基于化学史的教学设计工业合成氨骆青.doc

基于化学史工业合成氨的教学设计 清镇市第一中学 骆 青摘要：化学史在化学中是重要的教学材料。它不仅可以丰富教学学内容，让学生搞懂化学的来龙去脉，还可以让学生重温科学探究之路、培养学生对化学情感态度，知道科学家们在为化学奋斗的路途上的艰辛。不仅能再现知识的动态演变过程,而且可以揭示知识背后所蕴含的科学思想和科学方法。使学生在获得基础知识与基本技能的同时,领悟科学精神,全面提高科学素养1。本教学设计以氨的合成发展史为线索，为学生再现氨的合成，从化学反应速率和化学平衡两个维度选择合成氨的适宜条件，体会化学理论的学习对生产实践的指导作用。 关键词：化学史；工业合成氨；教学设计1 设计背景普通高中化学课程标准（实验）在选修化学反应原理模块要求学生“赞赏运用化学反应原理合成新物质对科学技术和人类社会文明发挥的重大作用”2。合成氨工业对国防工业、化学工业和我国实现农业现代化具有重要意义，在人类历史的发展中也具有重要意义。有关工业合成氨的研究先后三次获得诺贝尔化学奖，在教学中若能以此为线索，不仅为学生丰富了氨合成的化学史，也能达到课程标准选修模块对学生的要求，学生不仅能获得基础知识与基本技能，还能领悟科学精神,全面提高科学素养。2 学情分析2.1学生具备的知识学生通过对前面内容的学习，已经掌握了温度、浓度等外界条件对化学平衡的影响和影响化学反应速率的因素，具有了相应的知识基础。2.2学生的认知能力、思维水平经过高中一年多的学习，学生的认知能力和思维水平都得到了较大的提高，开始了从感性思维、形象思维向理性思维、抽象思维的转变。但学生刚刚学完这部分内容感觉比较抽象，不容易理解，在学习过程中需要老师去引导，循序渐进，在复习基础知识的基础上，讨论合成氨反应的特点，从而探讨出工业生产所需的合适条件.而且对于如何处理从化学热力学角度实现高转化率所需的条件与从动力学角度实现高速率所需的条件的矛盾，以及实际生产中还要考虑成本、经济效益的等多方面因素存在疑问。3 设计思路以合成氨化学史为教学载体进行教学，其中蕴藏的化学基础知识不但能满足课程标准的要求,而且在科学思想、科学方法、科学精神与态度的教学上更具有不一般的活力。让学生课前查阅工业合成氨的材料，以便课堂上向同学们介绍；链接实验室制法的原理，以便对比学习；课堂上进行相关知识的回顾、相近知识的学习、相关科学史的学习和讨论，达到知识和情感教育的相互渗透和升华，达到理性和感性的统一协调发展，从而完成教学目标。4 教学目标4.1知识与技能（1）了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程。（2）使学生理解如何应用化学反应速率和化学平衡原理，分析合成氨的适 宜条件。（3）能够说出环境污染的主要方面及防止污染的一些措施。4.2过程与方法（1） 以氨的合成史为线索，以合成氨知识为中心，结合工业生产的实际情 况，将知识串联、拓展、延伸，培养学生的归纳思维能力。（2） 通过对合成氨适宜条件的研究 选择，学会把握主要矛盾、统筹兼顾解 决问题的方法，培养理论联系实际的能力。 4.3情感态度与价值观（1）通过了解科学家们合成氨的历史，激发学生爱科学、探索科学的热情。（2）通过对合成氨适宜条件的探索，认识化学反应速率和化学平衡的调控 在工 业生产中的重要作用，提升学生对化学反应的价值的认识，以及 合成氨对人类社会发展的重要意义。5 教学重点和难点（1） 探究化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的合适条件。 （2） 了解应用化学反应原理选择化工生产条件的思路和方法。 6教学过程6.1环节一 联系生活，导入新课“空气变面包，氨功不可没”。19世纪以前，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。因此将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式，在20世纪初成为一项受到众多科学家注目和关切的重大课题。德国化学家哈伯就是从事合成氨的工艺条件试验和理论研究的化学家之一,他终于在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”。