高中化學 第一單元 走進化學工業(yè) 課題2 人工固氮技術(shù)-合成氨教學實錄2 新人教版選修2

高中化學第一單元走進化學工業(yè)課題2人工固氮技術(shù)——合成氨教學實錄2新人教版選修2課題：科目：班級：課時：計劃1課時教師：單位：一、教材分析高中化學第一單元走進化學工業(yè)課題2人工固氮技術(shù)——合成氨教學實錄2新人教版選修2。本節(jié)內(nèi)容圍繞人工固氮技術(shù)，以合成氨工業(yè)為實例，旨在幫助學生理解化學在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，提高學生的實踐能力和創(chuàng)新意識。教材內(nèi)容與課本緊密關(guān)聯(lián)，結(jié)合實際工業(yè)生產(chǎn)，旨在培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和工程思維。二、核心素養(yǎng)目標培養(yǎng)學生化學科學與工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)聯(lián)性認識，提升學生通過化學知識解決實際問題的能力。加強學生的實驗操作技能，發(fā)展學生的科學探究和合作學習能力。培養(yǎng)學生對化學工業(yè)的倫理思考，形成對可持續(xù)發(fā)展理念的理解。三、教學難點與重點1.教學重點

①理解合成氨反應(yīng)的原理，掌握哈伯法的基本流程。

②分析影響合成氨反應(yīng)的因素，包括溫度、壓力、催化劑和氮氣濃度等。

③認識到合成氨過程中的能量變化和原料利用效率。

2.教學難點

①合成氨反應(yīng)的可逆性和化學平衡原理的運用。

②氮氣和氫氣合成氨的動力學原理，包括反應(yīng)速率和反應(yīng)機理。

③催化劑對合成氨過程的影響，包括催化劑的種類、選擇和使用。

④工業(yè)生產(chǎn)中如何實現(xiàn)能量的高效利用和減少副產(chǎn)物。四、教學方法與策略1.采用講授與討論相結(jié)合的方法，通過講解合成氨的化學原理，引導(dǎo)學生深入理解工業(yè)生產(chǎn)中的化學過程。

2.設(shè)計實驗?zāi)M活動，讓學生通過實際操作體驗合成氨的反應(yīng)過程，增強實踐操作能力。

3.利用多媒體教學，展示合成氨工業(yè)的實際生產(chǎn)場景，幫助學生建立直觀的認識。

4.組織小組討論，讓學生分析影響合成氨效率的因素，培養(yǎng)批判性思維和團隊協(xié)作能力。五、教學實施過程1.課前自主探索

教師活動：

發(fā)布預(yù)習任務(wù)：通過在線平臺發(fā)布PPT和視頻資料，明確要求學生了解合成氨的背景知識，如氮氣和氫氣的性質(zhì)及其在工業(yè)中的應(yīng)用。

設(shè)計預(yù)習問題：圍繞“合成氨反應(yīng)的條件和催化劑的作用”，設(shè)計問題如“為什么合成氨需要在高溫高壓下進行？”和“不同的催化劑對合成氨效率有何影響？”

