高中化學(xué) 第一單元 走進(jìn)化學(xué)工業(yè) 課題2 人工固氮技術(shù)-合成氨教案2 新人教版選修2

高中化學(xué)第一單元走進(jìn)化學(xué)工業(yè)課題2人工固氮技術(shù)——合成氨教案2新人教版選修2課題：科目：班級：課時：計劃3課時教師：單位：一、教學(xué)內(nèi)容本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容來自于高中化學(xué)選修2《走進(jìn)化學(xué)工業(yè)》單元的課題2，即“人工固氮技術(shù)——合成氨”。本節(jié)課主要圍繞工業(yè)合成氨的原理、過程以及影響反應(yīng)速率的因素進(jìn)行講解。

教材內(nèi)容主要包括以下幾個部分：

1.氮的固定與人工固氮的概念，介紹氮的固定是將游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮的過程，人工固氮則是指人類通過化學(xué)反應(yīng)將氮氣轉(zhuǎn)化為化合物的過程。

2.合成氨的原理，介紹哈柏-博施法工業(yè)合成氨的反應(yīng)原理，以及反應(yīng)所需的催化劑、反應(yīng)條件等。

3.合成氨工藝流程，介紹合成氨工廠的基本工藝流程，包括氮氣制備、氫氣制備、合成氨反應(yīng)、氨的提取與純化等步驟。

4.影響合成氨反應(yīng)速率的因素，包括溫度、壓力、催化劑活性、氫氮比等，以及這些因素如何影響合成氨的產(chǎn)率和反應(yīng)速率。

5.合成氨工業(yè)的意義，介紹合成氨在農(nóng)業(yè)、化工等領(lǐng)域的重要應(yīng)用，以及合成氨工業(yè)對人類社會發(fā)展的影響。二、教學(xué)目標(biāo)分析本節(jié)課的核心素養(yǎng)目標(biāo)主要包括科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)思維和科學(xué)交流四個方面。

1.科學(xué)探究：通過學(xué)習(xí)合成氨的原理和工藝流程，學(xué)生能夠運用觀察、實驗、分析和推理等方法進(jìn)行科學(xué)探究，理解并掌握合成氨的基本過程。

2.科學(xué)態(tài)度：培養(yǎng)學(xué)生對化學(xué)科學(xué)的興趣和好奇心，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠積極主動地探索問題，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作精神和批判性思維。

3.科學(xué)思維：通過分析影響合成氨反應(yīng)速率的因素，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、歸納總結(jié)和問題解決能力，使學(xué)生能夠運用化學(xué)知識解釋實際問題。

4.科學(xué)交流：培養(yǎng)學(xué)生運用化學(xué)語言進(jìn)行表達(dá)和交流的能力，使學(xué)生能夠清晰地闡述自己的觀點，傾聽他人的意見，并進(jìn)行有效溝通。三、教學(xué)難點與重點1.教學(xué)重點：

（1）合成氨的原理及工藝流程：本節(jié)課的核心內(nèi)容是合成氨的原理和工藝流程，學(xué)生需要掌握哈柏-博施法工業(yè)合成氨的反應(yīng)原理，以及反應(yīng)所需的催化劑、反應(yīng)條件等。例如，學(xué)生需要了解鐵催化劑在合成氨過程中的作用，以及高溫、高壓和高氫氮比條件對反應(yīng)速率的影響。

（2）影響合成氨反應(yīng)速率的因素：學(xué)生需要分析溫度、壓力、催化劑活性、氫氮比等因素如何影響合成氨的產(chǎn)率和反應(yīng)速率。例如，學(xué)生需要理解溫度升高為何會加快反應(yīng)速率，以及催化劑活性對反應(yīng)速率的影響。

（3）合成氨工業(yè)的意義：學(xué)生需要了解合成氨在農(nóng)業(yè)、化工等領(lǐng)域的重要應(yīng)用，以及合成氨工業(yè)對人類社會發(fā)展的影響。

2.教學(xué)難點：

（1）合成氨反應(yīng)機理的理解：學(xué)生難以理解合成氨反應(yīng)的詳細(xì)過程，以及催化劑在反應(yīng)中的作用。教師可以采用動畫、圖片等形式直觀地展示反應(yīng)過程，幫助學(xué)生理解。

（2）影響合成氨反應(yīng)速率的因素分析：學(xué)生難以掌握溫度、壓力、催化劑活性、氫氮比等因素對合成氨反應(yīng)速率的影響。教師可以通過實驗、案例分析等方式，讓學(xué)生直觀地感受這些因素對反應(yīng)速率的影響。

（3）合成氨工業(yè)的實際應(yīng)用：學(xué)生難以理解合成氨工業(yè)在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用。教師可以結(jié)合現(xiàn)實生活中的例子，如化肥生產(chǎn)、氨水制造等，幫助學(xué)生了解合成氨工業(yè)的實際意義。

