苏教版《化学与技术》合成氨内容的教学设计

1、苏教版化学与技术合成氨内容的教学设计沈旭东杭州市长征中学浙江杭州3100（说明：运用苏教版化学与技术合成氨内容，对高二学生试教）普通高中化学课程标准（实验）中对化学与技术课程模块的目标简介为：“了解化学在资源利用、材料制造、工农业生产中的具体应用，在更加广阔的视野下，认识化学科学与技术进步和社会发展的关系，培养社会责任感和创新精神。”。从合成氨工艺发明与发展的化学史实中能充分体现出科学家的创新精神，也能充分体现科学技术的进步与社会发展的关系，以及作为科学家应有的社会责任感。因此，对于合成氨单元课时的教学可作基于化学史的教学设计。一本课时的设计思想“化学史教育是指在化学教学中根据具体情况适当地穿

2、插化学史实进行的一种教学活动。”1 基于化学史教育的教学就是以化学史实作为教学内容的载体而进行的一种化学教学活动。以瓦根舍因与克拉夫基为代表的德国范例性教学流派，强调知识、能力与情感三者之间的统一，这较为符合新课程的教育理念，在高中化学课程标准中的教育目标类属就包含了这三个方面。而传统的课堂教学总是以基础知识与基础技能、解决问题的能力或方法作为课堂教学内容的重点，尽管在原化学教学大纲中的教学目标类属也包含了情感与态度，但这只是一种隐性的目标，在具体的教学中总是感到“空”，很难落到实处。“知”与“能”因为有相应化学问题的验证，因此教师在课堂教学中较为容易把握，而“情”与“意”没有一个量化的表现，

3、因而在课堂教学中难以把握，较为容易被教师所忽略，如何在课堂教学中较为充分地体现情意教育目标，在新课程改革的背景下应被化学教师所关注并着重思考。依据合成氨教学内容的特点及合成氨的化学史实，作基于化学史教育的教学设计，不但能完成相应基础知识与基本能力的教学与培养，而且在情感、态度与价值观目标方面更能体现其独特的优越性。二对本课时的教材内容与目标分析课程标准对化学与技术课程模块对合成氨的内容标准描述为“了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义，认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义。”（一）教学内容的地位与作用合成氨内容为化学的选修模块之一，其内容在苏教版教材中曾在化学1专题4“硫、氮

4、和可持续发展”有所涉及，而对于理解合成氨工业的化学原理知识，则也在化学2专题2“化学反应与能量变化”有所学习，即合成氨的教学内容从知识的要求来说只是化学动力学基础理论在生产实际中进行应用的一个范例，对学生来说无新的知识要求，内容也易理解，且合成氨节在化学基础知识与技能上可以说是一个“终端”，它没有承上启下的联结作用。因此从双基的要求来说，它不是较为重要的一节知识，它更多的是要求学生关注基础知识与生产实际间的联系，又苏教版教材中对合成氨节知识的编排还可说较为陈旧，无论是原料、能源、环保上都不突出现在合成氨工业的发展趋势，因此若是进行基于教材内容而内容的教学，则无论是运用那种新的教学方法或新的教学

5、手段都只有层面上的热闹，而跳不出本质的枯燥，因为从基础知识来说此节完全可让学生课外自学掌握。从合成氨工业的历史来看，笔者以为本节教学的着眼点要更多地挖掘知识载体中的科学情感与态度。（二）教学重难点分析本节知识的重点从基础知识来说主要是两点，一为合成氨的原理，二为合成氨的条件选择；本节知识可说无难点。笔者从合成氨的化学史思考，认为此节的重点更应是学生科学精神与态度的培养，因为在发展合成氨工业的科学思想的根源、合成氨工业工艺的发明、催化剂的完善等多方面承载着多方面的科学情感与态度。（三）教学目的（1）知识与技能目标：能根据合成氨化学原理，简述合成氨生产的主要流程；能根据化学反应速率和化学平衡原理阐

