蘇教版《化學(xué)與技術(shù)》合成氨內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計

1、蘇教版化學(xué)與技術(shù)合成氨內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計沈旭東杭州市長征中學(xué)浙江杭州3100（說明：運用蘇教版化學(xué)與技術(shù)合成氨內(nèi)容，對高二學(xué)生試教）普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）中對化學(xué)與技術(shù)課程模塊的目標(biāo)簡介為：“了解化學(xué)在資源利用、材料制造、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的具體應(yīng)用，在更加廣闊的視野下，認(rèn)識化學(xué)科學(xué)與技術(shù)進步和社會發(fā)展的關(guān)系，培養(yǎng)社會責(zé)任感和創(chuàng)新精神?！?。從合成氨工藝發(fā)明與發(fā)展的化學(xué)史實中能充分體現(xiàn)出科學(xué)家的創(chuàng)新精神，也能充分體現(xiàn)科學(xué)技術(shù)的進步與社會發(fā)展的關(guān)系，以及作為科學(xué)家應(yīng)有的社會責(zé)任感。因此，對于合成氨單元課時的教學(xué)可作基于化學(xué)史的教學(xué)設(shè)計。一本課時的設(shè)計思想“化學(xué)史教育是指在化學(xué)教學(xué)中根據(jù)具體情況適當(dāng)?shù)卮?/p>

2、插化學(xué)史實進行的一種教學(xué)活動?！? 基于化學(xué)史教育的教學(xué)就是以化學(xué)史實作為教學(xué)內(nèi)容的載體而進行的一種化學(xué)教學(xué)活動。以瓦根舍因與克拉夫基為代表的德國范例性教學(xué)流派，強調(diào)知識、能力與情感三者之間的統(tǒng)一，這較為符合新課程的教育理念，在高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的教育目標(biāo)類屬就包含了這三個方面。而傳統(tǒng)的課堂教學(xué)總是以基礎(chǔ)知識與基礎(chǔ)技能、解決問題的能力或方法作為課堂教學(xué)內(nèi)容的重點，盡管在原化學(xué)教學(xué)大綱中的教學(xué)目標(biāo)類屬也包含了情感與態(tài)度，但這只是一種隱性的目標(biāo)，在具體的教學(xué)中總是感到“空”，很難落到實處。“知”與“能”因為有相應(yīng)化學(xué)問題的驗證，因此教師在課堂教學(xué)中較為容易把握，而“情”與“意”沒有一個量化的表現(xiàn)，

3、因而在課堂教學(xué)中難以把握，較為容易被教師所忽略，如何在課堂教學(xué)中較為充分地體現(xiàn)情意教育目標(biāo)，在新課程改革的背景下應(yīng)被化學(xué)教師所關(guān)注并著重思考。依據(jù)合成氨教學(xué)內(nèi)容的特點及合成氨的化學(xué)史實，作基于化學(xué)史教育的教學(xué)設(shè)計，不但能完成相應(yīng)基礎(chǔ)知識與基本能力的教學(xué)與培養(yǎng)，而且在情感、態(tài)度與價值觀目標(biāo)方面更能體現(xiàn)其獨特的優(yōu)越性。二對本課時的教材內(nèi)容與目標(biāo)分析課程標(biāo)準(zhǔn)對化學(xué)與技術(shù)課程模塊對合成氨的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)描述為“了解合成氨的主要原理、原料、重要設(shè)備、流程和意義，認(rèn)識催化劑的研制對促進化學(xué)工業(yè)發(fā)展的重大意義?！保ㄒ唬┙虒W(xué)內(nèi)容的地位與作用合成氨內(nèi)容為化學(xué)的選修模塊之一，其內(nèi)容在蘇教版教材中曾在化學(xué)1專題4“硫、氮

4、和可持續(xù)發(fā)展”有所涉及，而對于理解合成氨工業(yè)的化學(xué)原理知識，則也在化學(xué)2專題2“化學(xué)反應(yīng)與能量變化”有所學(xué)習(xí)，即合成氨的教學(xué)內(nèi)容從知識的要求來說只是化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)理論在生產(chǎn)實際中進行應(yīng)用的一個范例，對學(xué)生來說無新的知識要求，內(nèi)容也易理解，且合成氨節(jié)在化學(xué)基礎(chǔ)知識與技能上可以說是一個“終端”，它沒有承上啟下的聯(lián)結(jié)作用。因此從雙基的要求來說，它不是較為重要的一節(jié)知識，它更多的是要求學(xué)生關(guān)注基礎(chǔ)知識與生產(chǎn)實際間的聯(lián)系，又蘇教版教材中對合成氨節(jié)知識的編排還可說較為陳舊，無論是原料、能源、環(huán)保上都不突出現(xiàn)在合成氨工業(yè)的發(fā)展趨勢，因此若是進行基于教材內(nèi)容而內(nèi)容的教學(xué)，則無論是運用那種新的教學(xué)方法或新的教學(xué)