（4）反應(yīng)速率方程式的推導(dǎo)：學(xué)生難以理解反應(yīng)速率方程式的推導(dǎo)過程。教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過小組討論、合作學(xué)習(xí)等方式，共同推導(dǎo)反應(yīng)速率方程式，提高學(xué)生的理解能力。

（5）合成氨工藝流程的優(yōu)化：學(xué)生難以理解合成氨工藝流程的優(yōu)化方法。教師可以結(jié)合實例，講解如何通過調(diào)整反應(yīng)條件、提高催化劑活性等方法優(yōu)化合成氨工藝流程。四、教學(xué)方法與策略1.教學(xué)方法：

（1）講授法：在講解合成氨的原理、反應(yīng)條件和影響反應(yīng)速率的因素等知識點時，教師可以通過條理清晰的講授，幫助學(xué)生掌握關(guān)鍵概念和理論。

（2）案例分析法：針對合成氨工業(yè)的實際應(yīng)用，教師可以選取具體的案例，讓學(xué)生通過分析案例，了解合成氨工業(yè)在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用和意義。

（3）實驗法：組織學(xué)生進(jìn)行合成氨反應(yīng)的實驗，讓學(xué)生直觀地感受反應(yīng)過程，加深對合成氨原理和影響反應(yīng)速率因素的理解。

（4）小組討論法：在課堂上組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，鼓勵學(xué)生發(fā)表自己的觀點，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作精神和批判性思維。

2.教學(xué)活動設(shè)計：

（1）角色扮演：學(xué)生分組扮演合成氨工廠的不同角色，如工程師、操作員等，通過模擬實際工作場景，讓學(xué)生了解合成氨工藝流程和各崗位的職責(zé)。

（2）實驗操作：學(xué)生在實驗室進(jìn)行合成氨反應(yīng)的實驗操作，觀察反應(yīng)過程，并記錄實驗數(shù)據(jù)，分析影響反應(yīng)速率的因素。

（3）游戲設(shè)計：設(shè)計一個關(guān)于合成氨反應(yīng)的互動游戲，讓學(xué)生在游戲中掌握合成氨原理和反應(yīng)條件，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（4）PPT展示：學(xué)生分組制作關(guān)于合成氨工業(yè)的PPT，并在課堂上進(jìn)行展示，分享所學(xué)知識和見解。

3.教學(xué)媒體和資源：

（1）PPT：教師制作包含合成氨原理、工藝流程、反應(yīng)速率因素等內(nèi)容的PPT，以便于清晰地展示知識點和教學(xué)內(nèi)容。

（2）視頻：播放關(guān)于合成氨工業(yè)的紀(jì)錄片或教學(xué)視頻，讓學(xué)生更直觀地了解合成氨的生產(chǎn)過程和實際應(yīng)用。

（3）在線工具：利用在線化學(xué)模擬軟件，讓學(xué)生模擬合成氨反應(yīng)過程，實時觀察反應(yīng)速率的變化，提高學(xué)生的實踐操作能力。

（4）實驗器材：準(zhǔn)備合成氨反應(yīng)所需的實驗設(shè)備和材料，如鐵催化劑、氮氣、氫氣等，以便于學(xué)生進(jìn)行實驗操作。五、教學(xué)流程1.課前準(zhǔn)備（5分鐘）

（1）學(xué)生預(yù)習(xí)教材，了解合成氨的原理、工藝流程和影響反應(yīng)速率的因素。

（2）教師準(zhǔn)備實驗器材和教學(xué)資源，如PPT、視頻、在線工具等。

2.課堂導(dǎo)入（5分鐘）

（1）教師通過提問方式引導(dǎo)學(xué)生回顧氮的固定和人工固氮的概念，激發(fā)學(xué)生的興趣。

（2）教師簡要介紹合成氨工業(yè)的意義和重要性，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注本節(jié)課的主題。

3.知識講解（15分鐘）

（1）教師運用PPT展示合成氨的原理、工藝流程和反應(yīng)條件，講解催化劑的作用和影響反應(yīng)速率的因素。

（2）教師結(jié)合實驗現(xiàn)象和案例，讓學(xué)生理解合成氨反應(yīng)的過程和實際應(yīng)用。

4.實驗操作（10分鐘）

（1）學(xué)生分組進(jìn)行合成氨反應(yīng)的實驗操作，觀察實驗現(xiàn)象，并記錄實驗數(shù)據(jù)。

（2）教師巡回指導(dǎo)，解答學(xué)生在實驗過程中遇到的問題。

5.小組討論（5分鐘）

（1）學(xué)生分組討論實驗結(jié)果，分析影響反應(yīng)速率的因素。

（2）各小組匯報討論成果，分享所學(xué)知識和見解。

6.游戲互動（5分鐘）

（1）學(xué)生分組設(shè)計關(guān)于合成氨反應(yīng)的互動游戲，通過游戲加深對合成氨原理和反應(yīng)條件的學(xué)習(xí)。

（2）各小組展示游戲設(shè)計，其他學(xué)生參與游戲，提高學(xué)習(xí)興趣。

7.總結(jié)與反思（5分鐘）

（1）教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，鞏固知識點。

（2）學(xué)生分享自己在課堂上的收獲和感受，提出疑問。

8.課后作業(yè)（5分鐘）

（1）教師布置課后作業(yè)，要求學(xué)生復(fù)習(xí)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，并結(jié)合實際應(yīng)用進(jìn)行思考。

