化學(xué)史的教學(xué)-鑒古知今

化學(xué)史的教學(xué)一一鑒古知今課例六 化學(xué)史教學(xué)一一鑒古知今，人文的陶冶《工業(yè)合成氨》教學(xué)設(shè)計(jì)【內(nèi)容簡(jiǎn)析】工業(yè)合成氨內(nèi)容是在化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡之后，是對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡理論的綜合應(yīng)用，是化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論在生產(chǎn)實(shí)際中進(jìn)行應(yīng)用的一個(gè)范例?；A(chǔ)知識(shí)不難，而且是這部分知識(shí)的終結(jié)，它更多的是要求學(xué)生關(guān)注基礎(chǔ)知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際間的聯(lián)系。教學(xué)內(nèi)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(xué)生科學(xué)精神與態(tài)度的培養(yǎng)。第三點(diǎn)要滲透化學(xué)史的教學(xué)，也是該案例體現(xiàn)的核心?！灸繕?biāo)定位】能根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理闡析當(dāng)前的生產(chǎn)條件；能根據(jù)合成氨化學(xué)原理，簡(jiǎn)述合成氨生產(chǎn)的主要流程；運(yùn)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；通過(guò)小組討論合成氨的適宜條件，體現(xiàn)出同學(xué)之間的合作與交流意識(shí)；從哈伯合成氨發(fā)明的初衷激發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)及化學(xué)工業(yè)的興趣與社會(huì)責(zé)任感；通過(guò)了解合成氨的全過(guò)程，可以激發(fā)學(xué)生愛(ài)科學(xué)、探索科學(xué)的熱情；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(jià)值問(wèn)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(jiān)毅、合作的精神；結(jié)合我國(guó)合成氨的現(xiàn)狀對(duì)學(xué)生進(jìn)行愛(ài)國(guó)主義教育。通過(guò)練習(xí)題，逐步形成獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力?？傊?，要以相關(guān)知識(shí)為主線，以化學(xué)史為載體，從而達(dá)到既鞏固基礎(chǔ)知識(shí)，又能讓學(xué)生鑒古而知今，進(jìn)行人文的陶冶。【方法闡釋】常見(jiàn)合成氨課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，有講授式的；有探究式的；有開(kāi)放式的等等，這些設(shè)計(jì)往往讓人感到教學(xué)的單一、乏味。任何一門(mén)自然科學(xué)本身都包含著兩個(gè)不同的側(cè)面，知識(shí)的一面和獲取這些知識(shí)而進(jìn)行科研活動(dòng)的一面。只有這兩個(gè)方面都加以學(xué)習(xí)，才能全面把握科學(xué)。根據(jù)合成氨內(nèi)容特點(diǎn)，可以以合成氨化學(xué)史為教學(xué)載體進(jìn)行教學(xué)，其中蘊(yùn)藏的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)不但能滿足大綱的要求，而且在科學(xué)思想、科學(xué)方法、科學(xué)精神與態(tài)度的教學(xué)上更具有不一般的活力。學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)史的目的絕不在于“知道”這些事實(shí)?；瘜W(xué)史既包括科學(xué)家對(duì)化學(xué)的研究過(guò)程，又包括科學(xué)家研究化學(xué)時(shí)所持有的不同觀點(diǎn)

和態(tài)度，既包括化學(xué)理論和方法的形成和演變，又包括不同學(xué)科之間的聯(lián)系，科學(xué)與社會(huì)的相互程一一事，研究成果一一知識(shí)體系等多方面的教育資源，它對(duì)學(xué)生的教育價(jià)值是巨大的?！庇绊憽！盎瘜W(xué)史中蘊(yùn)藏著科學(xué)家人，研究過(guò)影響?！盎瘜W(xué)史中蘊(yùn)藏著科學(xué)家人，研究過(guò)“鑒古知今”對(duì)科學(xué)史的學(xué)習(xí)的根本是為了更好地創(chuàng)造未來(lái)?；瘜W(xué)史是化學(xué)科學(xué)的形成、發(fā)展及其演變規(guī)律的反映。化學(xué)史教學(xué)涉及的內(nèi)容雖然是過(guò)去的事，似乎是“過(guò)時(shí)”的東西，但它包含的規(guī)律、經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)、作用，則始終保持著充沛的生命力。