第一单元　化学是认识和创造物质的科学 (3).doc

哈伯与工业合成氨确定以化学史为主线，将工业合成氨条件的确定糅合在化学史中。让学生感受科学家科学探索的过程，通过了解科学家们对关键事件的处理过程，感受科学家的科学品质、人格魅力和思考问题方法。了解正确的选择对于科研研究的重要意义。在对哈伯的个人评价上，通过学生辩论的形式，让学生学会辩证的对历史人物评价。通过对合成氨发展前景的设想，来培养学生科学意识和创新精神。资料一 ：两位科学家的滑铁卢哈伯与工业合成氨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。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。 哈伯与工业合成氨稍后，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，人工合氨的研究陷入低潮。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？问题2：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？【使用意图】以反面教材的形式让学生获得对待科学研究的态度，比如对待失败的态度，对待数据的态度(严谨)。同时也引出理论指导对科学研究的重要性。资料二： 哈伯终成正果（1）哈伯与工业合成氨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1：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2：什么条件下反应可能发生呢？【使用意图】通过让学生感受到科学家质疑和不盲从权威科学素养。（2）哈伯与工业合成氨哈伯首先想到，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。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3：哈伯最终选择高温法的依据是什么？问题4：哈伯在高温法中的困境是什么？问题5：如果你是哈伯，面对暴露出来的问题你将采取哪些措施？（提示分析该反应特点）1、合成氨反应的特点是什么？2、化工生产的基本要求是有快又多，哪些条件能让合成氨反应向又快又多方向发展？合成氨反应最佳理论条件是什么？加快化学反应速率的因素 提高氨含量的因素 合成氨反应最佳理论条件是什么？【使用意图】想让学生感受到正确的方向选择对于科学研究的重要意义。（3）哈伯与工业合成氨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550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。现代合成氨的工艺的反应条件是铁触媒做催化剂，500左右，20Mpa至50Mpa。氨的产量大约在10%-15%。由于温度高，压力大，哈伯的实验装置在几天后的另一次试验中发生了爆炸，变成一堆废铁，后来另一位科学家博施采用双层结构的方式才解决了设备耐高温高压问题，博施因在化工设备耐高温高压方面的巨大贡献也获得了1931年的诺贝尔化学奖。问题6：四年来哈伯的工作主要解决什么问题？通过什么方法？ 问题7：工业合成氨反应条件确立的依据是什么？1.反应温度为什么是500左右，而不是更高或者更低的温度呢？2.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？问题8：剩余的原料气体如何处理？问题9：合成氨工艺中的能量能否循环利用？（提示：什么过程需要热量？什么过程放出热量？）【使用意图】在继续强调理论对实际的指导同时让学生感受到理论条件到工业生产的艰辛历程。同时对工业生产中高温高压条件有较深的认识，有助于对合成氨反应前景的展望。资料三：评价哈伯在化学发展史上，有一位化学家，虽然早已长眠地下，但却给世人留下关于他功过是非的激烈争论。他就是20世纪初闻名世界的德国物理化学家、合成氨的发明者弗里茨哈伯。赞扬哈伯的人说：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。诅咒他的人则说：他是魔鬼，给人类带来灾难、痛苦和死亡。合成氨的原料来自空气、煤和水，因此是最经济的人工固氮法，从而结束了人类完全依靠天然氮肥的历史，给世界农业发展带来了福音；为工业生产、军工需要的大量硝酸、炸药解决了原料问题。合成氨的成功也为德国节省了巨额经费支出，哈伯也一举成名。作为合成氨工业的奠基人，哈伯也深受当时德国统治者的青睐，他数次被德皇威廉二世召见，委以重任。43岁时他担任了威廉皇家物理化学和电化学研究所所长兼柏林大学教授。1914年第一次世界大战爆发时，外国首脑和军事专家曾预测：由于含氨化合物的短缺，大战将在一年之内结束。不料德国合成氨的成功使其含氮化合物自给有余，从而延长了一次大战的时间。德国掌握垄断了合成氨技术，德皇认为只要能源源不断地生产出氨和硝酸，德国的粮食和炸药供应就有保证。这也促成了德皇威廉二世的开战决心。第一次大战爆发后，德皇为了征服欧洲，要哈伯全力为他研制最新式的化学武器。哈伯此时又兼任了化学兵工厂厂长，他带领研究人员研制出军用毒气氯气罐，从而揭开了世界第一次化学战的帷幕。化学武器在第一次世界大战中造成近130万人的伤亡，占大战伤亡总人数4.6%，在历史上留下了极不光彩的一页，哈伯则成了制造化学武器的鼻祖，人类的罪人。1918年，瑞典皇家科学院因哈伯在合成氨发明上的杰出贡献，决定授予他诺贝尔化学奖，但因哈伯在研制化学武器上给人类带来灾难的行为，世界许多科学家提出异议。对于带来的灾难，哈伯辩称自己迫不得已。最终，瑞典皇家科学院毅然因其对人类的特殊贡献而获此殊荣，得奖后，哈伯将全部奖金捐献给了慈善组织，以表达自己内心的愧疚。回顾化学发展