5、手段都只有層面上的熱鬧，而跳不出本質(zhì)的枯燥，因為從基礎(chǔ)知識來說此節(jié)完全可讓學(xué)生課外自學(xué)掌握。從合成氨工業(yè)的歷史來看，筆者以為本節(jié)教學(xué)的著眼點要更多地挖掘知識載體中的科學(xué)情感與態(tài)度。（二）教學(xué)重難點分析本節(jié)知識的重點從基礎(chǔ)知識來說主要是兩點，一為合成氨的原理，二為合成氨的條件選擇；本節(jié)知識可說無難點。筆者從合成氨的化學(xué)史思考，認(rèn)為此節(jié)的重點更應(yīng)是學(xué)生科學(xué)精神與態(tài)度的培養(yǎng)，因為在發(fā)展合成氨工業(yè)的科學(xué)思想的根源、合成氨工業(yè)工藝的發(fā)明、催化劑的完善等多方面承載著多方面的科學(xué)情感與態(tài)度。（三）教學(xué)目的（1）知識與技能目標(biāo)：能根據(jù)合成氨化學(xué)原理，簡述合成氨生產(chǎn)的主要流程；能根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理闡

6、明當(dāng)前的生產(chǎn)條件；（2）過程與方法：運用數(shù)據(jù)的歸納分析方法與辯證思維理解合成氨條件選擇；（3）情感、態(tài)度與價值觀：從哈伯合成氨發(fā)明的初衷激發(fā)學(xué)生對化學(xué)及化學(xué)工業(yè)的興趣與社會責(zé)任感；從合成氨工業(yè)與第一次世界大戰(zhàn)的關(guān)系感悟科學(xué)的倫理價值問題；從合成氨催化劑的發(fā)明與創(chuàng)新中體悟科學(xué)創(chuàng)新所需的勤奮、堅毅、合作的精神。三教學(xué)內(nèi)容設(shè)計與過程 本節(jié)知識的提要，用POWERPOINT或其他的應(yīng)用軟件制作相應(yīng)的綱要幻燈片并展現(xiàn)。引入：幻燈片封頁：主題-合成氨工業(yè)哈伯法 關(guān)鍵詞：哈伯 合成氨 第一次世界大戰(zhàn) 化學(xué)武器 1918諾貝爾化學(xué)獎（教后感1：上述內(nèi)容用幻燈片展示，學(xué)生對似乎風(fēng)馬牛不相及的關(guān)鍵詞產(chǎn)生較大的興趣

7、與了解的欲望。達到引起學(xué)生注意與興趣的目的。）教學(xué)內(nèi)容1哈伯生平介紹?；脽羝?：哈伯的頭像照片。哈伯Fritz Haber 1868一1934。講述：年月日出生于西里西亞的布雷斯勞（現(xiàn)為波蘭的弗羅茨瓦夫）的一個猶太家庭，天資聰穎。曾先后到柏林、海德堡、蘇黎世求學(xué)，做過著名化學(xué)家霍夫曼和本生的學(xué)生。歲就破格被德國皇家工業(yè)大學(xué)授于博士學(xué)位，年在卡爾斯魯厄工業(yè)大學(xué)當(dāng)講師，年起任物理化學(xué)和電化學(xué)教授。1909年發(fā)明合成氨工業(yè)工藝。年擔(dān)任威廉皇家物理化學(xué)和電化學(xué)研究所所長兼柏林大學(xué)教授。年第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，哈伯全力研制最新式的化學(xué)武器，兼任化學(xué)兵工廠廠長，第一次建議使用氯氣作化學(xué)武器, 并應(yīng)用于實戰(zhàn)，

