人工固氮技术-合成氨

第一单元走进化学工业

课题2 人工固氮技术——合成氨

教学目标：

知识与技能：

1.掌握氮的固定的概念，了解工业合成氨对人类社会发展的意义。

2.利用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、典型设备、流程和意义。

过程与方法：

1.通过查阅资料了解工业合成氨的反应原理，并利用所学化学反应速率，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。

情感态度与价值观：

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.树立合理利用自然资源、节约能源的观点，激发学习工业化学的兴趣，培养创新精神。教材分析：

本节教材的内容：本节教材是高中化学选修二第一章第二节《人工固氮技术—合成氨》的内容，合成氨工业对化学工业、国防工业和我国实现农业现代化具有重要意义，是重要的化学工业之一；同时，氨气、氢气合成氨反应也是一个学生熟悉的、典型的平衡体系。本节主要通过合成氨的反应原理、原料气的制备和净化，主要生产过程及相应设备。在化学工业中，需要化学与技术的结合，本节以此为研究对象有利于学生应用化学平衡理论和化学反应速率理论尝试综合选择化工生产的适宜条件，从而体会化学热力学理论和化学动力学理论对生产实践的指导作用。

本节教材的地位及作用：本节学生已在化学必修课中，学过NH3性质，有关氨的用途也已学过，通过“化学反应的快慢和限度”的学习，已经了解了化学反应速率的相关知识并建立了化学平衡的概念。在本课题学习中，面对合成氨的实际生产问题，通过对合成氨最佳条件的探究，进一步理解化学反应速率和化学平衡移动原理是选择合成氨生产条件的主要依据，同时也提供给学生一条综合运用化学原理和其他生产因素分析和解决实际问题的途径，使他们已有的知识得到拓展和应用，并体会到化学理论对生产实践的指导作用。

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。

教学方法:讨论探究、多媒体。

课时安排：2课时教学设计流程图：

教学过程：

[教师活动] [课前学生活动]课前学生查阅资料，了解氮的固定，人工合成氨的重要用途，合成氨的原理，生产流程及相应的设备，做相应的板报和PPT。

角色扮演：

教师：总导演

学生：市场调查员—介绍氨用途

学生（小组分工）：氨厂厂长

学生：硫酸厂总设计师—设计生产原理

学生：第一阶段工程师—阐述氮气和氢气的制备；

学生：第二阶段工程师—阐述氮气和氢气的净化；

学生：第三阶段工程师—阐述氨合成的条件；

学生：环境保护小组—阐述工业三废的处理；

学生扮演：外聘博士—讲述氨合成塔使用原理。

[教师活动][课程引入ppt展示]在新疆与青海交界处有一山谷，人称魔鬼谷。每当人畜进入后，经常电闪雷鸣，狂风暴雨，把人畜击毙。然而谷内却是牧草茂盛，四季常青。请同学们一起思考并解释原因。

[学生活动][学生归纳]N2 + O2= 2NO(放电）

2NO + O2= 2NO2

3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO

空气中的氮转化为氮氧化物被植物吸收。在人们生活中也经常有“雷雨发庄稼”“春雨贵如油”等说法。

[教师活动][过渡]大家都知道在地壳中氮的含量只有0.04%，而大气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。请大家根据课前的预习，氮的固定有哪些方法？[学生活动][学生归纳]主要的固氮反应有：生物固氮、自然固氮、化学固氮和人工模拟生物固氮。

[ppt展示]1、生物固氮：是一种主要的自然固氮反应，如植物在根瘤菌作用下直接吸收空气中的N2转化为氨等，进一步合成氮白质。

2、自然固氮：如闪电产生的巨大电压，其电火花足可以击破氮分子的叁键，促使其与氧气反应生成NO。进而生成NO2和HNO3等。

3、化学固氮：合成氨反应；在放电条件下使氮气与氧气反应生成NO等；氮气与镁反应生成氮化镁。

4、人工模拟生物固氮：通过化学方法，制备出类似生物“固氮菌”的物质，使空气中的氮气在常温常压下与水及二氧化碳等反应，转化为氨态氮或铵态氮，进而实现人工合成大量的蛋

白质等，最终实现工厂化生产蛋白质食品。

[信息技术支持]利用Powerpoint展示图片

[教师活动][过渡]那么在化学上怎样才能有效利用廉价的自然资源来生产含氮化合物？其中合成氨是最有效且便于工业化的方法，这就涉及人工固氮技术—合成氨，为什么要合成氨呢？今天我们以角色扮演的形式来学习合成氨。

[学生活动] [投影]学生-角色市场调查员阐述氨的用途,利用板报展示氨的用途。

[设计意图]通过氨对化工生产的重要性，激发学生对合成氨生产的兴趣。

[信息技术支持]利用板报和Powerpoint展示图片

[教师活动] [设疑]氨有那么多用途，工业上是如何生产的呢？请同学们根据查阅的资料小组归纳总结合成氨的制备原理及生产过程。

[教师活动] 氨的用途如此之多，建立合成氨厂不仅可以帮助到我们的生活还会带来利润，现在我想建立合成氨厂，首先知道如何才能得到合成氨？

[设计意图]培养学生自学能力，归纳总结能力，个人与合作的能力。

[信息技术支持]网上查阅资料：合成氨

[教师活动]教师要关注学生的活动状态，与他们共同解决可能存在的问题和困惑。

教师还可以提出以下思考问题引导学生学习活动（做成导学案学生课前及课堂使用）：[创设情景]穿越历史：介绍合成氨的发展—从实验室到工业化生产？（以下问题做成导学案学生课前及课堂使用）：

1.根据氧化还原知识确定制备氨的反应原理是什么？

2.根据反应原理确定哪些原料可以合成氨？

3.如何净化气体中的杂质？

4.如何根据影响速率和平衡移动的因素来确定合成氨的反应条件？

5.如何合成氨和分离氨？

6.如何保护环境？

[学生活动][学生讨论归纳展示并板书]学生-总工程师代表团队讲述及板书：

总工程师讲述及画报展示：1.穿越历史：合成氨的历史：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。

德国化学家哈伯，哈伯没有盲从权威，而是依靠实验来检验，曾在1906年发明了氨的合成法，1908年又发明了合成氨的催化剂，为工业化生产奠定了基础。而波施实现了合成氨的工业化。