化學史的教學一一鑒古知今課例六 化學史教學一一鑒古知今，人文的陶冶《工業合成氨》教學設計【內容簡析】工業合成氨內容是在化學反應速率和化學平衡之后，是對化學反應速率和化學平衡理論的綜合應用，是化學動力學基礎理論在生產實際中進行應用的一個范例?；A知識不難，而且是這部分知識的終結，它更多的是要求學生關注基礎知識與生產實際間的聯系。教學內容主要涉及到三方面，一為合成氨的原理；二為合成氨的條件選擇；三是學生科學精神與態度的培養。第三點要滲透化學史的教學，也是該案例體現的核心?！灸繕硕ㄎ弧磕芨鶕瘜W反應速率和化學平衡原理闡析當前的生產條件；能根據合成氨化學原理，簡述合成氨生產的主要流程；運用數據的歸納分析方法與辯證思維理解合成氨條件選擇；通過小組討論合成氨的適宜條件，體現出同學之間的合作與交流意識；從哈伯合成氨發明的初衷激發學生對化學及化學工業的興趣與社會責任感；通過了解合成氨的全過程，可以激發學生愛科學、探索科學的熱情；從合成氨工業與第一次世界大戰的關系感悟科學的倫理價值問題；從合成氨催化劑的發明與創新中體悟科學創新所需的勤奮、堅毅、合作的精神；結合我國合成氨的現狀對學生進行愛國主義教育。通過練習題，逐步形成獨立分析問題、解決問題的能力?？傊韵嚓P知識為主線，以化學史為載體，從而達到既鞏固基礎知識，又能讓學生鑒古而知今，進行人文的陶冶?！痉椒U釋】常見合成氨課堂教學設計，有講授式的；有探究式的；有開放式的等等，這些設計往往讓人感到教學的單一、乏味。任何一門自然科學本身都包含著兩個不同的側面，知識的一面和獲取這些知識而進行科研活動的一面。只有這兩個方面都加以學習，才能全面把握科學。根據合成氨內容特點，可以以合成氨化學史為教學載體進行教學，其中蘊藏的化學基礎知識不但能滿足大綱的要求，而且在科學思想、科學方法、科學精神與態度的教學上更具有不一般的活力。學生學習化學史的目的絕不在于“知道”這些事實?；瘜W史既包括科學家對化學的研究過程，又包括科學家研究化學時所持有的不同觀點

和態度，既包括化學理論和方法的形成和演變，又包括不同學科之間的聯系，科學與社會的相互程一一事，研究成果一一知識體系等多方面的教育資源，它對學生的教育價值是巨大的。”影響?！盎瘜W史中蘊藏著科學家人，研究過影響。“化學史中蘊藏著科學家人，研究過“鑒古知今”對科學史的學習的根本是為了更好地創造未來。化學史是化學科學的形成、發展及其演變規律的反映?；瘜W史教學涉及的內容雖然是過去的事，似乎是“過時”的東西，但它包含的規律、經驗、教訓、作用，則始終保持著充沛的生命力。學生已經掌握了化學反應速率和化學平衡理論的相關知識，但是學生還沒有將所知識應用于實際問題的經驗，教師重在幫助學生形成方法，而不是教會學生具體的知識。在學生形成方法的基礎上，給學生創設獨立演練的機會。讓學生課前查閱工業合成氨的材料，以便課堂上向同學們介紹；鏈接實驗室制法的原理，以便對比學習；課堂上進行相關知識的回顧、相近知識的學習、相關科學史的學習和討論，達到知識和情感教育的相互滲透和升華，達到理性和感性的統一協調發展，從而完成教學目標。不論學習什么內容，不論采取什么方法，化學史的教學都要遵循一般的教學規律，符合科學發展規律、社會歷史發展規律，緊密結合學生的身心發展水平和認知規律，選擇合適的內容、方法，用發展的眼光辯證地看待這些“歷史”的功與過?！窘虒W流程】環節一課題引入（引導學生回顧）氨的用途：化肥、炸藥、染料等，合成氨廣泛應用與農業、軍工等。氮的固定：包括自然固氮和人工固氮，合成氨是人工固氮的一種方法。【設計意圖】聯系生活實際，引發學生探索的興趣，引出本節課學習內容。