课题2　人工固氮技术──合成氨优秀教学实录

四川省资阳市雁江区第一中学教学设计

人工固氮技术合成氨（第一课时）教学设计

课

题

课

型

人工固氮技术合成氨

探究新授课

主备人

使用时间

李琪

导

者

2019.5.22 根据新课改的理念，确定本节课的培养目标为：

1.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

学习目标

2.了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义

3.培养学生对科学家的敬佩之情及坚持不懈的科研精神

学习重难点

教

法

教学准备

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。

讲授法、问答法

教学ppt、导学案、合作学习小组

学习过程

时活动形式

间

1、引导学生朗读本节课的学习目标

1、齐声朗读本节课让学生了解本节课2 min 明确学

习目标

2、明确提出本节课的重难点为“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”。

化学反

应速率

2 课前复习

min 浓度

气体压强

温度

催化剂

化学

平衡

核对课前完成的这部分练习

温故而知新，为新课的学习做好铺垫

的学习目标

的学习目标，明确重2、知道本节课的重难点内容

难点

教师活动

学生活动

设计意图

学

法

合作探究法、讨论法

李琪

【师】影响化学反应速率和化学平衡

的重要因素有哪些?

【情境创设一】

【师】同学们，看到了这两幅图，你们想到了什么？

【展示图片】

学生思考并抢答

【生】我看到了贫穷、看到了食不果腹

3 情景引入

创设情境激发学生学习兴趣，并导入新课。同时引发了同学们对国家政策精准扶贫的响应，也培养了学生同情心。

通过问答法，让学生理论联系实际，培养其思考问题的能力

【师】针对这种现象，我们的******说：“饭碗一定要端在自己的min 导入新课

手里，碗里面主要要装中国的粮食”。

相连的两个同学，【展示图片】并提出问题：

【师】：五谷的生长所需大量含氮化合物，含氮化合物的理想来源应该是什么物质？

【师】：如何获得化合态氮元素？

进行对学，讨论出结果，并举手发言【生】空气中的氮气

【生】氮的固定

【师】将游离态氮转化为化合态氮的方法叫氮的固定．

学生思考并抢答

【生】固氮方法有

（1）雷雨固氮（闪

1、回顾固氮的三种方法

2、了解工业固氮的发展历史，培养学生对科学家的敬佩之情及坚持不懈的科研精神

3、引出本节课探究的重点工业合成氨

20 min 探究学习一

【师】：请谈谈对这三种固氮方法的理解？

【过渡】问2：能够大量获得氮的化合物的是哪种方法呢？

电时，N2

转化为NO。(2)生物固氮（如：豆科作物的根瘤菌将N2转化为化合态氮）。（3）人工固氮：（用N2和

H2合成氨）

【生】人工固氮

【师】德国化学家哈伯从1902年开始研究合成氨, 终于在1913年实现了合成氨的工业生产，满足了20世纪人口由30亿增至60亿对粮食的需求，因此人们赞扬哈伯是“用空气制造面包的圣人”。

【师】：工业固氮化学反应

看起来十分的简单，为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的过程？合成氨工厂为什么需要那么庞大而复杂的生产设备和特殊的生产条件？

学生已有的知识储备难以全面地对这个问题进行阐述

留有疑问，进一步激发学生对本节课重难点的探究欲望，同时与后面的小结前后照应

对工业合成氨的化学方程式充分分析，为接下来的小组讨论做好铺垫。

学生讨论交流

并抢答

【生】工业合成氨的化学反应是可逆反应、正反应为放热反应、正反应为【师】这个问题留到本节课快结束的时候，我们一起来解决，好不好？

【师】分析该反应的特点？

_____反应

正反应为_____反应

正反应为气体体积_____反应

需要有

气体体积减小的反应、需要加催化剂。

【师】假如你是一个合成氨化工厂的工程师，对工业生产你会考虑哪些问题？

【小组讨论】合成条件

1.

据合成氨反应的特点，应分别采取什么措施提高反应的平衡转化率和反应速率？

【生】要使氨产生的又多又快，从而提高生产效益

引导学生从化学反应速率和化学平衡两个角度去分析问题，为引出要讨论的重难点内容抛出引子

1、采用小组合作学习的形式进行讨论，目的在于培养学生的合作精神、探究精神、概括归纳能力以及语言表达能力

2、突破本节课的重难点“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”

2.

请尝试为合成氨选择适宜条件。

3.

在确定合成氨的适宜条件的过程中遇到了哪些问题？是怎样解决的？

4.

为了提高合成氨生产能力，还可以在哪些方面做进一步的改进？

【师】请同学们结合“合成氨工业的相关资料”小组讨论以上四个问题，并总结以下表格。

工业合成氨的合成条件选择及理由

外部条件

取值范围或适宜条件

压强

温度

催化剂

浓度

理由（化学反应速率、平衡原

1、学生按照平时所在的学习小组进行相关问题的讨论

2、遇到问题需要和老师交流的举手示意，随后和老师相互交流彼此的观点

3、通过投影主动分享本组的讨论成理、实际情况）

果，并派代表发言

阐明本小组观点

教师展示学生讨论的结果

【合成氨工业的相关资料】

浓度：

将生成的氨及时从混合气中分离出来，且向循环气中不断补充N2、H2（1:2.8)。

压强：

有研究表明，在400°C，压强超过200MPa时，不使用催化剂，氨便可以顺利合成，但实际生产中，太大的压强需要的动力就大，对材料要求也会增高，而增加生产成本，因此，受动力材料设备影响，目前我国合成氨厂一般采用20MPa~50MPa. 温度：

