高中化学_第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨教学设计学情分析教材分析课后反思

教学设计第4节化学反应条件的优化——工业合成氨学习目标1.知道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。

2.初步学会应用化学原理选择化工生产条的思想和方法。

（难点）3.形成用辩证唯物主义观点（对立统一的观点）看待物质、看待世界的习惯。

重点难点重点：知道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。

难点：初步学会应用化学原理选择化工生产条的思想和方法。

教学方法自主学习合作交流教学用具多媒体教学过程教师活动学生活动设计意图新课引入【复习回顾】我们前面学习了化学反应方向和限度，化学反应速率的知识，首先对前三节的知识进行简单复习提名让学生回答，并点评指导把复习回顾内容用于分析合成氨反应指导学生阅读学习目标图片导入氮肥，引入合成氨阅读一篇小文章，引入氨从发现到工业化生产为什么耗时那么长？【板书】化学反应条件的优化——工业合成氨【引导】氨从发现到工业化生产为耗时那么长是因为要综合考虑的问题比较多引出目的：多、快、好、省口述填写表格观看本节学习目标阅读文章学生回答：化学反应限度、速率、能耗、环保……学生听讲复习回顾导入新知拓宽思路判断合成氨反应能否自发进行合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知298K时，△H=-92.2kJ·mol-1△S=-198.2J·K-1·mol-1根据正反应的焓变和熵变分析298K下合成氨反应能否自发进行。

从焓变角度考虑容易自发进行，但从熵变角度考虑又出现矛盾?如何考虑呢？【板书】合成氨反应的方向△H-T△S＜0 能自发进行学生讨论分析反应特点：合成氨反应为放热、气态物质系数减少的可逆反应。

复合判据△H-T△S=-92.2kJ·mol-1-298K×（-198.2J·K-1·mol-1）＜0298K时，合成氨反应是可以自发进行的。

合成氨虽然客观上是真实发生的，但我们如何从理论上来断定它确实可行，为讨论合成氨适宜生产条件做准备。

使学生体会一般的研究思路：合成氨反应的限度引导学生从多开始探讨反应条件【活动探究】请同学们根据合成氨反应的特点，利用影响化学平衡移动的因素，理论分析什么条件有利于氨的合成？【板书】一、合成氨反应的限度【点拨】给与数据资料支持，如图2-4-3所示，在不同反应温度、压强下反应达平衡时，平衡混合物中氨含量的测定结果与上述理论分析结果一致。

老师分析温度的影响，引导学生分析压强的影响。

再现资料引出N2、H2的体积比问题。

进一步研究发现，在一定的温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为1：3时平衡混合物中氨的含量最高。

学生理论分析，讨论回答：降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动；N2、H2的体积比为1：3时平衡混合物中氨的含量最高。

学生观看图2-4-3进行分析。

学生观看下图进行分析N2、H2的体积比对平衡的影响。

理论应用于实践，使用化学平衡移动原理分析如何选择条件，提高氨的产量。

提供数据、图表等资料，检验一下理论的正确性，培养学生主动应用列夏特勒原理的主动性。

合成氨反应的速率【过渡】在寻找最佳的生产条件时，除了考虑多，还要考虑快的问题。

【板书】二、合成氨反应的速率【过渡】1.根据已知，不难得出以下结论，定量研究时影响程度又会多大呢？2.实验表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系为v=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)请你根据关系式分析：各物质的浓度对反应速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？3.请你根据下表所给的数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响：4.那么如何从微观上解释外界条件对化学反应速率的影响呢？对，碰撞理论！依次展示直观图片学生分析回答：1、升高温度增大压强增大反应物浓度使用催化剂2、增大N2、H2浓度，将氨及时从混合气中分离出去3、分析下表所给的数据使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。

表2-4-14.单位时间内有效碰撞的次数越多，化学反应速率越快。

比如浓度增大时对速率的影响，看图理解结论。

让学生从整体上对影响化学反应速率的各种影响进行定性分析，定量分析。

理论到实践，宏观到微观全方位理解。

结合生产实际选择合成氨的适宜条件【板书】三、合成氨的适宜条件【总结】根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？将前面的论述汇总在一起。

观察到矛盾的一致性和对立面。

在合成氨生产中，达到高转化率与高反应速率所需要的条件有时是相互矛盾的。

由理论分析再结合生产实际（高压对设备材质、加工制观察表格，体会矛盾的一致性和对立面。

造的要求和所需能耗多少、温度对催化剂活性的影响等）提供交流研讨的问题。

--学生分析温度，一起分析压强，催化剂一带而过，提供小贴士和资料支持：4、浓度怎么定？N2和H2的比例怎么定？【点拨】师生：讨论得出选择适宜生产条件的原则：（1）既要注意外界条件对二者影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性。

（2）既要注意温度、催化剂对速率影响的一致性，又要注意催化剂对温度的限制。

（3）既要注意理论上的需要，又要注意实际可能性。

【总结】合成氨的适宜条件：复习、整理关于化学反应的方向、限度和速率的理论知识并逐条分析：--学生分析温度⑴低温虽然有利于平衡向生成氨的方向移动，但低温时反应速率低，所以生产中温度不是越低越好。

考虑到催化剂活性，应选择适宜的温度使催化剂的活性最大。

综合以上因素:实际生产中温度一般选择在700K左右（主要考虑催化剂的活性）。

⑵虽然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，但是我们应该考虑到反应器材质及综合指标来选择压强，并非是越大越好。

