课题2　人工固氮技术──合成氨教案（名师）

人工固氮技术—合成氨 教学设计

一、教学目标

1、知识目标

使学生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；使学生了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。

2、能力目标

培养学生对知识的理解能力及理论联系实际的应用能力和分析问题、解决问题的能力。

3、情感目标

通过学生领悟理论知识对生产实践的指导作用，使学生树立理论和实践相结合的思想认识；通过以化学史为主线的学习，培养学生的化学科学素养和对知识的探索精神。

二、教学重点

合成氨的反应原理、合成氨生产的适宜条件

三、教学难点

探索合成氨反应原理及生产适宜条件

四、教学方法

讨论探究 多媒体 五、课时安排 1课时

六、教学过程：

（一）导入新课

给出两幅图片，第一幅：莫言获诺贝尔奖 第二幅：屠呦呦获诺贝尔奖。

2015年获得诺贝尔生理学或医学奖由此引出和本节课密切相关的两个人物哈伯和波施,他们都获得了诺贝尔化学奖，获奖原因都与合成氨有关。从而引出本节课内容：人工固氮技术——合成氨，哈伯主要探究合成氨的反应原理，波施使哈伯的合成氨法实现了工业化，我们今天学习第一课时，内容是哈伯的研究成果即合成氨的反应原理和生产的适宜条件。

设置目的：莫言、屠哟哟是我们中国人的骄傲，在化学史上也涌现出了许许多多的诺贝尔获得者，从而激起学生学习本节课的热情。

（二）新课内容

以哈伯研究合成氨的艰难历程为主线索来进行新课内容的讲解。

⑴

30岁

历史背景资料一：

19世纪初，人们就认识到氮肥在农业中的巨大作用，当时土壤中极少的氮远远不能满足工农业的需要。空气中80%都是氮，将游离态的氮变为氮的化合物，成为一项受到众多科学家关注的重大课题。

问题1、植物生长为什么需要氮元素？

问题2：空气中含80%的氮。为什么大多数植物还需要施加氮肥？

问题3：将游离态的氮变为氮的化合物我们称为什么？自然界如何实现游

离态的氮转变为氮的化合物？

雷雨发庄稼N2 + O2 ==== 2NO2NO+ O2= 2NO23NO2 + H2O = 2HNO3+ NO放电或高温豆科植物的根瘤菌固氮

问题4：哪一种生产过程可能会成为工业化生产过程？

设置目的：由以上4个问题的探讨得出在哈伯30岁时社会状况：急需氮肥，怎样固氮，成了众多科学家探讨的问题，哈伯选中了用氮气和氢气来作为原料研究。

⑵

历史背景资料二：

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。他在用实验验证过程中发生了爆炸。他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进行的。因此人工合成氨的研

32岁

究又惨遭厄运。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。

问题5：两位科学家失败的原因是什么？对我们有什么启示？

问题6：在研究方案可行性方面，两位科学家的思路有什么共同合理之处？

历史背景资料三：

能斯特结论的公布给同时也在研究合成氨的哈伯很大的打击。但是通过比较发现，他所取得的某些数据与能斯特有所不同。他没有盲从权威，而是依靠实验来检验，终于证实了能斯特的计算是错误的。

问题7：根据你所学的知识，分析合成氨反应难以发生的原因是什

么？

问题8：什么条件下反应可能发生呢？

设置目的：不惧怕权威，知难而进，继续研究氮气和氢气合成氨。

⑶

历史背景资料四：

哈伯首先想到，也许高温可以进行这个反应。结果却出乎意料，当温度升高到 1000℃时，氨的产量才不过是原料体积的0.012%，还不如低温度时的产量。但是，降低反应温度时，反应却又变得十分缓慢。哈伯的实验陷入困境。1903年，伯克兰和艾德采取在空气中放电的方法固氮。哈伯赴美国考察，回国后也采用高压放电固氮，实验历时一年效果不尽人意。放电法还是回到高温法，经过慎重考虑，哈伯觉得放电法需要大量的电力，不易形成流程化,没有前途。决定再回到高温法。

问题9：哈伯在高温法中的困境是什么？

问题10：如果你是哈伯，面对暴露出来的问题你将采取哪些措施？

1：合成氨反应的特点是什么？

2：化工生产的基本要求是又快又多，哪些条件能让合成氨反应向又快又多方向发展？

33-39岁

讨反应要求外界条件分析角度论快多合成氨反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 放热使氨生成的使氨生成的(从化学反应速率分析)(从化学平衡分析)增加N2和H2的浓度增加N2和H2的浓度或减少NH3的浓度浓度压强温度是否要用催化剂高压高温使用高压低温不影响33-39岁

在讨论总结后给出一个实验视频，加深对知识的掌握和理解。

设置目的：通过学生的讨论，使学生对于影响化学反应速率和化学平衡移动的因素有了更深的理解，并体会到学以致用的乐趣，这是本节的重点也是难点。

⑷

历史背景资料五：

1905年底，哈伯确定了氮气和氢气的混和气体在高温高压及催化剂的作用下合成氨。但什么样的高温和高压条件为最佳？以什么样的催化剂为最好？经过四年几千次的实验和计算，哈伯终于在1909年取得了鼓舞人心的成果。这就是在500℃的高温、200个大气压和锇为催化剂的条件下，能得到产率约为6.25％的合成氨。哈伯也为他的成果申报了专利。1909年7月，哈伯成功地建立了每小时能产生80克氨的实验装置。哈伯的这一成果具备了实现工业化合成氨的可能性。

问题11：

反应温度为什么是500℃左右，而不是更高或者更低的温呢？

40岁

问题12：增大压强既能增加反应速率又能提高氨的产量为什么不采用更高的压强？

设置目的：哈伯终于成功了，也引出这一成果具备了实现工业化合成氨的可能性。

（三）给出一副图片，如下。结合一段视频资料，让学生能够正确客观地评价哈伯，化学知识可以为人民服务也可以给人民带来灾难，同学们应该有正确的价值观。

他是天使，为人类带来丰收和喜悦，是用空气制造面包的圣人他是魔鬼，给人类带来灾难、痛苦和死亡

（四）随堂练习，见课件

设置目的：我校学生基础太差，所以设置的问题都比较简单，让他们感受学会知识的成功与喜悦。