教学教案.docx

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1、教学设计课题名称工业合成氨条件选择学科年级 高二年级 化学教材版本一、教学目标设计（1 .认识合成氨的化学原理。2 .理解如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。3 . 了解合成氨生产的主要流程。4 .通过合成氨，体验化工生产的过程，体验实验室研究与实际生产之间的转化过程。5 .通过化学史的学习，感受科学家科学探索的过程。二、教学重难点1 .应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件。2 . 了解应用化学反应原理选择化工生产条件的思路和和方法。三、学情分析高二年级学生经过高中一年的训练，学生认识能力和知识水平都达到了较高的层次，他们正经历着从习惯于感性思维、形象思维向

2、更加关注理性思维、抽象思维的转轨期，所以在教学中注意引导学生分析、讨论，使他们的认识过程从直观的体验和想象上升到理性的思维阶段。同时学生善于质疑、主动思考、积极获取知识的学习习惯已基本养成，参与意识、合作意识已有较明显提高。另外通过本章前面的学习，学生对化学平衡理论和化学反应速率理论有了一定程度的认识。四、教学内容分析通过合成氨，体验化工生产的过程，体验实验室研究与实际生产之间的转化过程。通过化学史的学习，感受科学家科学探索的过程。五、教学方法设计新课程的教学思想和确定的教学目标，首先通过化学史资料阅读，引导学生通过阅读提取有效信息，提出问题引发思考和讨论。其次学生就合成氨反应的热力学、动力学

3、问题分别进行讨论，再综合考虑工业生产中的各种因素，对合成氨反应的适宜条件进行选择。本节的教学过程分为以下几个环节：阅读相关化学史资料，回顾知识。利用学过的化学平衡和化学反应速率理论讨论合成氨的适宜条件；综合考虑合成氨生产中动力、设备、材料、生产效率等因素，寻找工业合成氨的优化生产条件；合成氨工业的流程及原料制备：展望合成氨的发展前景，拓宽学生的视野六、教学过程设计9思考1:平衡状态下氨的物质的量分数与温度、压强存在怎样的关系用平衡移动原理可以得出什么结论思考2：可逆反应：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）已知298K时：H=molS = - （K mol）请根据正反应的焰变和嫡变分析常温（

4、25）时合成氨反应能否自发进行外界条件反应速率使NH3生产得快化学平衡使NH3生产得多压强增大压强增大压强温度升高温度降低温度引入：播放2014年化学若贝奖尔颁奖视频，和所以若贝尔奖获奖人图片。阅读资料一：认识哈伯设计意图：引入新课，激发兴趣。创设问题情境，引发思考。交流研讨一：一、氮气和氢气反应生成氨气的反应特点。可逆反应嫡减小的反应常温可以自发进行正反应气态物质系数和减小正反应是放热反应设计意图：培养读图能力。使学生体会一般的研究思路：第一步是进行热力学分析，先判断反应的方向。为讨论合成氨适宜生产条件作准备。交流研讨二：二、理论上合成氨的适宜条件知识回顾1:化学反应原理包括知识回顾2：影响

5、化学反应速率和化学平衡的因素有哪些反应速率化学平衡浓度温度压强催化剂阅读资料三思考3：既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好思考4：既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好催化剂使用催化剂无影响反应物的浓度增加增加反应物的浓度增加减少设计意图：从化学反应原理的热力学和动力学知识。分析平衡移动如何提高氨的产量和研究反应的速率问题。通过小组讨论，培养小组合作的学习能力。交流研讨三：合成氨条件选择在实际生产中还应该考虑哪些因素设备材料动力催化剂适宜温度能耗三、工业合成氨的条件思考5：催化剂对化学平衡的移动没有影响，在合成氨工业中

6、要不要使用催化剂，为什么及综合指标来选择压强(20 MPa -50Mpa)阅读资料四思考6：原料如何制得温度:适宜温度500度左右催化剂:使用铁触媒作催化剂浓度:刈和出的物质的量比为1：的投料比，氨及时从混合气中分离出去设计意图：旨在使学生体会这是用理论解决实际问题的一个重要步骤，需要综合评价热力学与动力学的研究结果，还必须考虑实际工艺技术等各方面因素。培养学生的归纳能力和反思能力。四、合成氨工业的流程及原料制备：1工业流程原料气的制取一净化一压缩一合成一分离一液氨2原料气的制取N2：将空气液化、蒸发分离出N2或者将空气中的与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。H2：用水和燃料在高温下制取。

7、如:C + H2O (g) CO+H2，CO + H2O (g) CO2+H2思考7：写出简单工业流程压强:根据反应器可使用的钢材质量设计意图：激励探究精神。培养学生自学能力，概括能力。小结：化工生产选择适宜条件的思路。对于某一特定的实际反应，选取适宜的外界条件的基本思路如下：1 .从可逆性、燧变（反应前后气体系数的变化）、焙变（吸热、放热）三个角度分析化学反应的特点。2 .根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响：从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。你如何评价哈伯：随堂检测：1、不能用化学平衡移动原理说明的事实是（）A.合成氨在高压下进行是有利的B.

