课题2　人工固氮技术──合成氨ppt课件教学实录

人工固氮技术——合成氨

第一课时 教案

一、

内容分析

本节课内容选自人教版高中化学选修二第一单元第二节，合成氨是基本无机化工之一，在人类的生活生产中有着非常重要的作用，是化学与技术中的核心内容。本课题是围绕合成氨的反应原理以及生产适宜条件的问题展开，帮助学生学习和了解合成氨的工业生产，体会由实验室到工业生产的发展历程。教材从讲述人类对氮元素的需求，到人类如何固氮，再到工业固氮合成氨的反应原理及其生产适宜条件，最后讨论合成氨工业所面临的新问题，向同学们展现了技术实践中问题解决不断循环发展的过程。

二、学情分析

学生在必修一教材，元素的学习过程中有接触到氮元素，在氮及其化合物的相关反应方面有了学习基础。而本节课的学习与生活联系紧密，学生也有了大量的生活阅历。本节课将结合之前的旧知识基础和生活实际进行引导，让学生回顾氮元素，联系本节课的问题达到知识的自然运用，促进对本节课内容的掌握。并且高中的学生对于情景教学充满兴趣，由创设情境、提出问题、运用知识解决问题的方法，引导学生思考并主动学习，比较符合学生的认知观念和结构框架的形成规律。

二、

教学目标

(一)

知识与技能

1．

了解合成氨对人类社会发展的重要意义。

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。

(二)

过程与方法

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，理解实际生产中问题。

(三)

情感态度价值观

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，节约能源及环境保护的一些措施和方法。

三、

教学重难点

重点：1.合成氨的反应原理

2.合成氨生产的适宜条件

难点：合成氨生产适宜条件

四、

教学方法

讲授法、讨论法、演示法

五、

设计思路

本节课由生活引入，氮元素是人体蛋白质的重要组成元素，与人类的生产生活有着紧密的联系，而人们如何利用自然界中的氮元素，由此引入本节课的人工固氮技术的学习，激发学生兴趣。接着回顾工业合成氨的反应原理，运用勒夏特列原理分析反应式，讨论合成氨的适合反应条件。随后进行合成氨的工业流程图模拟，给学生创设情境，发现工业难题并提出解决方案，在此过程中理解掌握合成氨的主要流程。最后评价合成氨目前所面临的环境问题，了解工业的发展。

七、教学过程

环节

生

活

导

入

教师活动

学生活动

【情境引入】我们人体蛋白质的重要学生联系生活实组成元素中有氮元素，农作物的生长际以及生物中所也需要氮元素。氮元素在自然界中主学知识，体会氮对要存在于空气中，是以氮气的形式大人类的生活有着量存在着，但不能被农作物直接吸收，重要的作用。