環節二原理分析（學生簡述）合成氨的原理：N+3H2NH+Q 2 23該反應的特點；熵減小的放熱反應。即合成氨的反應是一個放熱的、氣體總體積縮小的可逆反應。【設計意圖】通過該方程式對比實驗室制備氨氣的原理，讓同學們明白二者的不同；同時對原料氣的制備有一定的認識。環節三鏈接理論（學生回顧）化學反應速率和化學平衡原理，并分析如何提高合成氨的速率和產率?！驹O計意圖】鞏固相關知識，為分析合成氨的適宜條件做鋪墊。環節四工業合成氨的發展歷程（學生介紹課前所查資料）1、合成氨工藝的發明氨的工業合成是目前普遍使用的人工固氮方法，氨設備利用氮、氫為原料合成氨的工業化生產曾是一個較難的課題，從第一次實驗室研制到工業化投產，約經歷了150年的時間。1774年，普利施特里通過加熱氯化銨和氫氧化鈣的混合物，首先收集到氨。1784年，貝托萊經分析確定氨是由氮元素和氧元素組成的。1795年有人試圖在常壓下進行氨合成，后來又有人在50個大氣壓下試驗，結果都失敗了。19世紀下半葉，物理化學的巨大進展，使人們認識到由氮、氫合成氨的反應是可逆的，增加壓力將使反應推向生成氨的方向；提高溫度會將反應移向相反的方向，然而溫度過低又使反應速度過?。淮呋瘎Ψ磻獙a生重要影響。當時物理化學的權威、德國的能斯特就明確指出：氮和氫在高壓條件下是能夠合成氨的，并提供了一些實驗數據。法國化學家勒夏特列第一個試圖進行高壓合成氨的實驗，但是由于氮氫混和氣中混進了氧氣，引起了爆炸，使他放棄了這一危險的實驗。氮氣和氫氣的混和氣體可以在高溫高壓及催化劑的作用下合成氨。但什么樣的高溫和高壓條件為最佳？用什么樣的催化劑為最好？在物理化學研究領域有很好基礎的哈伯決心攻克這一令人生畏的難題。哈伯首先進行一系列實驗，他并不盲從權威，而是依靠實驗來探索，終于證實了能斯特的計算是錯誤的。哈伯以鍥而不舍的精神，經過不斷的實驗和計算，終于在1909年取得了鼓舞人心的成果，這就是在600c的高溫、200個大氣壓和鑲為催化劑的條件下，能得到產率約為8%的合成氨。8%的轉化率當然會影響生產的經濟效益，怎么辦？哈伯認為若能使反應氣體在高壓下循環加工，并從這個循環中不斷地把反應生成

的氨分離出來，這個工藝過程是可行的。于是他成功地設計了原料氣的循環工藝。1910年，德年，又建立了規模生產的合成氨工廠。從此以后,合成氨工業便迅速發展起來。國建立了世界上第一座合成氨試驗工廠;1913國建立了世界上第一座合成氨試驗工廠;1913（學生思考）從這段史料中我們得到什么啟發？（學生分組討論）激烈，達到高潮。（學生歸納）（1）由合成氨發展的艱辛歷程說明科學發展的過程漫長而曲折；（2）科學的發展既要有理論指導，還要有大量的實驗；（3）要有正確的科學方法指導科學研究；（4）科學需要創新；（5）化學是一門創造性的科學；（6）不能迷信權威，敢于向權威挑戰；（7）科學探究需要知難而進、持之以恒、不達目的誓不罷休的科學精神； （8）實驗室研

究到工業生產往往需要許多論證和分析。（9）科學技術的進步與社會發展有密切的關系，以及作為科學家應具有什么樣的社會責任感?！驹O計意圖】讓同學們了解科學發展的歷程，對他們進行深刻的思想政治教育和科學方法教育。通過了解合成氨的全過程，可以激發學生愛科學、探索科學的熱情。（幻燈片）2、波施對催化劑的改進根據哈伯的工藝流程，德國當時最大的化工企業一一巴登苯胺和純堿制造公司，組織了以化工專家波施為首的工程技術人員將哈伯的設計付諸實施。哈伯合成氨工藝中的催化劑鋨既貴重含量又少，阻礙了合成氨工業的快速發展。工程師們改進了哈伯所使用的催化劑，兩年間，他們進行了多達6500次試驗，測試了2500種不同的發適用的高壓設備也是工藝的關鍵，當時能受得住200個大氣壓的低碳鋼，卻害怕氫氣的脫碳腐配方，:后選定了含鉛鎂促進劑的鐵催化劑。