監(jiān)控預(yù)習進度：通過班級微信群收集學生預(yù)習反饋，確保大部分學生能完成預(yù)習任務(wù)。

學生活動：

自主閱讀預(yù)習資料：學生閱讀資料，理解合成氨的基本原理和工業(yè)應(yīng)用。

思考預(yù)習問題：學生針對預(yù)習問題進行思考，記錄疑問。

提交預(yù)習成果：學生將預(yù)習筆記和問題列表提交至平臺。

教學方法/手段/資源：

自主學習法：通過預(yù)習，培養(yǎng)學生自主學習能力。

信息技術(shù)手段：利用在線平臺和微信群實現(xiàn)資源共享和監(jiān)控。

作用與目的：

學生對合成氨的基本原理有初步了解，為課堂學習打下基礎(chǔ)。

2.課中強化技能

教師活動：

導(dǎo)入新課：通過展示合成氨工業(yè)的實際圖片或視頻，引出課題，激發(fā)興趣。

講解知識點：講解合成氨的反應(yīng)原理、反應(yīng)條件、催化劑的作用等。

組織課堂活動：進行“合成氨實驗?zāi)M”，讓學生分組討論和操作。

解答疑問：針對學生的提問，解釋合成氨過程中可能遇到的難題。

學生活動：

聽講并思考：學生認真聽講，積極思考。

參與課堂活動：學生積極參與實驗?zāi)M，體驗化學反應(yīng)。

提問與討論：學生提出問題，參與討論，深化理解。

教學方法/手段/資源：

講授法：講解合成氨的基本原理。

實踐活動法：通過實驗?zāi)M，讓學生體驗工業(yè)生產(chǎn)過程。

合作學習法：通過小組討論，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力。

作用與目的：

學生通過實踐活動，理解合成氨的工業(yè)應(yīng)用，掌握實驗技能。

3.課后拓展應(yīng)用

教師活動：

布置作業(yè)：布置與合成氨相關(guān)的計算題和思考題，鞏固知識。

提供拓展資源：推薦相關(guān)書籍和在線資源，如工業(yè)化學網(wǎng)站、學術(shù)論文等。

反饋作業(yè)情況：批改作業(yè)，提供反饋，指導(dǎo)學生改進。

學生活動：

完成作業(yè)：學生完成作業(yè)，鞏固課堂所學。

拓展學習：學生利用拓展資源，進行深入學習。

反思總結(jié)：學生反思學習過程，總結(jié)經(jīng)驗。

教學方法/手段/資源：

自主學習法：學生自主完成作業(yè)和拓展學習。

反思總結(jié)法：引導(dǎo)學生自我評估，促進自我提升。

作用與目的：

學生通過課后作業(yè)和拓展學習，加深對合成氨技術(shù)的理解，提高解決問題的能力。六、知識點梳理1.人工固氮技術(shù)的背景和意義

-人工固氮技術(shù)的定義和發(fā)展歷程

-人工固氮技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護中的重要性

2.合成氨反應(yīng)原理

-合成氨反應(yīng)的化學方程式：N2+3H2?2NH3

-合成氨反應(yīng)的原理：氮氣和氫氣在催化劑的作用下，在高溫高壓條件下反應(yīng)生成氨氣

3.影響合成氨反應(yīng)的因素

-溫度：合成氨反應(yīng)為放熱反應(yīng)，提高溫度有利于反應(yīng)進行，但過高溫度會降低催化劑活性

-壓力：提高壓力有利于提高反應(yīng)物的濃度，增加反應(yīng)速率，提高氨的產(chǎn)率

-催化劑：催化劑能降低反應(yīng)的活化能，提高反應(yīng)速率，常用的催化劑有鐵基催化劑、鉬基催化劑等

-氮氣濃度：提高氮氣濃度有利于提高氨的產(chǎn)率，但過高的氮氣濃度會增加能耗

4.合成氨工業(yè)生產(chǎn)過程

-氮氣、氫氣的制備：從空氣中分離氮氣，從天然氣中分離氫氣

-合成氨反應(yīng)：在催化劑的作用下，在高溫高壓條件下進行合成氨反應(yīng)