學(xué)生已經(jīng)掌握了化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡理論的相關(guān)知識(shí)，但是學(xué)生還沒(méi)有將所知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)，教師重在幫助學(xué)生形成方法，而不是教會(huì)學(xué)生具體的知識(shí)。在學(xué)生形成方法的基礎(chǔ)上，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)獨(dú)立演練的機(jī)會(huì)。讓學(xué)生課前查閱工業(yè)合成氨的材料，以便課堂上向同學(xué)們介紹；鏈接實(shí)驗(yàn)室制法的原理，以便對(duì)比學(xué)習(xí)；課堂上進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的回顧、相近知識(shí)的學(xué)習(xí)、相關(guān)科學(xué)史的學(xué)習(xí)和討論，達(dá)到知識(shí)和情感教育的相互滲透和升華，達(dá)到理性和感性的統(tǒng)一協(xié)調(diào)發(fā)展，從而完成教學(xué)目標(biāo)。不論學(xué)習(xí)什么內(nèi)容，不論采取什么方法，化學(xué)史的教學(xué)都要遵循一般的教學(xué)規(guī)律，符合科學(xué)發(fā)展規(guī)律、社會(huì)歷史發(fā)展規(guī)律，緊密結(jié)合學(xué)生的身心發(fā)展水平和認(rèn)知規(guī)律，選擇合適的內(nèi)容、方法，用發(fā)展的眼光辯證地看待這些“歷史”的功與過(guò)?！窘虒W(xué)流程】環(huán)節(jié)一課題引入（引導(dǎo)學(xué)生回顧）氨的用途：化肥、炸藥、染料等，合成氨廣泛應(yīng)用與農(nóng)業(yè)、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?！驹O(shè)計(jì)意圖】聯(lián)系生活實(shí)際，引發(fā)學(xué)生探索的興趣，引出本節(jié)課學(xué)習(xí)內(nèi)容。環(huán)節(jié)二原理分析（學(xué)生簡(jiǎn)述）合成氨的原理：N+3H2NH+Q 2 23該反應(yīng)的特點(diǎn)；熵減小的放熱反應(yīng)。即合成氨的反應(yīng)是一個(gè)放熱的、氣體總體積縮小的可逆反應(yīng)。【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)該方程式對(duì)比實(shí)驗(yàn)室制備氨氣的原理，讓同學(xué)們明白二者的不同；同時(shí)對(duì)原料氣的制備有一定的認(rèn)識(shí)。環(huán)節(jié)三鏈接理論（學(xué)生回顧）化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理，并分析如何提高合成氨的速率和產(chǎn)率?！驹O(shè)計(jì)意圖】鞏固相關(guān)知識(shí)，為分析合成氨的適宜條件做鋪墊。環(huán)節(jié)四工業(yè)合成氨的發(fā)展歷程（學(xué)生介紹課前所查資料）1、合成氨工藝的發(fā)明氨的工業(yè)合成是目前普遍使用的人工固氮方法，氨設(shè)備利用氮、氫為原料合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)曾是一個(gè)較難的課題，從第一次實(shí)驗(yàn)室研制到工業(yè)化投產(chǎn)，約經(jīng)歷了150年的時(shí)間。1774年，普利施特里通過(guò)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(jīng)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(jìn)行氨合成，后來(lái)又有人在50個(gè)大氣壓下試驗(yàn)，結(jié)果都失敗了。19世紀(jì)下半葉，物理化學(xué)的巨大進(jìn)展，使人們認(rèn)識(shí)到由氮、氫合成氨的反應(yīng)是可逆的，增加壓力將使反應(yīng)推向生成氨的方向；提高溫度會(huì)將反應(yīng)移向相反的方向，然而溫度過(guò)低又使反應(yīng)速度過(guò)小；催化劑對(duì)反應(yīng)將產(chǎn)生重要影響。當(dāng)時(shí)物理化學(xué)的權(quán)威、德國(guó)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。法國(guó)化學(xué)家勒夏特列第一個(gè)試圖進(jìn)行高壓合成氨的實(shí)驗(yàn)，但是由于氮?dú)浠旌蜌庵谢爝M(jìn)了氧氣，引起了爆炸，使他放棄了這一危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)。氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蜌怏w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(xué)研究領(lǐng)域有很好基礎(chǔ)的哈伯決心攻克這一令人生畏的難題。