从理想条件来看，氨的合成在较低温度下进行有利，但温度过低，反应速率会很小，并且在500°C时催化剂

铁触媒的活性最大，故在实际生产中，一般选用500°C。

催化剂：

采用

铁触媒（以铁为主，混合的催化剂），铁触媒在此资料来源于百度百科，是合成氨工业的相关资料的真实数据，新课程标准的核心素养要求，要培养的是学生的学习能力。在这个信息爆炸的时代，能根据搜索到的信息进行知500°C时活性最大，这也是合成氨选在500°C的原因。但识的学习和及时更对于合成氨反应中的铁催化剂，O2、CO、CO2和水蒸气等新，这将是老师教给都能使催化剂中毒。但利用纯净的氢、氮

混合气体通过中学生最好的方法。因毒的催化剂时，催化剂的活性又能恢复，因此这种中毒是此此处的设计是不暂时性中毒。相反，含P、S、As的化合物则可使铁催化仅要授之以鱼，更要剂永久性中毒。催化剂中毒后，往往完全失去活性，这时即使再用纯净的氢、氮混合气体处理，活性也很难恢复。催化剂中毒会严重影响生产的正常进行。工业上为了防止催化剂中毒，要把反应物原料加以净化，以除去毒物，这样就要增加设备，提高成本。因此，研制具有较强抗毒能力的新型催化剂，是一个重要的课题。

授之以渔。

【师】尝试分析合成氨的生产流程图

5 min 研究学习二

学生进行小组讨论分析，举手发言。

检验学生对所学到的知识的灵活运用能力，并培养其学以致用的精髓。

1 、能使合成氨反应进行程度增大的方法是（

）

A、升高温度

B 、降低压强

3 课堂巩固

方向进行

min D、合成氨工业采用20 MPa - 50MPa ，是因该条件下催化剂的活性最好

【总结】通过本节课的探究学习，你有哪些收获？

1、学生思考并总【师】为什么合成氨的工业化生产会2 课堂小结

经历如此漫长的过程？合成氨工厂min

为什么需要那么庞大而复杂的生产和总结

设备和特殊的生产条件？现在可以回答了吧。

相辉映，为本节课的学习画上一个完美2、教师提示、点评3、与前面所提问题结

强调重难点知识

2、教师借此向学生1、及时反馈给教师学生掌握的情况

500 ℃左右，目的是使平衡向正反应C、合成氨工业的反应温度控制在和总结

B、由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则总的说来氨的产率很高

3、教师提示、点评的反馈信息

都很低

2、学生展示作业知识、并通过练习得成果并讲解

到及时的学习效果般占15%，所以生产氨的工业的效率并完成作业

通过练习及时巩固A、从合成塔出来的气体，其中氨一1、学生独立思考

确的是

（

）

2、关于氨的合成工业的下列说法正

C、使用催化剂

D、及时分离出氨气

的句号

1 统计评价

min 1、

预习第二课时合成氨的基本生产过程。

1 作业布置

2、

完成人工固氮技术合成氨第一课min 时练习题。

1、教师布置作业

巩固、复习、掌握

引导学生课后及时统计表彰优秀小组和鼓励全体同学

【固氮技术的科学前沿】

光催化固氮合成氨技术

一直以来，固氮合成氨工艺都是采用了铁基催化剂，但是传统工艺对反应条件的要求十分严苛，不仅需要高压高温，并且还需要巨大的能量消耗。为了降低能耗，光催化固氮合成氨技术应运而生。光催化技术可以将太阳能直接转化为化学能，有效降低了合成氨过程中的能量消耗。中国科学技术大学一研究团队通过对金属氧化剂光催化的缺陷工程调控，发现可以通过掺杂法修复催化剂的缺陷态，进而促进缺陷位点对氮分子的高效活化，可以有效提高光3 min 课外拓展

催化固氮合成氨的效率。相关成果发表在国际著名化学期刊《美国化学》上。

固氮技术与电池革新的完美结合：Li-N2电池

中国科学院长春应用化学研究所张新波研究员团队概念性验证了一种基于锂-氮气电池的新型固氮技术。该电池在放电过程中固定氮气，充电过程中释放氮气，既实现氮气的循环，又对外提供电能。该技术不仅扩展了人工固氮的新方法，将固氮技术与新能源联系在一起，而且填补了锂-氮气二次电池技术领域的空白。基于空气电池的基本工艺，锂-氮气电池主要由锂箔负极、玻璃纤维隔板和多孔的碳布正极组成。氮气作为正极活性物质参与放电反应，醚类电

解液作为传导锂离子的载体。其中碳布不仅具有输送氮气的孔道结构，而且较高的导电性为电子的传递提供了充分保障。其次，考虑到金属钌（Ru）和二氧化锆（ZrO2）催化剂对氮气分子具有较好的吸附活性，通过简单的化学负载，将催化剂均匀的生长在碳布基底上，就能成功构筑一体化电极。该一体化的正极结构既有利于氮气的吸附又有利于导电性的提高，实现了较高的固氮法拉第效率（59%）。

作为一名工程师，我们弄明白出了生引导学生课后预习1mi结束语

n 是怎么样呢？欲知详情，请听下回分解，下课！

板书设计：

人工固氮技术合成氨

1、合成原理

2、适宜条件

3、工艺流程

疑问

第二课时的兴趣

产原理和流程图，那实际生产情况又学生产生了兴趣和第二课时，激发预习