-氨的分離和提純：采用冷凝、吸附等方法分離和提純氨氣

-氨的儲存和運輸：氨氣在常溫下為氣態(tài)，需在高壓下儲存和運輸

5.合成氨工業(yè)的能源消耗

-合成氨工業(yè)是高能耗產(chǎn)業(yè)，能源消耗主要包括氮氣、氫氣的制備和合成氨反應(yīng)所需的能量

-優(yōu)化能源消耗：提高合成氨反應(yīng)的效率，降低能耗，如改進催化劑、優(yōu)化反應(yīng)條件等

6.合成氨工業(yè)的環(huán)境影響

-合成氨工業(yè)排放的廢氣、廢水和固體廢棄物等對環(huán)境造成污染

-環(huán)境保護措施：采用清潔生產(chǎn)技術(shù)，降低污染物排放，如廢氣處理、廢水處理等

7.合成氨工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展

-資源利用：提高資源利用效率，如采用循環(huán)利用、節(jié)能技術(shù)等

-技術(shù)創(chuàng)新：不斷研發(fā)新技術(shù)、新工藝，提高合成氨工業(yè)的競爭力

-產(chǎn)業(yè)鏈延伸：發(fā)展下游產(chǎn)品，如尿素、硝酸等，提高產(chǎn)業(yè)附加值

8.合成氨工業(yè)的經(jīng)濟效益

-合成氨是重要的基礎(chǔ)化工原料，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域

-合成氨工業(yè)的經(jīng)濟效益體現(xiàn)在原料成本、能耗、產(chǎn)品價格等方面

-優(yōu)化生產(chǎn)成本：提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益

9.合成氨工業(yè)的發(fā)展趨勢

-提高合成氨反應(yīng)效率：改進催化劑、優(yōu)化反應(yīng)條件等

-降低能耗：采用節(jié)能技術(shù)、優(yōu)化工藝流程等

-環(huán)境保護：采用清潔生產(chǎn)技術(shù)、降低污染物排放等

-可再生能源利用：利用太陽能、風能等可再生能源，降低對化石能源的依賴

10.合成氨工業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域

-農(nóng)業(yè)：尿素、硝銨等氮肥的生產(chǎn)

-醫(yī)藥：氨基酸、維生素等醫(yī)藥原料的生產(chǎn)

-化工：硝酸、合成樹脂等化工產(chǎn)品的生產(chǎn)

-其他：食品添加劑、香料等領(lǐng)域的應(yīng)用七、內(nèi)容邏輯關(guān)系1.人工固氮技術(shù)概述

①人工固氮技術(shù)的定義

②人工固氮技術(shù)的發(fā)展歷程

③人工固氮技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護中的重要性

2.合成氨反應(yīng)原理

①合成氨的化學方程式

②合成氨反應(yīng)的原理闡述

③反應(yīng)條件對合成氨的影響

3.影響合成氨反應(yīng)的因素

①溫度對合成氨反應(yīng)的影響

②壓力對合成氨反應(yīng)的影響

③催化劑在合成氨反應(yīng)中的作用

④氮氣濃度對合成氨反應(yīng)的影響

4.合成氨工業(yè)生產(chǎn)過程

①氮氣和氫氣的制備方法

②合成氨反應(yīng)的工業(yè)流程

③氨的分離和提純技術(shù)

5.合成氨工業(yè)的能源消耗

①能源消耗的主要來源

②優(yōu)化能源消耗的措施

6.合成氨工業(yè)的環(huán)境影響

①廢氣、廢水和固體廢棄物的排放

②環(huán)境保護措施的實施

7.合成氨工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展

①資源利用效率的提高

②技術(shù)創(chuàng)新的方向

③產(chǎn)業(yè)鏈的延伸與發(fā)展

8.合成氨工業(yè)的經(jīng)濟效益

①原料成本與產(chǎn)品價格的關(guān)系

②生產(chǎn)成本與經(jīng)濟效益的關(guān)系

9.合成氨工業(yè)的發(fā)展趨勢

①提高合成氨反應(yīng)效率的方向

②降低能耗的技術(shù)進步

③環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展的要求

10.合成氨工業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域

①農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

②醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用

③化工領(lǐng)域中的應(yīng)用

④其他領(lǐng)域中的應(yīng)用八、教學評價與反饋1.課堂表現(xiàn)：

學生在課堂上的參與度、積極性和專注度是評價學生學習效果的重要指標。教師將觀察學生在課堂上的發(fā)言次數(shù)、提問質(zhì)量、對問題的反應(yīng)速度和正確率。例如，教師可以通過以下方式評價：