更不能被人体直接吸收。

【讲授】植物缺乏氮元素会呈现叶片

变黄，果实长不大的现象。随着人口

的增长，人们对粮食的需求越来越大，

随着农业的发展，对氮肥的需求量在

迅速增长。但我们知道游离态的氮大

量存在于空气中，地壳中的氮的含量

只有0.04％，大气中氮气的体积分数

为78％，而大多数生物不能直接利用

氮气。因此，为了满足农业需求，将

游离态的氮转化为化合态势在必行。

【板书】氮的固定

学生进行思考、讨【讲解】我们将游离态氮转化为化合论

态氮的方法叫氮的固定。

【提问】同学们，你能列举你所熟悉

的氮的固定方法吗？（生物里我们有

学习过根瘤菌）

【讲解】很好，同学们很不错，有很

多的方法。

自然固氮：打雷闪电时可以将游离态

设计意图

从生活引入课题，激发学生学习兴趣。活跃课堂氛围。

讲述氮的含量及其分布，体会氮元素的重要性和固氮的必要性

由问题引出氮的固定概念

提出问题，引发学

的氮转化为硝酸盐。

生的思考

学生小组内讨论

【讲解】植物固氮：豆科类植物利用分享自己的方法，

自身的固氮方式，根瘤菌等将大气中学生发言。

的氮气转化成可被吸收的铵盐。

【投影】根瘤菌固氮

书写化学方程式

植物固氮的相关反应。

归纳总结氮的固（可能会有同学提出合成氨的反应原

定的方法，给予学理，此时要给予肯定）

生提示，为新课的学习做铺垫

【提问】同学们，想一想，以上的方

法中，哪一种方法可被应用于工业的

大规模生产制造？

【板书】人工固氮技术——合成氨

【讲解】今天，我们就来学习人工固

氮技术——合成氨（若没有同学提出

提出问题，引出教合成氨，则讲解人工固氮的一种新方

学内容，增强学生法，若有，就顺着同学们的思路讲解，将合成氨原理如何应用于工业中）

学生思考，回答

课堂参与度。

【讲解】回顾一下之前必修一氮元素书写化学方程式

的学习，请同学们写出合成氨的反应

方程式。

【板书】一、工业合成氨的反应原理

学生讨论，同学们【讲授】相信大家都能够准确的写小组同桌间相互出。下面，我们来看一看该反应的特讨论。

点。可以观察到，这是一个正反应气发现反应的特点

体分子数减小的、放热的可逆反应，

反应条件需要高温高压、催化剂。

高温，能提高反应的速率；增大压强，

使平衡向正反应方向移动，提高反应学生提出自己的物的转化率，使生成物增多，并且能想法，回答问题

提高反应速率。

催化剂，催化剂能使反应速率增大，

但不能使平衡发生移动。

工业上，通过理论分析和时间不断地学生相互讨论，思摸索，目前为止找到了较合适的反应考。

条件。

【板书】以铁为主的催化剂；

400~500℃；10~30MPa。

运用所学知识，分回顾之前的学习内容，有利于培养学生的自主复习学习的能力。

带领学生观察反应的特点，培养运用所学知识解决新问题的能力

给学生情景身份，吸引学生的关注

学生之间相互发新

课

讲

解

【讲述】在合成氨从理论到实际生析提出适宜条件。

现自己的意见和产，并不是一朝一夕就能解决的，感

看法，大家一起讨兴趣的同学可在课后阅读科学史话

论，增强小组合作以及查找相关资料，了解这一伟大化

意识，活跃思维。

工工业，合成氨。

学生回答

【设问】假如你是一个化工厂的厂

长，对畅销产的生产效率、成本有何

要求？

总结回顾勒夏特【讲述】同学们很适合经商，对的。

列原理，帮助学生首先我们要讲究效率高，成本低。既

更好地理解并选然又要效率高，又要成本低，那么在

择合适的反应条实际工业生产中，我们究竟通过哪些

件

步骤实现这一目标呢？我们一起来学生听讲做好笔

看。

记

【板书】三、工业合成氨的四个生产

过程：

【指导阅读】请同学们阅读书本

11~13页，了解一下合成氨的主要步

学生认真阅读书本

骤。

【板书】一、制备合成氨的原料气1.

