工业合成氨

工业合成氨

：昨天、今天和明天

——以三次诺贝尔奖为主线的教学

一、德育内容维度

社会意识——社会责任感

心理健康——坚韧不拔的意志品质

心理健康——辩证思想

二、教材透析

（一）教材版本

鲁科版《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》。

（二）课标分析

《普通高中化学课程标准（实验）》在《化学反应原理》模块的教学中对学生的要求里有一点是这样的：“赞赏运用化学反应原理合成新物质对科学技术和人类社会文明发挥的强大作用”。为实现这一目标，必须首先让学生接触到对科学技术和人类社会文明发挥的强大作用的事件，体验合成新物质的过程。在《化学反应条件的优化——工业合成氨》中，利用化学反应速率——平均理论中的相关基础知识，通过对工业合成氨反应条件的合理方案的选择，使学生体会到合成氨对科学技术和人类社会文明发挥的强大作用。

（三）教材分析

《化学反应条件的优化——工业合成氨》是前三节“化学反应的方向”、“化学反应的限度”、“化学反应速率”的延续，是对化学反应方向、速率、限度知识的综合应用。

氨对化学、国防和农业具有非常高严重的意义；同时N

2、H

2反应生成氨的反应也是学生非常熟悉的平均体系。以氨的合成反应为研究对象，有利于学生从化学反应速率、平均理论两个方面尝试综合考虑、选择合成氨的合理条件，使学生体会到学习化学理论对实际生产有着非常严重的指导作用。

在德育方面，工业合成氨的发明过程，包含了化学家宏伟的创造性和光辉的科学思想，体现了当时科学家的远见与激情。哈勃、博施、埃特尔对氨合成的研究持续了将近100年，实现了氨的合成从实验室的理论研究到工厂的实际生产，是三位科学家不畏艰辛的意志品质和创新思想的最佳体现，对学生有很好的引领示范作用。

三、学情分析

学生在前三节化学反应方向、速率、平均理论的学习中，对这些知识有了一定程度的认识。学生已经初步形成积极思考、敢于探究、主动获取知识的学习习惯，并能够积极参与到课堂活动中，能够与同学在课堂的学习中进行合作，具有了一定的理性思维和抽象思维，基于此我们在实际教学中要主要以提出问题、分析问题、合作探究的学习模式为主，这样有利于学生理性思维和抽象思维的进一步提升。

四、目标确立

作为一名一直工作在一线的化学教师，我感到学生的学习兴趣是很严重的。当充分激发出学生学习的主动性，才是有用的课堂，学生才爱学。所以在教学中创设适合学生实际情况的学习情境是很严重的，基于上述分析，确定如下课时教学目标：

1.知识技能目标：

（1）了解如何应用化学反应速率、平均原理来选择合成氨的最佳条件；（2）了解如何应用化学反应原理对工业生产条件进行分析，体验实际生产与理论的差异；

（3）通过对氨合成条件的分析和选择，认识化学反应速率、平均的控制对工业生产的严重作用。

2.德育目标：

（1）学生通过参与工业合成氨的发现、发展和改进，认识到影响人类社会文明发展的科学技术的发现、发展和改进是艰辛，要有“咬定青山不放松”的意志品质才能够有所成就；

（2）通过对化学家“哈勃”功过的介绍，使学生认识到化学的两面性，培养学生辩证看待事物的化学思维。

三、流程设计

（一）流程框架

过程线任务线德育线微课导入了解工业合成氨的历史背景、强大意

义，三次诺贝尔奖的研究，我国合成

氨的发展状况增强学生对氨合成研究的好奇心，并且感受到提升国家实力的紧迫性和责任感。

经历哈伯的研究1.通过对?G与O大小知道合成氨反应发

生的可能性；

2.化学反应速率、平均理论为基础，找

到工业合成氨的最优条件。通过哈伯艰辛的研究过程和人生低谷时对理想信念的锲而不舍，让学生明白科学家并没有“开挂”，他们能在某个领域中取得令人瞩目的成就，源于他们对这一领域的兴趣，以及坚持不懈的努力。只要具备这样的科学素养，每个人都可以取得强大的胜利。

