课题2　人工固氮技术──合成氨优质课教案推荐

大连理工大学附属高中

一师一优课教案

教师姓名

刘秀秀

学科

授课

时间

2017. 05.31 化学

班级

1.4 课型

新课

教学

特长

实验

课题

人工固氮技术-合成氨

知识与

1.了解合成氨对人类社会发展的重要意义。

技能

2.利用所学的化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题。

3.了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义。

1.通过实验学习合成氨反应原理，利用化学反应速率，化学平衡移动原教学过程与

理分析和讨论合成氨适宜反应条件。

2.结合合成氨的基本生产过程及合成氨工业发展，理解实际生产中问方法

题。

目标

1.能够说出环境污染的主要方面及防止污染的一些措施，增强环境意情感态度识，作环境保护的宣传者、行动者。

2.通过本节的学习，说明工业生产中加快反应，提高原料利用率，节约价值观

能源及环境保护的一些措施和方法。

教学重点

合成氨的反应原理、合成氨生产的适宜条件

教学难点

合成氨生产适宜条件,合成氨原料的制备

教学方法

自主学习、教师点拨、讨论探究、多媒体、演示实验

1

导课阶段

复习，学生讨论：人们常说雷雨发庄稼，你能用化学原理加以解释吗？

设计理念

资料一

1900年，法国化学家勒夏特列通过理论计算，认为氮气和氢气可以直

接化合生成氨。在实验验证过程中发生了爆炸,他并没有调查事故发生的

原因，而是觉得这个实验有危险就放弃了。后来查明实验失败的原因是他

所用的混合气体中含有氧气。 稍后，德国物理化学家能斯特通过理论计算，竟然认为合成氨是不能回顾历史，引发思培养学生人文素进行的。后来才发现，他在计算时误用一个热力学数据，以致得到错误的考，

养，启发学生学习知结论。由于能斯特在物理化学领域的权威性，人工合成氨的研究陷入低潮。

识，造福人类

哈伯没有盲从权威，而是依靠实验来检验，终于证实了能斯特的计算错误，教

合成氨反应是能发生的。1908年7月，哈伯在实验室用N2和H2在600℃，

学

200个大气压下合成出氨，产率仅有2%。

“一战”期间在哈伯的指导下，德国合成了1000吨液氨，并且用它

过

制造出3500吨烈性炸药TNT。

教师活动1：有人说，哈珀是天使，被赞美“用空气制作面包的人”，让上

万人不用挨饿；也有人说他是魔鬼，因为一战期间，制造的化学武器，让

程

无数人死亡。

学生活动1:通过阅读材料后，思考，合成氨的历史给我们什么启示？

教师活动2：合成氨的反应原理是什么？请同学们结合教材一起回答。

教学内容（二）-合成氨反应原理

【板书】一．合成氨的反应原理：

高温高压

N2（g）＋ 3H2 (g) 2NH3 （g）

；

△H ＜0

催化剂

教师活动1：演示实验-实验室制备氨气，思考根据勒夏特列原理分析讨论

合成氨工业适宜的反应条件?

学生活动1:学生讨论分析反应特点为合成氨反应为放热、气态物质系培养学生分析资料，对

[讨论归纳] N2 + O2 ==== 2NO 复习必修一知识点引2NO + O2 ==== 2NO2

课，让学生体会人工固3NO2 + H2O ==== 2HNO3 + NO 氮的重要性及迫切性，教师活动1：大家都知道在地壳中氮的含量只有0.04%，而大气培养学生的责任感。

中氮气的体积分数为78%。空中游离态氮气不能被庄稼吸收，必

须将其转化为氮的化合物后才能被吸收。将游离氮转化为化合态

氮的方法叫氮的固定。

教师活动2：农作物每年从土壤中摄取大量含氮化合物，为了补

偿土壤中减少的氮，必须施加氮肥。必须人工固氮。由于氮气的

化学性质很不活泼，直到20世纪初才研究出一些固氮方法，其

中合成氨是最有效且便于工业化的方法，本节课我们就一起来探

讨这一内容。

【板书】选修二 1.2人工固氮技术—合成氨

教学内容（一）回顾历史

数减少的可逆反应。学生讨论回答：降低温度、增大压强有利于化学知识的归纳、总结和探平衡向生成氨的方向移动；N2、H2的体积比为1：3时平衡混合物中氨究的能力。

的含量最高。

2

教师活动2：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？

学生活动2:虽然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，但

是我们应该考虑到反应器材质及综合指标来选择压强，并非是越大越

好。

教师活动3：结合已给资料分析，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？

学生活动3:学生仔细分析资料。低温虽然有利于平衡向生成氨的方向移

动，但低温时反应速率低，所以生产中温度不是越低越好。考虑到催

化剂活性，应选择适宜的温度。

教师活动4：既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？

学生活动4：结合已给资料分析，使用催化剂可使合成氨反应的速率提高

培养观察能力和提出问上万亿倍。

题、解决问题的能力

学生活动5：总结：工业合成氨的反应条件

教师活动5：因此，选择合成氨的条件时，既不能片面地追求高转化率，也不能只追求高反应速率，应该寻找以较高的反应速率获得适当平衡转化率的反应条件。此外，还应该考虑原料的价格、未转化的合成气的循环使用、反应热的综合利用等问题。

教学内容（二）-合成氨工业生产过程

教师活动1：接下来我们来探讨工业合成氨的基本过程，根据前面所学的知识，大家一起来说是哪几个步骤？

学生活动1:造气、净化、合成和分离。

教师活动2：如果你是厂长，N2取自于什么物质?H2又来源于哪里?下面我们一步一步的来分析。首先要选择制备所需要的原料气，根据我们已有的知识，合成氨需要氮气和氢气，那么怎样获取这两种气体？

学生活动2：由空气液化分离所得氮气。氢气则来源于水。

教师活动3：我们还可以利用石油、天然气、焦炉气、炼厂气等含有大量碳氢化合物的物质，在一定条件下制备氢气。例如：

CH4+H2O=3H2+CO ； CH4+2H2O=4H2+CO2

在制取原料气的过程中往往会掺杂一些杂质，其中一些会使催化剂中毒，因此必须除去，这一过程就称为原料气的净化。

思考提问：制取原料气的过程中常混有的气体杂质有什么？

学生活动3：用稀氨水吸收 H2S杂质；用碳酸钾吸收CO2的方法；原料气中将CO转化为CO2的方法。

积极参与教学活动，培养实验操作能力和观察教师活动4：净化后的原料气经过压缩机压缩至高压，进入氨合成塔，使概括能力。

氨气和氢气在高温高压和催化剂条件下合成氨，最后将合成后的混合气体

液化分离出液态氨，并将剩余的氨气与氢气循环送回合成塔中进行反应。展示工业合成装置图。思考：为什么要循环操作？

学生活动4：1.降低成本

2.实现全封闭、连续化生产、有利于减少工序、控制废弃物的排放。

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教师活动5：展示合成氨厂的实地照片

教学内容（三）-环境保护

教师活动1：

******：“金山银山不如绿水青山。”

向同学们介绍工业上“三废”的处理

学生活动1:学生交流、总结

课堂练习

练习1.对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施以高压，下列叙述中正确的是(

)。

A．都能提高反应速率，都对化学平衡无影响

B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间

C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响

D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而增大压强无此作用

培养学生对知识的归纳、总结能力。

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