高中化学《化学反应条件的优化-工业合成氨》优质课教学设计、教案

1、【教学目标】知识与技能:.应用化学反应速率和化学平衡原理，学会理论联系实际选择合成氨生产的适宜条件。过程与方法：.通过理论联系实际的过程，认识化学反应原理在化工生产中的重要作用。.通过体验合成氨条件的选择和优化的过程，培养分析推理能力。.初步掌握工艺流程问题的分析方法情感态度与价值观：.感悟化学原理对生产实践的指导作用，并懂得一定的辩证思维和逻辑思维.通过体检发现矛盾、解决矛盾的过程，激发探索科学的学习热情。【重点和难点】.合成氨适宜条件的选择.化学反应原理应用与生产实际综合因素的分析。教师活动学生活动设计意图【情景引入】氮是组成植物叶绿素和动物蛋白的主要成分，是生命体不可或缺的兀素。然而自然

2、界中98%的氮元素以游离态分散在空气中，遗憾的是大部分生物是不能直接利用大气中的氮元素，于是在19世纪英国物埋学家克鲁克斯发出了“向空气中要氮肥”的号召。【投影并提问】如果你是科学家，你会怎么做？”【过渡】既然不能直接利用单质氮，那就可以想办法把单质氮变成化合氮，想一想你学过哪些含氮化合物。【评价】评价学生回答【过渡】讲述合成氨发展史，引出本节课的课题化学反应条件的优化-工业合成氨”【投影】教学目标聆听，了解氮元 素对生命体的重 要性，并感受从 空气中利用生物 可以利用的含氮 化合物的重要 性。思考回答：说出几种常见含 N化合物，并指 出哪些是可以直 接与N2反应生成 的聆听思考联系生活实际，

3、 激发学生的学习 兴趣，让学生以 主人公的身份参 与其中。指导学 生像科学家一样 思考以元素为核心建 立起一种工业合 成新物质的认识 框架。【合作探究一】实验室合成氨【讲 述】N2(g) + =：3H2(g) 2NH 3(g)看 起来很简单，起初哈伯和他的学生想在常温下进行合成氨，但是并没有得到氨气。【提问】这个反应在常温下可以发生吗？你可以运用所学知识找到答案么？【过渡】同学们根据所给的信息进行相关计算，完成 学案中第一小题。【投影】反应方向：298K时，zH-T30反应能自发进行【追问】那这个反应能进行到什么程度呢？有学者计算了在此温度下的K值是4.1 X 106 (moL-1)2对于一个

4、可逆反应来说这个数值太小了，就意味着生成的氨气太少了，而且实验证明反应太慢了，该如何更多更快的获得氨气呢？分析计算得出反 应可以自发进行 的结论问题驱动引导学 生对设计的反应 用正确的方法去 分析【投影】展示学生答案【提问】对比合成氨的有利条件中哪些是一致的，哪 些是矛盾的，怎样解决？【讲述】哈伯是如何解决这些问题的呢？请大家阅读 【历史回眸】感受一下他的探索史。【投影】 【历史回眸】【讲述】通过计算和实验摸索哈伯采用了600 c的温度，找到具有较高活性的金属钺作为催化剂，利用 工业压缩机提供了 分析计算得出反 应可以自发进行 的结论问题驱动引导学 生对设计的反应 用正确的方法去 分析【投影】

5、展示学生答案【提问】对比合成氨的有利条件中哪些是一致的，哪 些是矛盾的，怎样解决？【讲述】哈伯是如何解决这些问题的呢？请大家阅读 【历史回眸】感受一下他的探索史。【投影】 【历史回眸】【讲述】通过计算和实验摸索哈伯采用了600 c的温度，找到具有较高活性的金属钺作为催化剂，利用 工业压缩机提供了 2X10 7Pa的压强在实验室中成 功合成了氨。【小结】综合同学们的分析和哈伯的科学成果，我们 得到了实验室合成氨气的适宜条件【投影展示】实验室合成氨的适宜条件交流、讨论，汇报思考需找合适的催化 剂，如何获得适 宜的温度？阅读资料，进一 步完善实验室合 成氨的适宜条件根据前三节课所 学内容从三个角 度

6、分析合成氨反 应的可行性，有 利于合成氨的反 应条件通过分析总结得 出实验室合成氨 的条件感受科学家探索 精神【过渡】哈伯的成果问世以后，很快被德国最大的化工公司买卜，并委任博施担任工业合成氨的项目负责人，他又会遇到哪些困难呢？【合作探究二】从实验室走向工业生产【投影】展示3个资料1.钺是一种贵重金属，储量较少，开发成本高，粉末状的金属钺，常温下会逐渐氧化成四氧化钺。四氧化钺在48 c时熔化，在130 c时沸腾。钺蒸汽有剧毒， 强烈刺激人眼黏膜，严重会造成失明。学生思考体验科学探索的 不易2.高温高压条件下，氢气会使钢脱碳，导致氢腐蚀，使钢的机械性能下降，氢气会渗透到钢材内部，使分析资料获得信

7、钢材出现裂纹。息，明确思路，寻找突破口3.当氮气与氢气体积比为1:3时平衡混合物中氨的含量最高，但是氮气在催化剂上吸附是反应中最难发生的步骤，是影响反应速率的关键因素。让学生感受实现工业合成氨中遇【提问】从资料中你获得了哪些信息？到的困难，引导学生分析条件的【过渡】通过分析，我们不难看出要想解决这些问题，优化就必须集中力量解决这二方面的问题。通过分析工业合成氨中遇到的问【任务】现在请大家结合资料以及课本，找出工业合题，使学生感受成氨的适宜条件实验室和工业生产的区别【投影】投影展示学生表格阅读分析填写学案中工业合成氨【交流研讨】的适宜条件1.为什么/、尽可能使用更高的压强？2.为什么温度控制在

8、700K左右？知识和方法的总3.为什么氮气与氢气的物质的量比是1:2.8而不是结1:3 ?学生展示回答【归纳总结】合成氨条件的选择与优化：依据反应限度和反应速整理标准答案率的综合分析得出实验室中合成氨的条件，而工业生产还需要从产品上，设备的综合指标等方面对反应条件进行优化。从合成氨的条件的选择和优化我们不难得出，在工业生产中条件的选择与优化的一般思路和方法是：反应条件的确定是反应速率与反应总结工业合成氨规范答题限度共同作用的结果。当反应条件相互矛盾时即不能的适宜条件及基只片面的追求高转化率，也不能只追求高反应速率，本分析方法而是应该寻找以较高反应速率获得适当平衡转化率的条件。此外，还要考虑原料

9、的价格，未反应物质的 循环使用，反应热的综合利用等。【合作探究三】合成氨的生产流程【提问】通过刚才的学习和分析，我们已经把握了工业合成氨的核心技术，在投入大规模生产时，我们还需要考虑哪些问题呢械们将工业合成氨的复杂过程简化为工艺流程图，【投影】原料从哪里来？原料须经过哪些预处理？为什么？ 如何分离氨？【任务】请同学们结合所给信息以及课本 69页的内容 完成学案中的几个小题。进一步巩固从理论到实践的方法阅读，讨论, 答感受从原料到产 物的生产流程， 初步形成分析工 业流程的基本思 路。学生完成迁移应 用巩固提升，学以 致用学生完成迁移应 用巩固提升，学以 致用【小结】真正的合成氨工艺流程远比我们分析的内容 要复杂的多，我们只是节选了一部分来简单了解一 下如何从原料到最终的产品，初步形