-課堂提問：記錄學生提問的數(shù)量和質(zhì)量，評估學生對知識的理解和應(yīng)用能力。

-課堂討論：觀察學生在小組討論中的表現(xiàn)，包括是否能夠提出有見地的觀點、是否能夠傾聽他人意見、是否能夠有效溝通和協(xié)作。

2.小組討論成果展示：

小組討論是培養(yǎng)學生合作能力和批判性思維的重要環(huán)節(jié)。評價標準包括：

-團隊合作：評估小組成員之間的溝通、協(xié)作和分工情況。

-討論深度：評價小組討論的深度，包括對問題的分析和解決方法的創(chuàng)新性。

-成果展示：評估小組展示成果的清晰度、邏輯性和吸引力。

3.隨堂測試：

隨堂測試是即時評估學生學習效果的有效手段。評價內(nèi)容將包括：

-知識掌握：測試學生對合成氨反應(yīng)原理、反應(yīng)條件、催化劑作用等知識點的掌握程度。

-能力應(yīng)用：測試學生將理論知識應(yīng)用于解決實際問題的能力。

-時間管理：評估學生在規(guī)定時間內(nèi)完成測試的能力。

4.課后作業(yè)：

課后作業(yè)是鞏固課堂學習內(nèi)容的重要方式。評價標準包括：

-完成情況：檢查學生是否按時完成作業(yè)，作業(yè)的完整性。

-正確率：評估學生對作業(yè)問題的回答是否準確。

-思考深度：觀察學生在作業(yè)中是否展現(xiàn)出對知識點的深入理解和獨立思考。

5.教師評價與反饋：

教師評價將針對學生的整體表現(xiàn)和個別差異給出反饋，包括：

-針對課堂表現(xiàn)：指出學生在課堂上的亮點和需要改進的地方，如“在小組討論中，你提出了一個非常有創(chuàng)意的解決方案，但在提問時可以更加自信?！?/p>

-針對作業(yè)完成：對學生的作業(yè)完成情況進行評價，如“你的作業(yè)非常認真，但在計算部分有一些小錯誤，建議你在今后的作業(yè)中更加細心?！?/p>

-針對學習態(tài)度：評價學生的學習態(tài)度，如“你的學習態(tài)度非常積極，我注意到你在預(yù)習時做了很多筆記，這對你的學習非常有幫助?！?/p>

-針對進步空間：為學生提供個性化的學習建議，如“你在理解催化劑作用方面有些困難，建議你課后多查閱相關(guān)資料，加深理解?！?/p>

教師將通過定期的小組會議和學生面談，以及通過在線平臺提供反饋，確保學生能夠及時了解自己的學習情況，并得到必要的幫助。課后作業(yè)1.題型：計算題

題目：假設(shè)在合成氨反應(yīng)中，氮氣和氫氣的初始物質(zhì)的量分別為2mol和6mol，達到化學平衡時，氨氣的物質(zhì)的量為3mol。請計算平衡常數(shù)Kc。

答案：根據(jù)化學平衡方程式N2+3H2?2NH3，平衡時氨氣的物質(zhì)的量為3mol，則氮氣的物質(zhì)的量為2-1.5=0.5mol，氫氣的物質(zhì)的量為6-3*1.5=2.5mol。平衡常數(shù)Kc=[NH3]^2/([N2]*[H2]^3)=(3/2)^2/(0.5*(2.5/2)^3)=9/0.625=14.4。

2.題型：選擇題

題目：在合成氨的工業(yè)生產(chǎn)中，以下哪個因素對提高氨的產(chǎn)率最為關(guān)鍵？

A.反應(yīng)溫度

B.反應(yīng)壓力

C.催化劑種類

D.氮氣與氫氣的比例

答案：B.反應(yīng)壓力。提高壓力可以增加反應(yīng)物的濃度，從而提高氨的產(chǎn)率。

3.題型：簡答題

題目：簡述合成氨反應(yīng)中的化學平衡原理及其對工業(yè)生產(chǎn)的影響。

答案：合成氨反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)，化學平衡原理指出，在平衡狀態(tài)下，正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率相等。在工業(yè)生產(chǎn)中，通過調(diào)節(jié)溫度、壓力和催化劑等因素，可以改變平衡位置，從而提高氨的產(chǎn)率。

4.題型：應(yīng)用題

題目：某合成氨工廠使用鐵基催化劑，在500℃、200MPa的條件下進行合成氨反應(yīng)。如果氮氣和氫氣的初始物質(zhì)的量比為1:3，求反應(yīng)達到平衡時氨氣的最大產(chǎn)率。

答案：根據(jù)化學平衡原理，當反應(yīng)達到平衡時，氨氣的產(chǎn)率取決于反應(yīng)物的初始比例。在本題中，氮氣和氫氣