【设计意图】联系实际生活，激发学生学习兴趣，引出本节内容。高温高压6.2环节二 原理分析催化剂N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),H0学生简单回顾该反应的原理、特点，该反应是一个气体体积缩小、放热的可逆反应。【设计意图】 通过该方程式对比实验室制备氨气的原理，让同学们明白二者的不同；同时对原料气的制备有一定的认识。6.3环节三 知识链接学生回顾化学反应速率和化学平衡原理，并分析如何提高合成氨的速率和产率。 【设计意图】巩固化学反应速率和化学平衡原理知识，为分析合成氨的适宜条件做铺垫。6.4环节四 工业合成氨的历程6.4.1合成氨工艺的发明3学生课前收集哈伯的合成氨研究历程化学史料，并在课上坐汇报。大家思考并讨论从中得到什么启发？【学生讨论、归纳】(1) 化学是一门创造性的科学；(2) 科学需要创新；(3) 由合成氨发展的艰辛历程说明科学发展的过程漫长而曲折；(4) 要有正确的科学方法指导科学研究；(5) 科学的发展既要有理论指导，还要有大量的实验；(6) 不能迷信权威，敢于向权威挑战；(7) 实验室研究到工业生产往往需要许多论证和分析；(8) 科学探究需要知难而进、持之以恒、不达目的誓不罢休的科学精神； (9) 科学技术的进步与社会发展有密切的关系，以及作为科学家应具有什么 样的社会责任感。 【设计意图】让同学们了解合成氨工艺发展的历程，对他们进行深刻的思想政治教育和科学方法教育。通过了解合成氨的全过程，可以激发学生热爱科学、探索科学的热情。6.4.2波施对合成氨催化剂的改进学生课前收集波施的合成氨催化剂研究历程化学史料，并在课上坐汇报。大家思考并讨论从中得到什么启发？ 【设计意图】让学生弄清楚合成氨的整个历程，再次激发学生热爱科学、探索科学的热情。明白科学探究是一个漫长的历程，甚至需要几代人的努力。哈伯和波施在合成氨工业上的巨大贡献使得他们分别获得了1918年和1931年的诺贝尔奖。6.4.3哈伯与第一次世界大战学生课前收集哈伯与第一次世界大战史料，并在课上坐汇报与交流。从中获得什么教训？（1）科学家从事科学事业时应该具备基本的伦理道德；（2） 对科学及科学发明有辨证的看法，科学的不合理使用会对人类造成巨大的危害，例如毒气战的使用；【设计意图】加深学生对科学是把双刃剑的理解，对科学道德有更深的理解。化学既能造福人类，也能给人来带来灾难，能带来祸或福就看人类自己的意念。6.5环节五 得出结论：工业合成氨的条件通过老师引领学生复习理论，回顾发展历程，结合今天的实际，总结合成氨的适宜条件。合成氨的适宜条件：（1）温度：700K（2）压强：200atm-500atm（3）催化剂：铁触媒（4）浓度：将生成的氨及时从混合气中分离出来，且向混合气中不断补充氮气和氢气。【设计意图】 在运用理论的过程中，学生进一步加深对所学理论的理解和提高知识的实际应用能力。6.6环节六 我国合成氨工业前景的展望充分利用各种学习资源,分析我国合成氨工业现状。主要介绍中国在合成氨工业几个方面的改进：原料及原料气的净化、环境保护上的改进、催化剂的改进。简单介绍合成氨发展前景“生物模拟固氮”，例如我国福建厦门物质结构研究所的模拟生物固氮研究进展，以及生物模拟固氮的研究的巨大应用前景。【设计意图】 通过展望我国合成氨前景，激发学生学习兴趣，体会化学学科中逻辑结构严谨深刻的科学美，并在其中渗透爱国主义教育。（引导学生归纳总结） 1、合成氨工业生产中，采用哪些条件可以提高生产效益？ 2、在实际过程中，对某合成工业生产条件的选择一般应从哪些角度去考虑？（化学反应速率、化学平衡、生产动力、材料、设备等。） 7教学反思不论我们学习什么内容，不论教师采取什么方法，化学史的教学都要遵循一般的教学规律，符合科学发展规律、社会历史发展规律，紧密结合学生的身心发展水平和认知规律，选择合适的内容、方法，用发展的眼光辩证地看待这些“历史”的功与过。本节课学习合成氨工业开发过程中体现严谨的、不畏艰险的科学态度：从勒夏特列因为氢气中混有氧气发生爆炸而放弃合成氨研究，到哈伯不畏艰险研制成功工业合成氨，以及波施经过两万多次催化剂的探索得到合理的催化剂等等化学史。通过本节课激发学生的爱国主义情感、热爱科学、崇尚科学的情感。参考文献1葛秋实.王秀红.基于化学史的教学设计:与科学家对话重温氯的发现之旅J