老师《合成氨反应及其反应条件的选择》教学设计

6.3-2《合成氨反应及其反应条件的选择》教学设计

东昌中学林夕勋2011.5.3

教学设计思路：

以“合成氨反应的发生和工业生产反应条件的研究”历史为主线，让学生感受科学家科学探索的过程，体验科学难题研究的方法和态度对于科研研究的重要意义，同时通过对哈伯的科学精神和道德价值的认识，结合目前国内食品添加剂的安全和生产道德，对学生进行科学道德的教育，树立正确的人生价值观；在学习了化学反应速度和化学平衡移动原理以后，用该理论研究工业合成氨生产反应条件的选择，体验科学理论对工业生产的重要指导意义，同时考虑工业生产中设备、材料等的实际情况和综合的经济效益，合理地选择适宜的生产条件；通过对合成氨反应催化剂技术的发展前景的设想，体验科学发展无极限，体验科学创新精神和意识。

第一部分：阅读“勒夏特列、能斯特、哈伯”三位杰出科学家合成氨反应的研究故事，体验科学难题研究的方法和态度对于科研研究的重要意义。

第二部分：合成氨反应条件选择的理论分析和实际生产选择的讨论。引导学生运用化学反应速率和化学平衡原理等知识，从反应速率的角度和从化学平衡的角度来分析，合成氨反应对外界条件（温度、压强、催化剂）的选择要求；再考虑合成氨生产中动力、设备、材料等的实际情况，从实际出发合理地选择合成氨的生产条件；结合合成氨生产过程示意图，简单分析浓度对合成氨生产的影响，以及原料的循环使用等问题，从提高综合经济效益的角度，来理解合成氨反应适宜条件的选择和操作要求。第三部分：合成氨工业发展前景——催化剂技术。（生物技术和催化剂技术——酶。“盐酸酶能把食盐直接变成盐酸”）从拓宽学生的思路出发，主要目的不在于知识本身，而更多地应侧重于培养学生的创新精神和训练科学方法。

一．教学目标

1、知识与技能

（1）掌握工业合成氨的反应条件

（2）掌握工业合成氨反应条件的选择依据

2、过程与方法

（1）通过阅读合成氨反应的发展史，体验科学家探索科学难题的过程和方法。

（2）通过对合成氨反应条件选择的讨论，理解化学理论对实际化工生产的指导意义。

3、情感态度与价值观

（1）通过三位杰出科学家对合成氨反应的研究故事，感悟科学研究的态度和方法；

（2）认识哈伯的科学态度和道德价值观，树立科学和道德正确的人生价值观。

(3)激发学生对化学及化学工业的兴趣.

二．教学重点和难点

1、重点：

（1）体验科学难题探索的方法和态度，人生价值观教育；

（2）合成氨适宜生产条件的选择。

2、难点：

合成氨适宜生产条件的选择。

三．教学方式：

阅读、讲解、问题讨论

四．教学流程

引入：一个化学反应能解决几十亿人的吃饭问题，有人称其为“明星反应”，你知道是哪个

反应吗？

学生：合成氨反应。

教师：板书反应方程式

教师：这个反应看似简单却曾是20世纪初的世纪难题。合成氨反应曾经使三位杰出科学家“败也辱成也辱”,成为合成氨化学发展史上的“水门事件”。

在今天看来这个显而易见的反应，在论证这个反应能否发生的问题上，却成了两位曾经的诺贝尔化学奖获得者“勒夏特列和能斯特”的滑铁卢——“败”。

德国化学家哈伯因为攻克这个世界难题，实现合成氨反应的工业化, 对人类社会发展特别是粮食的生产作出巨大贡献,而获得1918年的诺贝尔化学奖——“成”。

同时也是因为这个反应使哈伯堕落——“败”。

【资料一】：

19世纪初，粮食供应已经无法满足人口增长的需求，要增加单位面积产量，人们就认识到含氮化合物的氮肥在农业中的巨大作用。当时含氮化合物主要来自智利的硝酸钠矿石，有限的矿产资源使得含氮化合物的价格十分高，不能满足工农业的需要。可是大气成分的五分之四都是氮气，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”。设想，当一个人发现漂浮在自己周围的不再是空气而是一个个汉堡时，他会以怎样巨大的热情投入这项工作。

法国化学家勒夏特列是合成氨的先驱。1901年，勒沙特列，根据他提出的“平衡移动”原理，高压低温有利于氨的生成，通过理论计算，认为N2和H2在高压条件下可以直接化合生成氨。他在用实验来验证的过程中发生了爆炸，钢制釜体的碎片穿透了地板和天花板。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O2，在实验过程H2和O2发生了爆炸的反应。

在勒沙特列合成氨试验之后，德国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。后来才发现，他在计算时误用了一个热力学数据，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了低潮。

问题1：两位科学家失败的原因是什么？对将来我们进行科学研究有什么启示？

勒沙特列和能斯特的失误则给人们有益的启示，那就是：搞学问要有锲而不舍的精神，坚韧不拔的毅力和一丝不苟的工作作风。两位科学家虽然都失败了，但是在研究方案可行性方面，为我们提供了科学研究的一般思路，那就是理论论证——实验验证。

【资料二】

在合成氨研究屡屡受挫的情况下，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。哈伯没有盲从权威，知难而进，依靠实验来检验，通过比较，哈伯发现他所取得的某些数据与能斯特有所不同，最终证实了能斯特的计算是错误的。

问题2：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？什么条件下反应可能发生？

【资料三】

哈伯首先想到，也许高温会进行这个反应。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，哈伯对高温法产生了困惑。

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。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。

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？

问题3：请你分析高温法为何产量低？哈伯最终又选择了高温法的原因是什么？