赞赏博施的创意1.氨合成中的催化剂；

2.氨合成中高压强对设备的影响。使学生对金属材料的性能有了感性的体验，对氢气在高温高压下的行为有了更全面的认识。经历了博施解决问题的艰

辛过程，学生感受到了博施工作的严重性。哈伯—博施合成氨法终于实现了克鲁克斯“向空气要氮肥”的优美愿景。学生不禁感叹科学家们的剧烈责任和社会担当。

解读埃特尔的成果了解氨合成的机理。通过这一环节激发学生的想象力以及创新思维。让学生认识到简单的一个化学反应方程式并不能代表一个反应的真实过程，这需要实证来证明。并且感受到提升国家实体的紧迫性和责任感。

通过上述三个环节让学生体会到一个反应条件的优化不但需要在意志品质上的坚持不懈，更需要有辩证的思维。

通过对氨合成未来的发展方向的推测，使学生感受到已经站在巨人肩膀上的自己也有可能会在氨合成的研究中获得第四次、第五次诺贝尔化学奖，只要坚持不懈、勇于创新、敢于探索就有可能会取得非凡的成就。

氨合成的最优条件掌握目前工业合成氨的最佳条件

畅想我的创举了解未来提升氨合成就率的新方法，

了解未来氨合成的可能的新方法。

（二）设计意图

本节内容是以“工业合成氨”为载体，对化学平均理论和化学反应速率理论的综合研究，在课程的设计上我以与合成氨有关的三次诺贝尔化学奖作为引领学生找寻最优条件的主线，最终引领学生找到最优条件，并启发学生未来合成氨的方向。在此过程中结合课程内容进行德育教学，这样既有利于最优条件的掌握，又可以使学生树立远大理想。

微课导入——了解工业合成氨的历史背景、强大意义，三次诺贝尔奖的研究，我国合成氨的发展状况。通过这样的微课导入增强学生对氨合成研究的好奇心，并且感受到提升国家实体的紧迫性和责任感。使本节课能够顺利的进行。

经历哈伯的研究——通过问题导入，首先让学生知道氮气、氢气反应合成氨气是一个自发进行的反应，正是在此基础上哈伯深入研究。使学生明白“方向

指导行动”。通过哈伯艰辛的研究过程和人生低谷时对理想信念的锲而不舍，让学生明白科学家并没有“开挂”，他们能在某个领域中取得令人瞩目的成就，源于他们对这一领域的兴趣，以及坚持不懈的努力。只要具备这样的科学素养，每个人都可以取得强大的胜利。最后介绍哈伯的生平，尤其是其功与过的评价，让学生明白人生目标、理想、信念和对人类社会、文明的责任感都是成就一位宏伟科学家的必备条件。

赞赏博施的创意——通过介绍博施在催化剂研究过程中能够敢于质疑权威，以及在后续研究中先后进行了上千次试验，才最终确定了铁触媒作为工业合成氨的催化剂。在对生产设备的优化过程中不断探索、创新解决高压、氢腐蚀带来的困扰，使合成氨工业化成为可能。在这一环节中使学生体会到“勇气、创新、坚持不懈的努力”是成就非凡事业的必备要素。

解读埃特尔的成果——介绍埃特尔对合成氨机理的研究，学生在参与解读的过程中体会埃特尔的灵感、创新与技巧在理论研究中的严重性。

合成氨的最优条件——总结上述研究，确定了合成氨的生产条件是：铁触媒作为催化剂；控制温度在700K左右；根据反应容器所使用的材料质量来选择压强；原料气中的氮气与氢气的体积比为1:2.8。使学生感受到一个反应从实验室到工厂的艰辛之路，我们不但需要研究性的人才，更加需要将理论加以实践的人。

畅想我的创举——“经过与工业合成氨相关的三次诺贝尔奖成果体验，同学们，我们站在了巨人的肩膀上了！”通过这句话激发学生的自豪感，然后说明现在合成氨所面领的问题：氨的工业生产需要较高温度和较高压强，而且催化剂简易中毒、使用寿命不长，并且合成氨厂的出口气中氨含量大凡为13%左右，含量还是不高。激发学生寻找新方法的兴趣，最终确定两种方法：一是找到更加高效的能在常温下使用的催化剂，二是仿生合成氨。使学生感受到已经站在巨人肩膀上的自己也有可能会在氨合成的研究中获得第四次、第五次诺贝尔化学奖，只要坚持不懈、勇于创新、敢于探索就有可能会取得非凡的成就。