6、明当前的生产条件；（2）过程与方法：运用数据的归纳分析方法与辩证思维理解合成氨条件选择；（3）情感、态度与价值观：从哈伯合成氨发明的初衷激发学生对化学及化学工业的兴趣与社会责任感；从合成氨工业与第一次世界大战的关系感悟科学的伦理价值问题；从合成氨催化剂的发明与创新中体悟科学创新所需的勤奋、坚毅、合作的精神。三教学内容设计与过程 本节知识的提要，用POWERPOINT或其他的应用软件制作相应的纲要幻灯片并展现。引入：幻灯片封页：主题-合成氨工业哈伯法 关键词：哈伯 合成氨 第一次世界大战 化学武器 1918诺贝尔化学奖（教后感1：上述内容用幻灯片展示，学生对似乎风马牛不相及的关键词产生较大的兴趣

7、与了解的欲望。达到引起学生注意与兴趣的目的。）教学内容1哈伯生平介绍。幻灯片1：哈伯的头像照片。哈伯Fritz Haber 1868一1934。讲述：年月日出生于西里西亚的布雷斯劳（现为波兰的弗罗茨瓦夫）的一个犹太家庭，天资聪颖。曾先后到柏林、海德堡、苏黎世求学，做过著名化学家霍夫曼和本生的学生。岁就破格被德国皇家工业大学授于博士学位，年在卡尔斯鲁厄工业大学当讲师，年起任物理化学和电化学教授。1909年发明合成氨工业工艺。年担任威廉皇家物理化学和电化学研究所所长兼柏林大学教授。年第一次世界大战爆发，哈伯全力研制最新式的化学武器，兼任化学兵工厂厂长，第一次建议使用氯气作化学武器, 并应用于实战，

8、后发明了光气，后人因此称其为化学武器之父。1918年因发明合成氨工业工艺而获诺贝尔化学奖,但在评奖过程中受到英、法科学家的反对（给学生留下疑问与感情的冲突）。年希特勒上台，他也被称为“犹太人哈伯”被驱逐，年应邀担任巴勒斯坦著名反法西斯犹太人组织的西夫高级研究所所长。年月日他在去意大利的途中，因心脏病发作在瑞士的巴塞尔逝世，终年岁，就地安葬在巴塞尔公基。（教后感2：哈伯的头像与生平更进一步地激发学生了解哈伯的兴趣；“化学武器之父”与“诺贝尔奖”促使学生产生了了解知识内容的欲望。）2哈伯与合成氨工艺。幻灯片2：（1）合成氨的本意与目的（2）合成氨反应与合成氨反应条件的理论证明与合成氨试验（3）哈伯

9、的合成氨工艺。讲述：合成氨的本意与目的。获得农作物所需的大量氮肥，提高粮食产量。但当时的人工固氮方法主要是电弧法合成NO，效率很低，不能产生较大的经济效益。问题1：科学发明的本意应是什么？ （教后感3：对问题的讨论，使学生对自然科学的社会性与人文性有更进一步的理解。）讲述：合成氨反应在理论上的可行性，物理化学学科的简单介绍。根据勒夏特列原理分析合成氨反应平衡正向移动的条件与相应的条件结论；勒夏特列在合成氨实验中因混入氧气而爆炸而放弃研究；哈伯勇于追求与探索，终于发明合成氨工艺。问题2：勒夏特列与哈伯在合成氨实验中所体现出来的精神，你想到什么？（教后感4：有学生对物理化学产生了兴趣；学生理解了科

10、学发明中理论、方法、态度三者的结合。）幻灯片3：哈伯的合成氨工艺：（1）原料气的制取与净化（2）合成氨条件（3）循环压缩讲述：哈伯的合成氨工艺流程：（1）原料气的制取与净化（与教材内容相同）。（2）合成氨条件的确定。哈伯在1909年取得成果： 在600、200个大气压和锇作为催化剂的条件下，得到了产率约为8的氨。（3）循环压缩工艺。哈伯认为若能使反应气体在高压下循环加工，并从这个循环中不断地把反应生成的氨分离出来，就提高原料的转化率，则这个工艺过程在经济效益上也是可行的，于是他设计出循环工艺。（4）待解决的主要问题：催化剂为锇，锇为贵重金属，地壳含量极为稀少。问题3：课本上合成氨的条件与哈伯的