（2）學(xué)生完成作業(yè)，鞏固課堂所學(xué)知識。

整個教學(xué)流程共計45分鐘，各環(huán)節(jié)時間分配合理，注重學(xué)生的實踐操作和互動討論，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度。通過實驗、游戲等教學(xué)方法，讓學(xué)生深入了解合成氨的原理、工藝流程和影響反應(yīng)速率的因素，培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力和批判性思維。六、教學(xué)資源拓展1.合成氨技術(shù)的發(fā)展歷史：介紹合成氨技術(shù)從哈柏-博施法到現(xiàn)代合成氨工藝的發(fā)展歷程，包括催化劑的改進(jìn)、反應(yīng)條件的優(yōu)化等。

2.合成氨工業(yè)的環(huán)境影響：討論合成氨工業(yè)對環(huán)境的影響，如能耗、排放等，以及現(xiàn)代合成氨工業(yè)如何采取措施減少對環(huán)境的影響。

3.合成氨的應(yīng)用領(lǐng)域：詳細(xì)介紹合成氨在農(nóng)業(yè)、化工、能源等領(lǐng)域的應(yīng)用，以及合成氨在人類社會發(fā)展中的重要作用。

4.相關(guān)科學(xué)家的介紹：介紹與合成氨技術(shù)發(fā)展相關(guān)的科學(xué)家，如哈柏、博施等，以及他們的貢獻(xiàn)和科學(xué)精神。

5.合成氨反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型：提供合成氨反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，如反應(yīng)速率方程式，讓學(xué)生進(jìn)一步理解反應(yīng)過程和影響因素。

拓展建議：

1.學(xué)生可以閱讀相關(guān)書籍和文獻(xiàn)，深入了解合成氨技術(shù)的發(fā)展歷史和環(huán)境影響，擴展自己的知識面。

2.學(xué)生可以查閱相關(guān)資料，了解合成氨在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，以及合成氨工業(yè)對人類社會發(fā)展的貢獻(xiàn)。

3.學(xué)生可以搜索相關(guān)科學(xué)家的介紹，了解他們的貢獻(xiàn)和科學(xué)精神，激發(fā)自己的科學(xué)興趣和追求。

4.學(xué)生可以嘗試自己設(shè)計實驗，探究合成氨反應(yīng)的速率規(guī)律，提高自己的實踐操作能力和科學(xué)探究能力。

5.學(xué)生可以參加相關(guān)的學(xué)術(shù)講座和研討會，與專業(yè)人士交流合成氨技術(shù)的研究和發(fā)展，拓寬自己的視野。七、典型例題講解1.例題一：合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)Kc是多少？

解答：合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)Kc可以通過平衡濃度來計算。假設(shè)反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)，在平衡時，濃度商Qc=[NH3]^2/([N2]*[H2]^3)。如果平衡時NH3的濃度為0.1mol/L，N2和H2的濃度分別為0.2mol/L和0.6mol/L，則Qc=(0.1^2)/(0.2*0.6^3)≈0.28。如果Qc<Kc，則反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，反之則向逆反應(yīng)方向進(jìn)行。

2.例題二：如何提高合成氨的產(chǎn)率？

解答：提高合成氨的產(chǎn)率可以通過以下幾種方法實現(xiàn)：

（1）增加反應(yīng)物的濃度：提高N2和H2的濃度可以增加反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，從而提高產(chǎn)率。