四、精彩片段

片段一：经历哈伯的研究

在课堂教学中若没有德育，那学生获得也将是没有情景的知识，学生也最终会被培养成没有灵魂的学习者，所以我在“经历哈伯的研究”中进行了德育的渗透。

师：常温下，合成氨的反应能发生吗？

生1：根据已有知识氮气、氢气不可能在常温下产生氨气。

生2：依据教师所给数据：298K时合成氨反应?G<0，20℃下N

2、H

2可以发生反应生成氨气。

师：同学们的两种观点并不矛盾，氨可以在20℃下能合成，但是并没有发生。也正是因为从理论上分析氨有可能合成，所以科学家们才不遗余力、想尽方法的进行研究去寻找解决氨合成反应中的反应速率和限度问题的方法。

生：“方向指导行动”。

师：那么在19世纪的科研条件下，哈伯若想加快合成氨的速率、提高氨气的含量，可以采取哪些措施？

生：高温、高压、催化剂

师：那你认为当时哈伯的困难是什么？

生：催化剂的选择和解决高压问题。

师：哈伯是如何增大压强的呢？总不会像习题中经常出现的那样“压缩容器体积”吧？生：表现出剧烈的求知欲。

师：微课：介绍工业上的加压设备——压缩机。

师：经过不断地探索和研究，哈伯最终选择了450℃、200×105Pa和具有优良活性的金属锇作为催化剂。但是最初氨的平均含量还是很低，工业化前景黯淡。微课：介绍哈伯如何在人生的低谷中不懈努力，于是哈伯胜利了。

生：在此过程中感叹于哈伯的毅力。

师：微课：哈伯的生平。你如何评价哈伯？

生1：哈伯是天使，因为他用空气制造了面包。

生2：哈伯是魔鬼，因为他开化学武器之先河。

师：要想成为受人瞩目敬仰、尊敬的科学家，不但要有坚持不懈的意志品质，还有剧烈的社会责任感和对人类文明进步发展的使命感。

我相信通过这样的设计，可以是学生认识到在求知的道路上不但要有远大的理想、明确的方向、不懈的努力，还有对他人、对社会的剧烈的责任感。这样会使学生的思想在课堂上得到生化与启迪，意义强大。

片段二：畅想我的创举

我认为在德育过程中不但要用名人事迹来激励学生，更要让学生参与进来，利用已有的科技前沿，给学生指明方向让学生觉得自己也可以通过重不懈的努力、大胆的创新和英勇的实践，也可以取的非凡的成就。

师：（深情的说）经过与工业合成氨相关的三次诺贝尔奖成果体验，同学们，你们已经站在了巨人的肩膀上！

生：脸上洋溢着自豪和兴奋。

师：氨的工业生产需要较高温度和较高压强，而且催化剂简易中毒、使用寿命不长，并且氨合成工厂的设备出口气中氨含量大凡为13%左右，含量还是不高。而通过开始时的研究我们知道合成氨的反应理论上能在常温下自发进行，平均常数K=4.1×106，说明正反应进行的相当彻底，站在巨人肩膀上的我们能否将合成氨的过程进行进一步的改进？

生1：寻找到高效的催化剂。

生2：研究能在常温下促使反应发生的高效催化剂

生3：在生物上我们曾经接触过根瘤菌，我认为未来氨的合成应该像根瘤菌固氮一样，我们要找到这样的细菌来帮助我们合成氨。

师：这位同学的想法很具有启发性和方向性，我们为他鼓掌。合成氨的最终方向我认为就像刚才这位同学所说应该是“仿生合成氨”。条件不尖酸，反应彻底，对环境基本无压力。相信我们中的一员会在合成氨的研究中获得第四次、第五次诺贝尔奖！