氮气的获取

通过阅读材料获

取所需知识，培养学生思考，与同伴【讲解】空气中含有大量的游离态的学生读题理解学讨论

氮气，我们可以通过空气液化，升温习的能力

先分离出氧气，再获得液氮。这是迄学生回顾制取氢气

今为止获得氮气最便捷高效的方法。

的方法

提出问题，引发学【板书】2.氢气的获取

生思考

【讲解】回忆一下之前学习过的制取学生写出反应方程

氢气的方法。

式

（1）电解水制取氢气

（2）由煤或焦炭来制取氢气

通在教师的引导下，回顾所学知识，（3）由天然气或重油制取氢气

提出含有的气体杂过分析比较找到电解和纯化天然气、重油等成本高，质

合适的制取氢气耗能大我们选择第二种方法，由煤或的方法

焦炭来制取氢气。

【提问】想一想:制取原料气的过程

中可能混有的气体杂质有CO,CO2

和

通过化学方程式H2S。

的书写，熟练掌握【讲解】合成氨需要的是纯净的氮气学生利用之前的知反应原理

和氢气，这是因为某些杂质会使合成识，提出净化杂质

氨所用的催化剂“中毒”，所以必须气体的方法。

除去，这也是合成氨工业中重要的一

书写化学方程式

步。大家发挥聪明才智想一想，如何

去除原料气中含有的杂质。

【板书】二、原料气的净化

1.H2S的去除

2. CO、CO2的去除

【讲解】H2S是酸，我们可用稀氨水通过问题，一步步吸收，生成NH4HS，请同学们迅速写学生认真听讲，不引导学生，培养学断思考。

出反应方程式。

生由旧知识解决CO可以在催化剂（Fe2O3和CuO）作用新问题的能力

下转化成CO2后，常用K2CO3溶液吸收，

也请同学们写出相应反应方程式。

【讲述】最后，原料气还需要经过精学生跟着老师的讲

致的处理，如用醋酸、铜和氨配制成解，理解合成氨的

的溶液来吸收CO、CO2、O2、H2S等少流程

量有害气体。

制备并净化好原料气后，经过压缩机

压缩至高压，进入氨合成塔，氮气与

氢气在高温高压、催化剂的作用下合

成氨。

【讲解】从合成塔出来的混合气体，

通常约含15％（注意这里是体积分观看合成塔内部结带领学生了解合数）的氨。为了使氨与原料气氮气和构，更加清楚的了成氨的流程，并理氢气分离开来，通常要把混合气体通解合成氨的过程

解其中的主要步过冷凝器使氨液化，然后在气体分离骤，进一步培养学器里把液态氮分离出来导入液氨贮

生的逻辑思维能罐中。分离出的原料气经过循环压缩力。

机，又送到合成塔中进行反应。

【投影】下面我们来看一下合成塔内

部构造示意图。

【讲解】制备好的原料气，氮气和氢

气从气体入口进入，然后再接触室内

进行反应合成氨，反应后的混合气体

进入热交换器，热交换器使合成氨冷

凝，把液氨分离收集出来，剩余的氮

气和氢气循环送到合成塔中。热交换

器用冷凝氨的热量来加热原料气，如

此进行热交换，充分利用能源，减少

能量损耗。

【投影】合成氨的主要流程

回顾合成氨的主【讲解】合成氨的生产主要包括三个

要流程，加深工业步骤：造气，制备合成氨的原料气；合成氨的了解

净化，原料气的净化；合成，使原料回顾合成氨的过

程，掌握三个主要

气进行化学反应合成氨。

【讲述】从1913年世界上第一座合

课

程

总

结

成氨厂投资生产以来，合成氨工业不断发展。

【指导阅读】请大家阅读书本13~14页，了解合成氨工业的主要研究领域。

【板书】五、合成氨工业的发展

【讲授】合成氨研究的主要有原料及原料气的净化，催化剂的改进，以及环境保护。在绿色化学的今天，我们着重来看一下环境保护。主要是废渣、废气和废液的处理。

（带领大家阅读课本，做好笔记）

【小结】本节课，我们学习了人工固氮技术——合成氨。从合成氨的原理，工业适宜的条件，以及在工业上的主要流程，还有最后的合成氨工业的发展三废的处理，相信在同学们的不断努力下，合成氨工业会越来越好。

步骤

阅读书本，了解合

成氨工业的发展情

况

通过阅读了解工业发展趋势，以及

有待解决的新问

题，通过环境保护跟着老师阅读书培养环保意识

本内容

观看板书，记录板回顾整节课的内书上的内容。

容，对所有学知识进行梳理，逻辑性跟着老师一起回顾更强，更便于学生并理解本节课的知的认知建构，也培识点。

养学生归纳总结，分析推理的能力。

六、

板书设计

人工固氮技术——合成氨

氮的固定

一、合成氨的反应原理

N2＋3H2

高温、高压

催化剂

2NH3

二、合成氨的适宜条件

以铁为主的催化剂；400~500℃；10~30MPa。

三、合成氨的主要流程

1、制备合成的原料气

氮气的制备

氢气的制备

2、原料气的净化

H2S的去除

CO、CO2的去除

3、氨的合成与分离

四、合成氨的工业发展

1、原料及原料气的净化

2、催化剂的改进

3、环境保护：废渣、废气、废液