8、后發(fā)明了光氣，后人因此稱其為化學(xué)武器之父。1918年因發(fā)明合成氨工業(yè)工藝而獲諾貝爾化學(xué)獎,但在評獎過程中受到英、法科學(xué)家的反對（給學(xué)生留下疑問與感情的沖突）。年希特勒上臺，他也被稱為“猶太人哈伯”被驅(qū)逐，年應(yīng)邀擔(dān)任巴勒斯坦著名反法西斯猶太人組織的西夫高級研究所所長。年月日他在去意大利的途中，因心臟病發(fā)作在瑞士的巴塞爾逝世，終年歲，就地安葬在巴塞爾公基。（教后感2：哈伯的頭像與生平更進一步地激發(fā)學(xué)生了解哈伯的興趣；“化學(xué)武器之父”與“諾貝爾獎”促使學(xué)生產(chǎn)生了了解知識內(nèi)容的欲望。）2哈伯與合成氨工藝?；脽羝?：（1）合成氨的本意與目的（2）合成氨反應(yīng)與合成氨反應(yīng)條件的理論證明與合成氨試驗（3）哈伯

9、的合成氨工藝。講述：合成氨的本意與目的。獲得農(nóng)作物所需的大量氮肥，提高糧食產(chǎn)量。但當(dāng)時的人工固氮方法主要是電弧法合成NO，效率很低，不能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。問題1：科學(xué)發(fā)明的本意應(yīng)是什么？ （教后感3：對問題的討論，使學(xué)生對自然科學(xué)的社會性與人文性有更進一步的理解。）講述：合成氨反應(yīng)在理論上的可行性，物理化學(xué)學(xué)科的簡單介紹。根據(jù)勒夏特列原理分析合成氨反應(yīng)平衡正向移動的條件與相應(yīng)的條件結(jié)論；勒夏特列在合成氨實驗中因混入氧氣而爆炸而放棄研究；哈伯勇于追求與探索，終于發(fā)明合成氨工藝。問題2：勒夏特列與哈伯在合成氨實驗中所體現(xiàn)出來的精神，你想到什么？（教后感4：有學(xué)生對物理化學(xué)產(chǎn)生了興趣；學(xué)生理解了科

10、學(xué)發(fā)明中理論、方法、態(tài)度三者的結(jié)合。）幻燈片3：哈伯的合成氨工藝：（1）原料氣的制取與凈化（2）合成氨條件（3）循環(huán)壓縮講述：哈伯的合成氨工藝流程：（1）原料氣的制取與凈化（與教材內(nèi)容相同）。（2）合成氨條件的確定。哈伯在1909年取得成果： 在600、200個大氣壓和鋨作為催化劑的條件下，得到了產(chǎn)率約為8的氨。（3）循環(huán)壓縮工藝。哈伯認(rèn)為若能使反應(yīng)氣體在高壓下循環(huán)加工，并從這個循環(huán)中不斷地把反應(yīng)生成的氨分離出來，就提高原料的轉(zhuǎn)化率，則這個工藝過程在經(jīng)濟效益上也是可行的，于是他設(shè)計出循環(huán)工藝。（4）待解決的主要問題：催化劑為鋨，鋨為貴重金屬，地殼含量極為稀少。問題3：課本上合成氨的條件與哈伯的

11、條件有何不同？（教后感5：設(shè)置此問題的目的是為低溫催化劑的經(jīng)濟效益作好伏筆；閱讀教材內(nèi)容加深了對基礎(chǔ)知識的理解。）3合成氨催化劑幻燈片4：科學(xué)發(fā)明中的基尼斯紀(jì)錄：波施與鐵觸媒講述：哈伯將工藝申請了專利后，把它交給了德國當(dāng)時最大的化工企業(yè)巴登苯胺和純堿制造公司。公司的化工專家波施（CBosch）決心研究一種廉價易得的催化劑。對各種金屬及礦物進行比較分析，最后用天然磁鐵礦實驗，發(fā)現(xiàn)具有良好效果，但同時發(fā)現(xiàn)存在表面半熔現(xiàn)象而極大降低其活性，得摻入其他物質(zhì)以克服這一消極因素，這些助劑的組成和比例，使他們頗費周折，據(jù)說經(jīng)過兩萬多次實驗，終于得到了理想的含有少數(shù)K、Mg、Al和Ca的鐵組催化劑鐵觸媒。這一