综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。

实际生产中压强一般选择在200～500大气压之间。

（3）经济效益和社会效益要求化学反应速度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。

实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在700K时活性最高。

（4）实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8通过交流研讨使学生体会理论用于实践的重要步骤，需要综合评价速率与限度的研究结果，还必须考虑实际工艺技术等各方面因素。

归纳出合成氨生产的适宜条件，引导思考的方向，结合生产数据介绍合成氨实际生产条件，使学生在解决实际问题的过程中进一步加深对所学理论的理解。

体会理论到实践的过程的曲折性，形成正确的科学探究态度。

合成氨的生产流程【过渡】理论到实践，我们看一下合成氨工艺生产流程图。

【引导】引导学生自主学习，提出学生阅读，观看课本合成氨工艺生产流程图。

加深学生对化工生产的了解。

让学生了解我国一些亮点，比如热交换器的作用。

真实工艺更复杂，涉及诸多工艺段。

体会工业生产的不易。

【知识拓展】同学们可以自主查阅资料了解我国合成氨工业的发展情况。

查阅资料，拓展提高。

合成氨工业发展历程，目前我国合成氨工业从生产能力和产量上都位居世界前列，进行情感态度与价值观教育。

课堂小结优化工业合成氨条件的思路和方法：【过渡】正如在优化合成氨的过程中我们需要处理矛盾，看到矛盾的双面性，在认识任何人和事时，都是这样。

【升华】带领学生阅读弗里茨•哈伯---天使与魔鬼的化身的文章，体会人、事、物的双面性，形成客观看世界的眼界，用辩证唯物主义观点（对立统一的观点）看待物质、看待世界。

课堂练习学以致用在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3 (g)△H＜0试回答：(1)在生产中常用过量空气的原因是什么?(2)实际生产的控制温度为400～500 ℃，为什么?(3)工业生产上采用常压而非高压，为什么?学生思考、回答展现迁移应用能力当堂达标学生分析解答，进一步加深了本节课的理论和认识。

学情分析高二的学生逻辑思维能力已经非常强了，经过高一的学习，归纳总结、分析综合能力进一步发展；经通过对第2章前3节内容：化学反应的方向、化学反应的限度、化学反应的速率的学习，我们穿插进行探究的催化剂对反应的影响，碰撞理论对化学反应速率的解释的学习，学生对于化学反应的理论知识有了一定的认知，这些基本知识和基本能力为本节课的学习奠定了基础。

因而在本节内容的学习过程中注重引导学生对问题的分析探究，回忆旧知，讨论归纳，总结提升。

基于学情，依据新课程理念，结合教学内容特点，以学生为主体，采取自主学习与启发情境教学相结合，引导学生从问题出发，组织引导学生通过分析问题、自主学习、交流研讨、合作探究等活动，提高课堂的效率，选择合成氨的适宜条件，推而广之，形成应用化学原理选择化工生产条的思想和方法。

效果分析利用上课前的晚自习时间将学案发给学生，安排任务：包括根据学案利用课本预习基本理论知识，还包括充分利用我们学校的硬件资源，利用每个教室里的电脑，鼓励学生课余查阅资料，了解哈伯，了解工业合成氨的历史发展和现状，以及未来的发展方向。

多数同学预习的非常充分。

课堂上引导学生积极回忆，主动求助，参与讨论，学生主动参与活动的意识非常高，但鉴于班里多数孩子性格偏内向，发言时的音量不够大，需要多多锻炼。

总体感觉师生关系比较和谐，配合比较默契，能够完成学习目标。

达到了我预设的目标，首先对于基础比较薄弱的同学，通过本节课的学习能够起到复习回顾前3节内容的目的；中等程度以及程度较好的同学能够内化我们涉及到的分析问题的思路和方法，提升分析问题的能力。

每一个学生都在看物质、看世界的眼界上有所提升。

在以后的师生活动中需要从以下方面多下功夫：1.多多研究和尝试不同的教学组织形式，提高教学的灵活性。

比如本节课可以设计成学生做老师的形式来进行，既然学校了由充足的硬件资源，可以充分调动学生的积极性，把总的教学任务划分成块，分配给不同的小组，让各个小组来个大比武，教师做嘉宾或评委，对学生工作进行评价，有问题的地方指正……评出个一二三等，给与表扬。

2.对于这节课我感觉理解内化重于记忆，但是最终还是要落实到纸上，怎么精选习题，采用什么方式检查落实情况一直是困扰我的地方，我争取多向有经验的组内老师学习，抓好落实。

教材分析本节教材内容第2章第4节化学反应条件的优化----工业合成氨，安排在化学反应的方向、化学反应的限度、化学反应的速率内容之后，是对前3节的理论知识的总结应用，体现了化学反应速率和化学平衡移动原理等理论对工业生产实践的指导作用，同时在运用理论的过程中，能进一步加深对所学理论的理解。

本节内容脉络清晰，先论证合成氨反应的现实性，再从合成氨反应的限度方面选择反应条件，最后从合成氨反应的速率方面确定反应条件，权衡限度和速率优化合成氨的反应条件，进而了解合成氨的生产工艺流程，探索合成氨的发展前景，拓展学生的视野，这是一条明线。