《2、氨的工业合成》精品优质课教案设计

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思考：从化工生产的经济效益考虑，生产氮元素的最理想原料可以是什么？从结构的角度分析，以这种原料生产氨气是否困难？

设计意图：设置情景，导入正题。利用历史事件提出当时科学研究面临的紧迫问题，指出化学研究的意义。并引导学生首先从物质的结构和性质入手，分析合适的原料。

II．早期探索：

（1）有科学家根据自然固氮的方法，空气在电弧形成的高温下，其中的氮和氧化合生成一氧化氮，将一氧化氮氧化成二氧化氮并使之溶于水生成硝酸，再与石灰石作用就生成硝酸钙。硝酸钙是一种与智利硝石相当的速效肥料。但它消耗电能太高，设备庞大。

（2）1898年，德国人弗兰克、卡洛和罗特发现氮气在1000℃高温下，经过42~48小时与碳化钙反应生成氰氨基钙。以过热蒸气水解氰氨基钙可得到氨。这种方法称氰氨法。但这种方法设备笨重，电力消耗大，氨成本过高。

思考：这启发我们考虑工业生产的方法和条件选择时要考虑什么问题？你能否写出这两种方法涉及的化学反应方程式？

设计意图：讨论化学家们的不同研究思路，引导学生从节约反应能耗、简化实验装置等角度看化工工业。

（3）有科学家试图从空气中的氮和水中的氢来合成氨。1795年，希尔德布兰德曾试图在常压下合成氨。其他人也曾试过高达50大气压的条件，但由于反应太慢，结果都失败了。1823年德贝莱纳尝试用加催化剂的方法，也长期没有突破。以至于有人说由氮气和氢气合成氨的反应是不可能的。

思考：

①从化学反应进行的方向分析，放热反应N2+3H2=2NH3是否有可能发生？

②当时有人说该反应是不可能发生的，导致这种错误结论的原因是什么？

设计意图：让学生学会用复合判据判断该反应在较低温下可以反应。用历史事件，引导学生认识科学发展的曲折性，体会科学家们探索过程中的困难与挑战，树立事实求是的科学精神。体会科学的理论模型对实践的指导必不可少。

III.利用可逆反应理论解决问题

（1）直到19世纪下半叶，物理化学的研究有了较大的进展，为解决合成氨遇到的困难给予了理论指导。人们认识到：氮—氢合成氨的反应是可逆的；可以对该反应进行调控，使之具有工业生产的价值。

思考：如果你作为当时的科学家，你会如何调控生产条件？

设计意图：激活学生的知识储备，让学生学会从化学反应速率与化学平衡两个方面，并从温度、压强、浓度、催化剂等条件对合成氨进行分析。通过问题解决，赞赏理论对实践的指导作用。

（2）20世纪初，德国化学家哈伯、能斯特和法国物理化学家勒夏特列对合成氨的工艺条件和理论进行了大量的实验研究。经过多次的失败，1907年，哈伯选择锇或铀作催化剂，在550℃、150~250个大气压下得到8.25%的氨。哈伯于1908年申请了循环合成氨的专利。展示哈伯的生产工艺和实验装置。

思考：为什么要将氨气液化从混合气体中分离？原料循环利用的意义何在？

设计意图：将氨液化，从混合物中分离，从而提高平衡转化率，是氨工业的一项重要工艺。循环利用原料，也是合成氨工业对化学工业做出的杰出贡献之一。该法开创了循环的工艺，从而大大提升了原料的利用率。

IV.合成氨反应过程的优化

（1）1909年，哈伯把他们取得的成果介绍给德国巴登苯胺纯碱制造公司，并在实验室做了示范表演。那套装置，因承受不住高压，在示范表演后的第二天发生了爆炸。火焰把积存备用的价值很贵的催化剂金属锇几乎全部变成了没有大用处的氧化锇。于是该公司委任德国化学工程专家波施改进哈伯的研究成果，将之设计付诸生产。

思考：如果你是波施，你打算从哪些方面改进？

设计意图：引导学生像化学工程学家那样思考问题，找出问题的对策。

（2）波施领导的研究组，开始着手解决以下问题：

①寻找高效、稳定的催化剂。共进行了配方超过2500种，共2万多次的试验，终于筛选出合成氨工业用催化剂——含少量钾、镁、铝、钙作促进剂的铁催化剂。