高中化学化学反应条件的优化工业合成氨教学设计学情分析教材分析课后反思.docx

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高中化学化学反应条件的优化工业合成氨教学设计学情分析教材分析课后反思

选修四《化学反应原理》第二章第四节

《化学反应条件的优化---工业合成氨》教学设计

一、教学设计思想

本节课我从学生对反应方向已有的认知入手，通过分析合成氨反应的焓变和熵变，来分析工业合成氨的实现，实际操作中从明线合成氨的发展史，到以变化观化学的反应速率和平衡观限度的角度分析合成氨的工业实现，提升了学生的学科发展的社会责任感.

二、教学过程设计

教学环节

教师的组织和引导

学生的主体活动

教学意图

【图片引入】

氨在生产生活中有着广泛的应用：

图片：

氨的用途：

制备尿素、制纯碱、制硝酸、制冷剂。

增强合成氨的社会意义

【过渡】

工业上是如何合成氨气的？

视频展示

倾听，观看

【视频观看小结】

体会科学发展

【过度】

合成氨的可能性，从化学知识上进行分析

自主获取信息

【交流研讨一】

自主获取信息

学生计算体会合成氨反应的自发性

教学环节

教师的组织和引导

学生的主体活动

教学意图

【思考】

合成氨反应的特征

回答：

①可逆反应

②正反应气态物质系数减小③正反应是放热反应④熵减小的反应

资料：

298K下合成氨反应的平衡常数

K为4.1X106（mol·L-1）-2

从K角度对合成氨分析程度大小。

【交流研讨二】

一.合成氨反应的限度

结合合成氨反应的特征，利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成．

回答思考

【交流·研讨三】

二.合成氨反应的速率

1、你认为可以通过控制哪些反应条件来提高合成氨反应的速率？

2、实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应的物质的浓度的关系为ν=κC（N2）C1.5（H2）C-1（NH3）

请你根据关系式分析：

各物质的浓度对反应速率有哪些影响？

可以采取哪些措施来提高反应速率？

自主获取信息

思考，回答

【板书】

二.合成氨反应的速率

温度，

压强，

催化剂

【交流·研讨四】

三.合成氨的适宜条件

根据合成氨反应的特点，请尝试为合成氨选择适宜的条件

1、压强怎么选？

回答：

高压

利用速率平衡思想选择

【提问解释】

根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。

实际生产中压强一般选择在200～300大气压之间。

2、使用催化剂？

？

合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约150年的时间。

德国科学家哈伯在10年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，2年间他们就进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了一种合适的催化剂，使合成氨的设想在1913年成为工业现实。

鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于1918年向

哈伯颁发了诺贝尔化学奖。

哈伯与合成氨，激发学生认知，方向比努力更重要！

Nothingisimposble！

进行学科社会责任感教育

【提问解释】

实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒）

合成氨催化剂图片

【提问、解释】

3、温度怎么选？

适宜的温度

实际设备

【提问、解释】

投料比呢

明确为什么按照方程式系数投料最合适

4、浓度怎么定？

压缩气体

【总结】

合成氨的仪器组装

自主获取信息

将上述信息组合

自主获取信息

根据问题，形成合成氨的仪器

图片展示

实际合成氨工厂图片

解释相应的压缩塔，储存罐等

【介绍现状】

我国合成氨工业的发展情况：

解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂；

1949年全国氮肥产量仅0.6万吨；

2014年产量达到5699.49万吨，成为世界上产量最高的国家之一。

拥有多种原料、不同流程的大、中、小合成氨厂1000多家.这些工厂以天然气、石油、炼油气等为原料，生产中能量损耗低、产量高，技术和设备都很先进。

了解我国国情

【小结】

知识整合

【展望未来】

从所学知识入手，谈谈今后合成氨工业改进的方向是什么？

学生回答：

电解等

激发孩子们学习的动力

【练习】

【课后作业

】

1.课本70页迁移应用1、2题。

2.查阅资料或考察工业制硫酸厂的流程。

【板书全部】

总结：

合成氨适宜条件

催化剂------铁

温度-------700K左右

根据设备动力选择压强-----1×107~1×108Pa

N2,H2投料比--------1:

2.8

及时分离----氨气

三、教学反思

整节课教学环节完整，脉络清晰，以工业合成氨条件选择为主线，以合成氨的发展史为辅线，情境呈现的每一个连续性变化，符合学生的认知规律，都是从寻找学生新旧知识的内在联结点入手，有利于学生在探究过程中自主有序地在原有知识的基础上对新知识进行有效建构。

并且提升学生的社会责任感。

不断突破大胆寻找新方法。

《化学反应条件的优化---工业合成氨》授课班级学生学情分析

本次授课所在班级为理科实验班，班内共有50名学生。

学生总体层次较高，化学基础知识扎实。

根据学生的整体情况，结合调查问卷，分析如下。

一、知识储备情况

1、学习了化学反应的方向、速率、限度：

2、学习了氨气的重要用途，重要性质：

通过上节课学生认识到工业合成氨对人类和社会的价值，激发学生对氨性质学习的兴趣，同时对提高学生的科学素养、促进学生全面发展。

这与高中化学新课程标准核心发展素养相融合：

为适应21世纪科学技术和社会可持续发展的需要，培养符合时代要求的高素质人才。

二、能力储备情况

1、学习并具备了一定的分析数据的能力：

本节课对于合成氨的反应方向的可能性判断，通过数据计算得出。

2、学习并具备了一定的判断速率和平衡影响因素及分析能力：

三、方法储备情况

1、学习了从实验室到生产的艰辛

有利于学生体验科学探究的过程，学习科学研究的基本方法，加深对科学本质的认识，发展创新精神和实践能力；有利于学生形成科学的自然观和严谨求实的科学态度。

整堂课遵循学生的认知规律，教学活动以学生为主体层层展开。

2、在思维方式上具备了宏观思维与微观思维相结合：

从物质能否得到，引导学生思维从看得见摸得着的表象深入到微观本质热力学动力学的认识，学生的思维能力有了很大提升，看问题更全面、更深入。

《化学反应条件的优化---工业合成氨》授课效果分析

 一、 学生课堂表现评价量表

项目

A级

B级

C级

个人评价

同学评价

教师评价

认真

上课认真听讲，作业认真，参与讨论态度认真

上课能认真听讲，作业按时完成，有参与讨论

上课无心听讲，经常欠交作业，极少参与讨论

积极

积极举手发言，积极参与讨论与交流，大量阅读课外读物

能举手发言，有参与讨论与交流，有阅读课外读物

很少举手，极少参与讨论与交流，没有阅读课外读物

自信

大胆提出和别人不同的问题，大胆尝试并表达自己的想法

有提出自己的不同看法，并作出尝试

不敢提出和别人不同的问题，不敢尝试和表达自己的想法

善于与人合作

善于与人合作，虚心听取别人的意见

能与人合作，能接受别人的意见。

缺乏与人合作的精神，难以听进别人的意见

思维的条理性

能有条理的表达自己意见，解决问题的过程清楚，做事有计划

能表达自己的意见，有解决问题的能力，但条理性差些

不能准确表达自己的意思，做事缺乏计划性，条理性，不能独立解决问题

思维的创造性

具有创造性思维，能用不同的方法解决问题，独立思考

能用老师提供的方法解决问题，有一定的思考能力和创造性

思考能力差，缺乏创造性，不能独立解决问题

自我评价：

同学评价：

老师评价：

注：

本评价表针对学生课堂表现情况作评价

二、学生学习目标达成情况表