11、条件有何不同？（教后感5：设置此问题的目的是为低温催化剂的经济效益作好伏笔；阅读教材内容加深了对基础知识的理解。）3合成氨催化剂幻灯片4：科学发明中的基尼斯纪录：波施与铁触媒讲述：哈伯将工艺申请了专利后，把它交给了德国当时最大的化工企业巴登苯胺和纯碱制造公司。公司的化工专家波施（CBosch）决心研究一种廉价易得的催化剂。对各种金属及矿物进行比较分析，最后用天然磁铁矿实验，发现具有良好效果，但同时发现存在表面半熔现象而极大降低其活性，得掺入其他物质以克服这一消极因素，这些助剂的组成和比例，使他们颇费周折，据说经过两万多次实验，终于得到了理想的含有少数K、Mg、Al和Ca的铁组催化剂铁触媒。这一

12、成果极大地促进了合成氨工业的普及和发展，因此波施获得了1931年诺贝尔化学奖。波施还采用纯铁作合成塔衬里克服高压下氢气使钢铁脱碳的问题，从而真正地使合成氨从实验室走向生产，1913年第一个日产30吨的合成氨厂在德国出现。当时只有德国掌握合成氨的生产工艺。问题4：铁触媒的最佳活性温度为500，从而使合成氨的温度从600降到500，你认为有何经济效益？理论联系实际说明今后合成氨催化剂的研究方向。幻灯片5：浙江工业大学刘化章教授研究出ZA5型低温低压合成氨催化剂，能使合成氨反应温度降低1525，操作压强降低2-3MP，大大降低生产成本，因此此项发明获得了浙江省科技进步一等奖。（教后感6：我校邻居浙江

13、工业大学的合成氨催化剂研究成果的展示，更加调动了学生的学习情绪，加深了对科学与经济、社会的联系理解。）4第一次世界大战与合成氨工业；哈伯与化学武器。 幻灯片6：哈伯与化学武器 氯气 第一次世界大战 德国 伊普雷战役讲述：1914年第一次世界大战爆发。当时欧洲国家生产炸药的硝酸原料主要从智利进口，量较少，因此各国普遍认为大战时间不会很长，但德国合成氨技术的出现，大大增强了德国的军事实力。战争期间哈伯卷入盲目的爱国热情之中，他的研究所成为德皇威廉二世的重要研究机构，他错误地认为采用毒气战能快地结束战争，于是担任了德国实行毒气战的科学负责人。1915年4月22日的伊普雷战役中，在哈伯的建议下，德军在

14、6000米宽的战线中几分钟之内施放了180吨氯气，借着风势吹向英法联军的阵地，造成几万人的中毒伤亡，这是第一次应用化学武器的战役。同年，哈伯又研制了另一种化学毒气光气，并在12月9日的第二次伊普雷战役中使用。这样致使了各国竞向研究化学毒气并投入战争。在一次大战中因毒气战而伤亡的人数达到130多万。可以说哈伯是化学武器的始作俑者，哈伯夫人也因此而自杀身亡，也给哈伯在大战后诺贝尔奖的评选上获得造成障碍。问题5：合成氨工业、农业生产、世界大战，你能想到科学发明的一些什么？联系现代科技谈谈你的看法。（教后感7：学生加深了科学是把双刃剑的理解，对科学道德有了更深的理解）5现代合成氨工艺简介。幻灯片7：现代合成氨工艺流程图2讲述：（1）合成氨原料的选择。（天然气、石油、煤）选择的理由环境保护与经济成本。（2）条件的选择。科技的发展使工业设备的材料得到很大的改观，如现在合成氨的压强一般为50MP（500大气压）。（3）催化剂的研究方向低温高效。（4）我国的合成氨工业现状。 6作业（1）讨论与反思：问1合成氨工业、农业生产、世界大战，你能想到科学发明的一些什么？联系现代科技谈谈你的看法。问2从哈伯与波施对合成氨工艺的发明与完善，你对科学发明需要怎样的精神有如何的认识？ 问3分析今后人工固氮的发展方向。（2）小论文：利用各种学习资源，分析中国合成氨工业现状。