最后一个环节可以说是整节课的升华，不但使学生体会科学家们坚持不懈的精神，同时也坚信自己也会成就一番伟业。

五、教学成就归因

1.教师主导与学生主体有机结合

“工业合成氨”涉及到大量的真实素材、历史人物、化学工业知识，为确保课堂的相对统统和环节的适意，我采取了课上与课下相结合的方式：在课下让学生自行搜集、查阅资料，同时我也为学生提供了很多的阅读材料，介绍工业合成氨的历史背景、研究历程、强大意义，我国合成氨的现状，使学生对该内容有大体了解。课堂伊始播放微课，微课中概括了阅读材料的内容，并提炼了三次诺贝尔奖的研究，引入课堂交流主题。课堂上主要以问题为引领来对课堂进行驱动，这些问题并不在课前我提供阅读材料中呈现，使学生产生深刻的学习兴趣。这样的设计，既体现了教师的主导作用，又给了学生充塞的思考、交流空间，充分体现学生的主体地位。有了课前学习的基础，课堂上学生有观点、有论据、有追求、有生成，实现了深度学习。

2.化学教育与人生教育相伴随性

教学无时无刻不包含教育。教育是什么？我认为爱因斯坦的回答是最经典的：把所学的东西都忘记了，剩下的就是教育。知识忘掉了，学生又剩下了什么呢？剩下情感、观念、思维方式、科学精神……那么，这节课的教育价值何在呢？我想，学生也许会忘掉合成氨的化学方程式，忘掉化学反应方向、速率以及平均的理论，但是他们可能会记得那个填塞争议的哈伯，记得那些为人类进步做出过强大贡献的科学家们为了达成目标一次又一次重复着没趣实验，记得不放弃就会有回报，记得科学家也是凡人，我们有可能成为他们中的一员……

3.以考定交的观念需要进一步转变

工业合成氨是应用化学反应速率、平均理论解决实际工业生产问题的一个经典案例。

我认为，作为知识，“工业合成氨条件的选择”在考试中不是考查重、难点，但是，作为理论在实践中的应用，作为对学生进行知识与技能、道德教育的优良素材，《化学反应条件的优化——工业合成氨》这节课中所蕴含的丰盛的德育教育价值不容小觑。从学生的终生发展来看，设计这节课意义强大。

六、课后社团活动

材料支持：提供学校阅览室、电教室要求学生分组继续收集材料

主题：合成氨的发展前景

活动支持：以《诺贝尔化学奖的获奖感言》为题讲述你在研究合成氨过程中的经历感想。

通过这一活动让学生对本节课的知识进行总结，同时也表达了自己在这节课中获得的科学精神，从反馈来看效果较好。

七、观评记录

这节课的设计很好的完成了“赞赏运用化学反应原理合成新物质对科学技术和人类社会文明发挥的强大作用”这一任务要求，在完成知识技能目标的过程中，水到渠成的渗透了德育教学。工业合成氨是运用化学反应原理进行人工固氮的典范，值得称道的是，诺贝尔化学奖三次都与工业合成氨的研究有关。这节课正是在教学中突出了工业合成氨的过程和价值，对实现上述任务要求有很大的促进作用。

以往的工业合成氨的教学大体流程如下：分析合成氨反应的特点（放热、气体体积减小）→从速率角度考虑选择高温高压催化剂→从平均角度分析选择低温、高压、增大反应物浓度、将氨从平均体系中分离出来→综合速率、平均的影响因素以及催化剂选择500℃→综合理论与设备的承受能力选择

2×107~5×107Pa。这样的教学流程能够很好的体现合成氨过程中化学反应原理对生产实践的指导作用，但是学生却对合成氨的历史背景以及合成氨的强大历史意义有深刻的认识，而且学生也体验不到探索和发现的怡悦，感受不到创新思

想在探究过程中的强大作用。这节课没有新瓶装旧酒，而是从哈伯、博施、埃特尔的研究入手，并以此为主线，以获奖时间为顺序引领学生进入三位科学家的研究历程中，最终获得工业合成氨的最优条件，并从他们的研究过程中体会科学家们的宏伟的创造性和崇高的科学素养，以及但是科学家们的远见和激情。这一思路具有很大的创新性。

在设计中不难看出，这堂课的德育教育并没有显得突兀生疏，李鹏老师将知识技能目标与社会与生活、人文与历史等德育目标紧密联系，利用三位科学家的研究工程师来创设教学情境，让学生尽可能在真实的情境中去学习，去体会三位科学家研究的艰辛与胜利，使学生真正成为课堂的主体，而不是生疏的灌输德育内容，给人以“润物无声”的感觉，通过两面性这一辩证唯物主义对立与统一的观点，善恶美丑的观点迁移默化的影响着学生的思想与价值观。

山东省牟平第一中学李鹏