项目

具体内容

评价结果

★★★

★★

★

知识方面

合成氨的反应自发性

√

影响化学反应速率的因素，合成氨的影响因素

 √

化学反应限度的影响

√

思考、解决问题的能力

培养学生通过观察实验现象，总结分析物质性质的能力；

√

通过问题讨论，培养学生合作探究、独立分析问题的能力。

√

能运用本节课所学的知识解决相关问题，培养学生知识迁移应用的能力。

√

社会责任

通过介绍合成氨发展的艰辛历程，体会从实验室研究到工业生产的过程，渗透化学与技术关系的教育；

√

通过合成氨的发展前景，体会科学不断地探索前进。

√

注：

本评价表教师针对设定的教学目标对学生的学习情况的评价表

通过以上两份评价表，反映出本节课授课效果很不错。

通过后续的跟踪训练批阅情况，学生对本节知识掌握比较扎实、到位，出错较少。

《化学反应条件的优化---工业合成氨》教材分析

目前，经国家中小学教材审定委员会审查通过的普通高中化学课程标准实验教科书现在主要有人民教育出版社、科学技术出版社和江苏教育出版社出版的3个版本。

在这3个版本的教科书中都有与“工业合成氨”相匹配的内容，但具体内容的组织思路不同，唯有“”更有针对性，单列一节，下面介绍“”的本节内容。

（）《化学反应原理》第2章第4节“化学反应条件的优化——工业合成氨”的内容，对化学工业、国防工业和我国实现农业现代化具有重要意义，是重要的化学工业之一；同时氮气、氢气合成氨反应也是一个学生熟悉的、典型的平衡体系。

第二章前三节“化学反应的方向”、“化学反应的限度”、“化学反应的速率”的延续，本节是对前三节知识的综合应用。

合成氨工业本节以合成氨反应为研究对象，有利于学生自主应用化学平衡理论和化学反应速率理论尝试综合选择化工生产的适宜条件，从而体会化学理论的学习对生产实践的指导作用。

且本节提供了关于合成氨反应的热力学、动力学实验数据，是学生能够利用这些资料展开讨论，处不长坏死利用理论分析化工生产中的实际问题，薛泽工业合成氨的适宜条件，再结合生产中的数据向学生介绍合成氨的实际生产条件，使学生在解决实际问题的过程中进一步加深对所学理论的理解。

二、知识框架

三、新教材的主要特点：

从培养学生终身发展所必备的知识和能力出发，利用已经储备的热力学、动力学知识，完成在实际的应用中体系的构建，同时注重培养学生综合分析问题的能力。

教师应根据学生在必修阶段已有的探究能力的基础上，制订选择性必修阶段学生探究能力培养的具体方案，并认真加以实施。

教师应充分调动学生的主观能动性，设法让他们主动参与探究学习的积极性，引导学生通过实验、观察、调查、资料收集、阅读、讨论、辩论等多种方式，在提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等活动中，增进对科学探究的理解，发展科学探究能力。

化学反应条件的优化---工业合成氨跟踪训练

知识点一　合成氨反应的限度

1．能够使合成氨反应进行的程度增大的措施是（　　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A．升高温度B．降低压强C．使用催化剂D．不断移去NH3