哈伯首先進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)，他并不盲從權(quán)威，而是依靠實(shí)驗(yàn)來(lái)探索，終于證實(shí)了能斯特的計(jì)算是錯(cuò)誤的。哈伯以鍥而不舍的精神，經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)和計(jì)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(gè)大氣壓和鑲為催化劑的條件下，能得到產(chǎn)率約為8%的合成氨。8%的轉(zhuǎn)化率當(dāng)然會(huì)影響生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，怎么辦？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(gè)循環(huán)中不斷地把反應(yīng)生成

的氨分離出來(lái)，這個(gè)工藝過(guò)程是可行的。于是他成功地設(shè)計(jì)了原料氣的循環(huán)工藝。1910年，德年，又建立了規(guī)模生產(chǎn)的合成氨工廠。從此以后,合成氨工業(yè)便迅速發(fā)展起來(lái)。國(guó)建立了世界上第一座合成氨試驗(yàn)工廠;1913國(guó)建立了世界上第一座合成氨試驗(yàn)工廠;1913（學(xué)生思考）從這段史料中我們得到什么啟發(fā)？（學(xué)生分組討論）激烈，達(dá)到高潮。（學(xué)生歸納）（1）由合成氨發(fā)展的艱辛歷程說(shuō)明科學(xué)發(fā)展的過(guò)程漫長(zhǎng)而曲折；（2）科學(xué)的發(fā)展既要有理論指導(dǎo)，還要有大量的實(shí)驗(yàn)；（3）要有正確的科學(xué)方法指導(dǎo)科學(xué)研究；（4）科學(xué)需要?jiǎng)?chuàng)新；（5）化學(xué)是一門(mén)創(chuàng)造性的科學(xué)；（6）不能迷信權(quán)威，敢于向權(quán)威挑戰(zhàn)；（7）科學(xué)探究需要知難而進(jìn)、持之以恒、不達(dá)目的誓不罷休的科學(xué)精神； （8）實(shí)驗(yàn)室研

究到工業(yè)生產(chǎn)往往需要許多論證和分析。（9）科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與社會(huì)發(fā)展有密切的關(guān)系，以及作為科學(xué)家應(yīng)具有什么樣的社會(huì)責(zé)任感。【設(shè)計(jì)意圖】讓同學(xué)們了解科學(xué)發(fā)展的歷程，對(duì)他們進(jìn)行深刻的思想政治教育和科學(xué)方法教育。通過(guò)了解合成氨的全過(guò)程，可以激發(fā)學(xué)生愛(ài)科學(xué)、探索科學(xué)的熱情。（幻燈片）2、波施對(duì)催化劑的改進(jìn)根據(jù)哈伯的工藝流程，德國(guó)當(dāng)時(shí)最大的化工企業(yè)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(shù)人員將哈伯的設(shè)計(jì)付諸實(shí)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(yè)的快速發(fā)展。工程師們改進(jìn)了哈伯所使用的催化劑，兩年間，他們進(jìn)行了多達(dá)6500次試驗(yàn)，測(cè)試了2500種不同的發(fā)適用的高壓設(shè)備也是工藝的關(guān)鍵，當(dāng)時(shí)能受得住200個(gè)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(jìn)劑的鐵催化劑。開(kāi)配方，:后選定了含鉛鎂促進(jìn)劑的鐵催化劑。開(kāi)蝕。波施經(jīng)過(guò)兩萬(wàn)波施想了許多辦法，合成氨設(shè)備最后決定在低碳鋼的反應(yīng)管子里加一層熟鐵的襯里，熟鐵雖沒(méi)有強(qiáng)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(shí)驗(yàn)的探討，發(fā)現(xiàn)了新的催化劑一鐵觸煤，從而推進(jìn)了合成氨工業(yè)的大規(guī)模工業(yè)化，一直到今天。哈伯和波施在合成氨工業(yè)上的巨大貢獻(xiàn)使得他們分別獲得了1918年和1931年的諾貝爾獎(jiǎng)。（反思?xì)v史）3、哈伯和第一次世界大戰(zhàn)哈伯促使了合成氨的工業(yè)化，對(duì)農(nóng)業(yè)、軍工的發(fā)展產(chǎn)生了巨大作用，因而獲得了1918年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。然而第一次世界大戰(zhàn)中受強(qiáng)烈的愛(ài)國(guó)主義思潮的影響下的哈伯，錯(cuò)誤的認(rèn)為毒氣是一種結(jié)束戰(zhàn)爭(zhēng)縮短戰(zhàn)爭(zhēng)的好辦法，從而使他擔(dān)任戰(zhàn)爭(zhēng)中的施放毒氣戰(zhàn)的科學(xué)負(fù)責(zé)人。從而開(kāi)始了毒氣在戰(zhàn)爭(zhēng)中的使用，德軍第一次實(shí)施毒氣戰(zhàn)就造成了約15000人中毒。