開配方，:后選定了含鉛鎂促進劑的鐵催化劑。開蝕。波施經過兩萬波施想了許多辦法，合成氨設備最后決定在低碳鋼的反應管子里加一層熟鐵的襯里，熟鐵雖沒有強度，卻不怕氫氣的腐蝕,這樣總算解決了難題。正是波施多次實驗的探討，發現了新的催化劑一鐵觸煤，從而推進了合成氨工業的大規模工業化，一直到今天。哈伯和波施在合成氨工業上的巨大貢獻使得他們分別獲得了1918年和1931年的諾貝爾獎。（反思歷史）3、哈伯和第一次世界大戰哈伯促使了合成氨的工業化，對農業、軍工的發展產生了巨大作用，因而獲得了1918年的諾貝爾化學獎。然而第一次世界大戰中受強烈的愛國主義思潮的影響下的哈伯，錯誤的認為毒氣是一種結束戰爭縮短戰爭的好辦法，從而使他擔任戰爭中的施放毒氣戰的科學負責人。從而開始了毒氣在戰爭中的使用，德軍第一次實施毒氣戰就造成了約15000人中毒。同時哈伯的合成氨的工業化，使得可以大量合成硝酸，保證了德國軍事炸藥的儲備，使得德國敢貿然發動第一次世界大戰。哈伯在第一次世界大戰中的所作所為使得他獲得1918年諾貝爾獎受到了英、法等國科學家的抗議。一戰后他對于戰爭的反思使他一心投入到科學研究中，使得他得到了科學界的諒解。當時為了償還戰爭賠款，他曾經努力從海水中提煉黃金，但以失敗而告終。具有強烈愛國心的哈伯最后卻因為猶太人的血統，受到了迫害，逃亡路程中去世。（吸取教訓）（1）對科學及科學發明有辨證的看法，科學的不合理使用會對人類造成巨大的危害，例如毒氣戰的使用;（2）科學家從事科學事業時應該具備基本的倫理道德;（3）維護世界和平，反對戰爭?！驹O計意圖】加深學生對科學是把雙刃劍的理解，對科學道德有更深的理解。環節五得出結論老師引導學生通過復習理論，回顧發展歷程,結合今天的實際，總結合成氨的適宜條件。合成氨的適宜條件：溫度：700K壓強：200atm--500atm催化劑：鐵觸媒濃度：將生成的氨及時從混合氣中分離出來,且向混合氣中不斷補充氮氣和氫氣?！驹O計意圖】在運用理論的過程中，可以進一步加深學生對所學理論的理解和提高知識的實際應用能力。環節六展望我國合成氨工業前景利用各種學習資源,分析中國合成氨工業現狀。主要介紹我國幾個方面的改進：原料及原料氣的凈化、催化劑的改進、環境保護上的改進。簡單介紹合成氨發展前景“生物模擬固氮”，例如我國福建廈門物質結構研究所的模擬生物固氮研究進展，以及生物模擬固氮的研究的巨大應用前景。通過合成氨前景的展望，激發學生學習興趣，使學生體會化學學科中邏輯結構嚴道深刻的科學美，并在其中滲透愛國主義教育。（引導學生歸納總結）1、合成氨工業生產中，采用哪些條件可以提高生產效益？2、在實際過程中，對某合成工業生產條件的選擇一般應從哪些角度去考慮？（化學反應速率、化學平衡、生產動力、材料、設備等。）環節七課堂練習例：在硫酸工業中，SO2與。2催化氧化為SO3（正反應放熱）試思考：（1）上述反應的特點？（2）工業生產過程中常采用過量的空氣，有何作用？（3）硫酸工業中，為何采用400—500度高溫呢？（4）合成氨采用加壓的方法，為何的氧化不采用高壓呢？（課下作業）總結現代合成氨的基本生產過程“造氣一凈化一合成”三工藝流程，以及生產過程中的相關措施如下：（1）原料氣的合成和凈化：從環境保護和經濟成本上考慮。（2）氨的合成與分離，高溫、高壓、催化劑、氣體的循環使用，有利于氨的合成?！窘虒W后記】合成氨教學設計，從學生熟悉的用途入手，讓同學們體會到化學就在他們身邊，化學來源于生活，服務于生活。通過回顧化學反應速率和化學平衡，鞏固相關知識點。使學生從合成氨工業