2．利用原料气在合成塔中合成NH3，为提高N2的转化率应采取的措施是（　　）

A．高温B．高压C．使用催化剂D．增大N2的浓度

知识点二　合成氨条件的选择

3．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒·夏特列原理来解释的是（　　）

A．使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨

B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应

C．500℃左右比室温更有利于合成氨的反应

D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率

4．2007年10月10日，德国科学家格哈德·埃尔特生日的当天获得了诺贝尔化学奖，以奖励他在表面化学领域做出的开拓性贡献。

合成氨反应在铁催化剂表面进行时效率显著提高，就是埃尔特的研究成果。

下列关于合成氨反应的叙述中，正确的是（　　）

A．铁作催化剂可加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动

B．将氨从混合气中分离，可加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动

C．升高温度可以加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动

D．增大压强可加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动

5．工业合成氨的反应是在500℃左右进行的，这主要是因为（　　）

A．500℃时此反应速率最快

B．500℃时NH3的平衡浓度最大

C．500℃时N2的转化率最高

D．500℃时该反应的催化剂活性最大

练基础落实

1．关于工业合成氨的叙述中，错误的是（　　）

A．在动力、设备、材料允许的情况下，反应尽可能在高压下进行

B．温度越高越有利于工业合成氨

C．在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本

D．及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动

2．在合成氨时，要使氨的产率增大，又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有（　　）

①增大体积使压强减小　②减小体积使压强增大　③升高温度　④降低温度　⑤恒温恒容，再充入等量的N2和H2

⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2　⑦及时分离产生的NH3　⑧使用正催化剂

A．②④⑤⑦B．②③④⑤⑦⑧C．②⑤D．②③⑤⑧

3．在N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH<0的平衡体系中，当分离出NH3时，下列说法正确的是（　　）

A.改变条件后速率—时间图象如右图：

B．此过程中Q>K

C．平衡体系中NH3的含量增大

D．N2的转化率增大

4．在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH3的体积分数为25%。

若反应前后压强不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值为（　　）　　　　　　　　　　　　　　　　

A．1∶5B．1∶4C．1∶3D．1∶2

5．对于合成氨的反应，使用催化剂和施加高压，下列叙述中，正确的是（　　）

A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响

B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间

C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响

D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用

6．在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：

2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH＝－198kJ·mol－1。

（已知制SO3过程中催化剂是V2O5，它在400℃～500℃时催化效果最好）

下表为不同温度和压强下SO2的转化率（%）：

（1）根据化学理论综合分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，可控制的条件是________________________________________________________________________。

（2）实际生产中，选定400℃～500℃作为操作温度，其原因是

________________________________________________________________________。

（1）实际生产中，采用的压强为常压，其原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）在生产中，通入过量空气的目的是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）尾气中有SO2，必须回收是为了

________________________________________________________________________。

7．根据碰撞理论，分子在发生反应时必须要进行有效碰撞。

那些具有足够高能量，能发生有效碰撞的分子称为活化分子，要使普通分子成为活化分子所需最小能量称为活化能（Ea）。

一定温度下气体分子中的活化分子百分数是一定的，而催化剂可以改变活化能的大小。

如图表示298.15K时，N2、H2与NH3的平均能量与合成氨反应的活化能的曲线图，据图回答：

（1）若反应中生成2mol氨，则反应________（填“吸热”或“放热”）________kJ。

（2）在图中曲线________（填“a”或“b”）表示加入铁触媒的能量变化曲线，铁触媒能加快反应速率的原理是_____________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）目前合成氨工业广泛采用的反应条件500℃、20MPa～50MPa、铁触媒，反应转化率不超过50%，工业上为了进一步提高氨气产率，你认为下列措施最经济可行的是

________________________________________________________________________。

A．降低反应温度，让反应向着有利于氨气生成的方向进行

B．升高温度，让更多的分子变成活化分子

C．寻求能在更低的温度下有很强催化活性的新型催化剂

D．寻求新型耐高压材料，将压强增大一倍

8．下表的实验数据是在不同温度和压强下，平衡混合物中NH3含量的变化情况。

达到平衡时平衡混合物中NH3的含量（体积分数）[入料V（N2）∶V（H2）＝1∶3]

（1）比较200℃和300℃时的数据，可判断升高温度，平衡向____________方向移动，正反应方向为________（填“吸热”或“放热”）反应。

（2）根据平衡移动原理，合成氨适宜的条件是________。

A．高温高压B．高温低压C．低温高压D．低温低压

（3）计算500℃，30MPa时N2的转化率________。

（4）实际工业生产合成氨时，考虑浓度对化学平衡的影响，还采取了一些措施。

请写出其中的一个措施：

________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

对点训练

1．D　2．B　3．B4．D　5.D

课时作业

1．B　2．C

3．D　4．A　5．C

6．

（1）常压、450℃、催化剂

（2）在此温度下催化剂的活性最高

（3）在常压下SO2的转化率就已经很高了（97.5%），若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，比起高压设备，得不偿失