（2）優(yōu)化反應(yīng)條件：提高溫度、壓力和提高催化劑活性可以加快反應(yīng)速率，提高產(chǎn)率。

（3）減少生成物的濃度：通過及時移除NH3，減少生成物的濃度，可以使平衡向正反應(yīng)方向移動，提高產(chǎn)率。

3.例題三：合成氨反應(yīng)速率與哪些因素有關(guān)？

解答：合成氨反應(yīng)速率與以下因素有關(guān)：

（1）溫度：提高溫度可以增加反應(yīng)速率，因為高溫提供了更多的能量，使分子具有更高的動能，增加了有效碰撞的次數(shù)。

（2）壓力：增加壓力可以增加反應(yīng)速率，因為高壓使氣體分子的濃度增加，增加了分子之間的碰撞頻率。

（3）催化劑活性：使用高效的催化劑可以增加反應(yīng)速率，因為催化劑可以提供一個新的反應(yīng)路徑，降低反應(yīng)的活化能。

（4）氫氮比：增加氫氮比可以增加反應(yīng)速率，因為較高的氫氣濃度提供了更多的氫分子與氮氣分子碰撞的機會。

4.例題四：合成氨工藝中如何選擇合適的催化劑？

解答：在合成氨工藝中，選擇合適的催化劑需要考慮以下因素：

（1）催化劑的活性：選擇具有高活性的催化劑，可以加快反應(yīng)速率，提高產(chǎn)率。

（2）催化劑的選擇性：選擇具有高選擇性的催化劑，可以使反應(yīng)盡可能地生成NH3，減少副反應(yīng)的發(fā)生。

（3）催化劑的穩(wěn)定性：選擇具有良好穩(wěn)定性的催化劑，可以保證催化劑在長時間的使用過程中保持活性，減少催化劑的更換頻率。

（4）催化劑的成本：考慮催化劑的成本，選擇性價比較高的催化劑，可以降低生產(chǎn)成本。

5.例題五：合成氨工業(yè)對環(huán)境的影響有哪些？

解答：合成氨工業(yè)對環(huán)境的影響主要包括能耗、排放等方面：

（1）能耗：合成氨工業(yè)需要大量的能源，特別是在高溫高壓的反應(yīng)條件下，能耗較高。

（2）排放：合成氨工業(yè)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一定的廢氣、廢水和固體廢物，其中包括一些有害物質(zhì)，對環(huán)境造成污染。

（3）氣候變化：合成氨工業(yè)的能耗較高，二氧化碳排放量較大，對全球氣候變化有一定的貢獻(xiàn)。

為了減少對環(huán)境的影響，現(xiàn)代合成氨工業(yè)采取了一系列措施，如優(yōu)化工藝流程、采用節(jié)能技術(shù)、加強廢氣處理等。八、作業(yè)布置與反饋1.作業(yè)布置：

（1）復(fù)習(xí)教材中的合成氨原理、工藝流程和影響反應(yīng)速率的因素，鞏固所學(xué)知識。

（2）完成課后習(xí)題，加深對合成氨反應(yīng)的理解和應(yīng)用。

（3）設(shè)計一個關(guān)于合成氨工業(yè)的案例分析，分析合成氨工業(yè)在實際應(yīng)用中的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。

2.作業(yè)反饋：

（1）及時批改學(xué)生的課后習(xí)題，指出存在的問題，如知識點掌握不牢固、計算錯誤等，并給出改進(jìn)建議。

（2）對學(xué)生的案例分析進(jìn)行評價，指出分析的亮點和不足之處，給出改進(jìn)建議，幫助學(xué)生提高分析和解決問題的能力。

（3）鼓勵學(xué)生在課堂上分享自己的案例分析成果，促進(jìn)學(xué)生之間的交流和互動。

八、作業(yè)布置與反饋

1.作業(yè)布置：

（1）復(fù)習(xí)教材中的合成氨原理、工藝流程和影響反應(yīng)速率的因素，鞏固所學(xué)知識。

（2）完成課后習(xí)題，加深對合成氨反應(yīng)的理解和應(yīng)用。

（3）設(shè)計一個關(guān)于合成氨工業(yè)的案例分析，分析合成氨工業(yè)在實際應(yīng)用中的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。

2.作業(yè)反饋：

（1）及時批改學(xué)生的課后習(xí)題，指出存在的問題，如知識點掌握不牢固、計算錯誤等，并給出改進(jìn)建議。

（2）對學(xué)生的案例分析進(jìn)行評價，指出分析的亮點和不足之處，給出改進(jìn)建議，幫助學(xué)生提高分析和解決問題的能力。

（3）鼓勵學(xué)生在課堂上分享自己的案例分析成果，促進(jìn)學(xué)生之間的交流和互動。反思改進(jìn)措施（一）教學(xué)特色創(chuàng)新

1.引入實踐操作：通過組織學(xué)生進(jìn)行合成氨反應(yīng)的實驗操作，讓學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的實踐操作能力和對知識的深入理解。

2.運用多媒體教學(xué)：通過播放關(guān)于合成氨工業(yè)的紀(jì)錄片或教學(xué)視頻，讓學(xué)生更直觀地了解合成氨的生產(chǎn)過程和實際應(yīng)用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.開展小組合作學(xué)習(xí)：通過組織學(xué)生進(jìn)行小組討論和合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作精神和批判性思維，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（二）存在主要問題

1.學(xué)生參與度不高：在課堂教學(xué)中，部分學(xué)生參與度不高，需要采取更多的互動和參與