8、温度过高对合成氨不利C.使用催化剂能使合成氨速率加快D.及时分离从合成塔中出来的混合气，有利于合成氨2、关于氨的合成工业的下列说法正确的（）A从合成塔出来的气体，其中氨一般占15%,所以生产氨的工业的效率都很低请你大胆设想合成氨的发展前景设计意图：拓宽学生的视野。答案：C、B、CB由于NH3易液化，*、W可循环使用，则总的说来氨的产率很高C合成氨工业的反应温度控制在500 左右，目的是使平衡向正反应方向进行D合成氨工业采用20 Mpa-5C）MPa ,是因该条件下催化剂的活性最好3、根据合成氨反应的特点分析，当前最有前途的研究发展方向是（）A.研制耐高压的合成塔B.采用超大规模的工业生产C.研

9、制耐低温复合催化剂D.探索不用或和电合成氨的新途径七、教学反思本节课通过化学史的阅读，引发思考，结合所学化学反应速率和化学平衡原理知识，讨论选择合成氨的适宜条件，教学主旨是使学生了解应用化学反应原理选择化工生产条件的思路和方法，初步形成从多方面综合思考问题的意识。在教学过程中，我充分利用化学史资料组织学生展开讨论，引导学生将所学的理论知识与合成氨工业的实际问题相联系，做到学以致用，让学生始终保持着探究的兴趣和热情八、附件一：化学史资料最具争议的化学诺贝尔奖?资料一：1）翻阅诺贝尔化学奖的记录，就能看到1916 1917年没有颁奖，因为这期间，欧洲正经历着第一次世界大战，1918年诺贝尔唯一化学

10、奖授予德国化学家哈伯。这引起了科学家的极大争论，英、法等多国的一些科学家公开地表示反对，他们认为，哈伯没有资格获得这一荣誉。甚至有人说：“哈伯是魔鬼，给人类带来灾难、痛苦和死亡”，2）哈伯说：我是罪人，无权申辩什么，我能做的就是尽力弥补我的罪行。?资料二：1）19世纪以前，一些有远见的化学家指出：考虑到将来的粮食问题，为了使子孙后代免于饥饿，我们必须寄希望于科学家能实现大气固氮。很多科学家投入合成氨的研究。但是利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产从第一次实验室研制到工业化投产，约经历了 150年的时间。2）当时物理化学的权威、德国的能斯特就明确指出：氮和氢在高压条件下是能够合成氨的，并提供了一些

11、实验数据。但是因为他的实验数据有误，没能继续研究合成氨。3）法国化学家勒夏特列第一个试图进行高压合成氨的实验，但是由于氮、氢混合气体中混进了氧气，引起了爆炸，使他放弃了这一危险的实验。?资料三：1）哈伯的第一次实验，因为设备非常简单，他只能选择了一个大气压，制得氨的浓度很低，在%之间。2） 1908年，他们设计制造了一种转化器，它安装在钢制的高压弹中，在200个大气压下能正常运转，（当时压缩机所能达到的最大压强也就是200个大气压）合成氨虽然产率仅有2%,却也是一项重大突破。3）设备问题解决后，最大的问题是催化剂。（使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍）,催化剂活性受温度影响很大，经过长

12、时间探索，终于发现在550c以下，钺有高的催化活性。4）克服了催化剂和高压的障碍，1909年，经过四年几千次的实验和计算，哈伯终于取得了鼓舞人心的成果。这就是在550c的高温、200个大气压和钺为催化剂的条件下，能得到产率约为6%8%的氨。5） 1913年哈伯的合成氨的设想终于得以实现，一个日产量30吨的合成氨工厂建成并投产。?资料四：1）哈伯成功地设计出一套适于高压实验的装置和合成氨的工艺流程，这流程是：在炽热的焦炭上方吹入水蒸汽，可以获得几乎等体积的一氧化碳和氢气的混和气体。其中的一氧化碳在催化剂的作用下，进一步与水蒸汽反应，得到二氧化碳和氢气。然后将混和气体在一定压力下溶于水，二氧化碳被吸收，就制得了较纯净的氢气。同样将水蒸汽与适量的空气混和通过红热的炭，空气中的氧和碳便生成一氧化碳和二氧化碳而被吸收除掉，从而得到了所需要的氮气。2）通过转化器、压缩器和循环泵的封闭系统，不断压缩液化分离氨，同时不断输入适量的新鲜气体混合物