（4）增大反应物O2的浓度，提高SO2的转化率

（5）防止污染环境

7．

（1）放热　92　

（2）b　降低了合成氨反应的活化能

（3）C

8．

（1）逆反应　放热　

（2）C　（3）41.77%

（4）加入过量的N2或及时从平衡体系中移走NH3

《化学反应条件的优化---工业合成氨》教后反思

本节课教学设计采用两条线并进，一条明线即知识线：

围绕工业合成氨化学反应条件的优化进行展开，从合成氨反应的自发可能性，引导学生将学生的思维从宏观迅速引到微观本质的探究上，再到合成氨限度的考虑。

一条暗线即合成氨发展史：

围绕合成氨的发展历史问题，融合本节课科学态度与社会责任的核心素养发展目标，培养学生化学学习兴趣，学习生活的化学，学习有用的化学，提高学生的科学素养。

本节课课堂气氛活跃、学生主题地位明确，总体来说比较成功。

下面，我从以下几个方面进行反思：

一、体现新课程核心素养的理念：

1、在学习合成氨的条件选择时，主要通过质问学生，以问题的推动引导课堂，在老师的引导启发下，掌握合成氨条件的优化。

体现变化观和平衡限度观。

2、利用数据计算，由宏观结论运用化学知识从微观角度解释问题，从旧知走入新知，引导学生应用已有的化学知识探求生产生活问题的解决，将化学知识应用于生活。

这样的设计，能激发学生的学习兴趣，体会到学习化学的价值。

3、化学与人类生活联系紧密，通过化学家哈伯的故事让学生体会化学的价值和魅力，以及科研的艰辛和坚持不懈。

二、本节课授课中的优点。

1、学生主动探究意识强。

参与度高。

动笔计算，动脑思考。

2、联系实际氨气的多用途，从而引出合成氨的重大生产生活用途，条件优化大势所趋，利用前面章节储备的知识，水到渠成。

三、本节课的不足之处。

1、教师应该给学生充分的思维呈现空间，适时激活学生的思维活跃点，给每个学生充分展示自己的机会，并及时、适时把握机会赞赏学生。

2、课堂节奏的把握还不够好，对学生的调动还不够。

《化学反应条件的优化---工业合成氨》课标分析

对于化学选必《氨与铵态氮肥化学反应条件的优化---工业合成氨》这部分内容,最为经典，用一节课的内容加以学习展开。

在《普通高中化学课程标准》要求的前提下，教材内容的编排有助于学生主动构建自身发展所需的化学基础知识和基本技能，增进对物质世界的认识，进一步了解化学学科的特点；有利于学生体验科学探究的过程，学习科学研究的基本方法，加深对科学本质的认识，发展创新精神和实践能力；有利于学生形成科学的自然观和严谨求实的科学态度，更深刻地认识科学、技术和社会之间的相互关系，树立可持续发展的思想。

一、课程标准教学要求

主题1认识化学科学

内容标准

学习要求

教学建议

认识实验、假说、模型、比较、分类等科学方法对化学研究的作用。

学习实验研究方法，了解化学实验是研究物质组成、结构、性质等的重要方法和途径。

将比较的方法融入合成氨学习。

学习比较、分类等科学方法，知道比较、分类等科学方法是化学研究和学习的常用方法。

认识并欣赏化学科学对提高人类生活质量和促进社会发展的重要作用。

认识化学与人类衣、食、住、行的密切关系，关注化学对人类健康的重要意义。

将合成氨的社会价值穿插到教学中。

赞赏化学对提高人类生活质量和促进社会发展的重要作用。

主题2化学实验基础

内容标准

学习要求

教学建议

体验科学探究的过程，学习运用以实验为基础的实证研究方法。

创设自主活动和积极探究的情境，激发探究欲望，体验科学探究过程。

利用合成氨发展史的展示，体验科学探究的艰辛和坚持不懈的精神

主题3变化观念和平衡思想

通过分析数据，归纳合成氨的变化速率，通过最大限度的分析，再次在生产中体会平衡的思想。

二、教学目标的确定

1.了