同時(shí)哈伯的合成氨的工業(yè)化，使得可以大量合成硝酸，保證了德國(guó)軍事炸藥的儲(chǔ)備，使得德國(guó)敢貿(mào)然發(fā)動(dòng)第一次世界大戰(zhàn)。哈伯在第一次世界大戰(zhàn)中的所作所為使得他獲得1918年諾貝爾獎(jiǎng)受到了英、法等國(guó)科學(xué)家的抗議。一戰(zhàn)后他對(duì)于戰(zhàn)爭(zhēng)的反思使他一心投入到科學(xué)研究中，使得他得到了科學(xué)界的諒解。當(dāng)時(shí)為了償還戰(zhàn)爭(zhēng)賠款，他曾經(jīng)努力從海水中提煉黃金，但以失敗而告終。具有強(qiáng)烈愛(ài)國(guó)心的哈伯最后卻因?yàn)楠q太人的血統(tǒng)，受到了迫害，逃亡路程中去世。（吸取教訓(xùn)）（1）對(duì)科學(xué)及科學(xué)發(fā)明有辨證的看法，科學(xué)的不合理使用會(huì)對(duì)人類(lèi)造成巨大的危害，例如毒氣戰(zhàn)的使用;（2）科學(xué)家從事科學(xué)事業(yè)時(shí)應(yīng)該具備基本的倫理道德;（3）維護(hù)世界和平，反對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)?！驹O(shè)計(jì)意圖】加深學(xué)生對(duì)科學(xué)是把雙刃劍的理解，對(duì)科學(xué)道德有更深的理解。環(huán)節(jié)五得出結(jié)論老師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)復(fù)習(xí)理論，回顧發(fā)展歷程,結(jié)合今天的實(shí)際，總結(jié)合成氨的適宜條件。合成氨的適宜條件：溫度：700K壓強(qiáng)：200atm--500atm催化劑：鐵觸媒濃度：將生成的氨及時(shí)從混合氣中分離出來(lái),且向混合氣中不斷補(bǔ)充氮?dú)夂蜌錃??！驹O(shè)計(jì)意圖】在運(yùn)用理論的過(guò)程中，可以進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)所學(xué)理論的理解和提高知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力。環(huán)節(jié)六展望我國(guó)合成氨工業(yè)前景利用各種學(xué)習(xí)資源,分析中國(guó)合成氨工業(yè)現(xiàn)狀。主要介紹我國(guó)幾個(gè)方面的改進(jìn)：原料及原料氣的凈化、催化劑的改進(jìn)、環(huán)境保護(hù)上的改進(jìn)。簡(jiǎn)單介紹合成氨發(fā)展前景“生物模擬固氮”，例如我國(guó)福建廈門(mén)物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所的模擬生物固氮研究進(jìn)展，以及生物模擬固氮的研究的巨大應(yīng)用前景。通過(guò)合成氨前景的展望，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生體會(huì)化學(xué)學(xué)科中邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)道深刻的科學(xué)美，并在其中滲透愛(ài)國(guó)主義教育。（引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)）1、合成氨工業(yè)生產(chǎn)中，采用哪些條件可以提高生產(chǎn)效益？2、在實(shí)際過(guò)程中，對(duì)某合成工業(yè)生產(chǎn)條件的選擇一般應(yīng)從哪些角度去考慮？（化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、生產(chǎn)動(dòng)力、材料、設(shè)備等。）環(huán)節(jié)七課堂練習(xí)例：在硫酸工業(yè)中，SO2與。2催化氧化為SO3（正反應(yīng)放熱）試思考：（1）上述反應(yīng)的特點(diǎn)？（2）工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常采用過(guò)量的空氣，有何作用？（3）硫酸工業(yè)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(yè)）總結(jié)現(xiàn)代合成氨的基本生產(chǎn)過(guò)程“造氣一凈化一合成”三工藝流程，以及生產(chǎn)過(guò)程中的相關(guān)措施如下：（1）原料氣的合成和凈化：從環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)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(huán)使用，有利于氨的合成?！窘虒W(xué)后記】合成氨教學(xué)設(shè)計(jì)，從學(xué)生熟悉的用途入手，讓同學(xué)們體會(huì)到化學(xué)就在他們身邊，化學(xué)來(lái)源于生活，服務(wù)于生活。通過(guò)回顧化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡，鞏固相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。使學(xué)生從合成氨工業(yè)