12、成果極大地促進了合成氨工業(yè)的普及和發(fā)展，因此波施獲得了1931年諾貝爾化學(xué)獎。波施還采用純鐵作合成塔襯里克服高壓下氫氣使鋼鐵脫碳的問題，從而真正地使合成氨從實驗室走向生產(chǎn)，1913年第一個日產(chǎn)30噸的合成氨廠在德國出現(xiàn)。當(dāng)時只有德國掌握合成氨的生產(chǎn)工藝。問題4：鐵觸媒的最佳活性溫度為500，從而使合成氨的溫度從600降到500，你認(rèn)為有何經(jīng)濟效益？理論聯(lián)系實際說明今后合成氨催化劑的研究方向?；脽羝?：浙江工業(yè)大學(xué)劉化章教授研究出ZA5型低溫低壓合成氨催化劑，能使合成氨反應(yīng)溫度降低1525，操作壓強降低2-3MP，大大降低生產(chǎn)成本，因此此項發(fā)明獲得了浙江省科技進步一等獎。（教后感6：我校鄰居浙江

13、工業(yè)大學(xué)的合成氨催化劑研究成果的展示，更加調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒，加深了對科學(xué)與經(jīng)濟、社會的聯(lián)系理解。）4第一次世界大戰(zhàn)與合成氨工業(yè)；哈伯與化學(xué)武器。 幻燈片6：哈伯與化學(xué)武器 氯氣 第一次世界大戰(zhàn) 德國 伊普雷戰(zhàn)役講述：1914年第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)。當(dāng)時歐洲國家生產(chǎn)炸藥的硝酸原料主要從智利進口，量較少，因此各國普遍認(rèn)為大戰(zhàn)時間不會很長，但德國合成氨技術(shù)的出現(xiàn)，大大增強了德國的軍事實力。戰(zhàn)爭期間哈伯卷入盲目的愛國熱情之中，他的研究所成為德皇威廉二世的重要研究機構(gòu)，他錯誤地認(rèn)為采用毒氣戰(zhàn)能快地結(jié)束戰(zhàn)爭，于是擔(dān)任了德國實行毒氣戰(zhàn)的科學(xué)負(fù)責(zé)人。1915年4月22日的伊普雷戰(zhàn)役中，在哈伯的建議下，德軍在

14、6000米寬的戰(zhàn)線中幾分鐘之內(nèi)施放了180噸氯氣，借著風(fēng)勢吹向英法聯(lián)軍的陣地，造成幾萬人的中毒傷亡，這是第一次應(yīng)用化學(xué)武器的戰(zhàn)役。同年，哈伯又研制了另一種化學(xué)毒氣光氣，并在12月9日的第二次伊普雷戰(zhàn)役中使用。這樣致使了各國競向研究化學(xué)毒氣并投入戰(zhàn)爭。在一次大戰(zhàn)中因毒氣戰(zhàn)而傷亡的人數(shù)達到130多萬?？梢哉f哈伯是化學(xué)武器的始作俑者，哈伯夫人也因此而自殺身亡，也給哈伯在大戰(zhàn)后諾貝爾獎的評選上獲得造成障礙。問題5：合成氨工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、世界大戰(zhàn)，你能想到科學(xué)發(fā)明的一些什么？聯(lián)系現(xiàn)代科技談?wù)勀愕目捶ā＃ń毯蟾?：學(xué)生加深了科學(xué)是把雙刃劍的理解，對科學(xué)道德有了更深的理解）5現(xiàn)代合成氨工藝簡介?；脽羝?：現(xiàn)代合成氨工藝流程圖2講述：（1）合成氨原料的選擇。（天然氣、石油、煤）選擇的理由環(huán)境保護與經(jīng)濟成本。（2）條件的選擇。科技的發(fā)展使工業(yè)設(shè)備的材料得到很大的改觀，如現(xiàn)在合成氨的壓強一般為50MP（500大氣壓）。（3）催化劑的研究方向低溫高效。（4）我國的合成氨工業(yè)現(xiàn)狀。 6作業(yè)（1）討論與反思：問1合成氨工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、世界大戰(zhàn)，你能想到科學(xué)發(fā)明的一些什么？聯(lián)系現(xiàn)代科技談?wù)勀愕目捶?。?從哈伯與波施對合成氨工藝的發(fā)明與完善，你對科學(xué)發(fā)明需要怎樣的精神有如何的認(rèn)識？ 問3分析今后人工固氮的發(fā)展方向。（2）小論文：利用各種學(xué)習(xí)資源，分析中國合成氨工業(yè)現(xiàn)狀。