2.4化学反应的调控 教学设计--2024-2025学年高二化学人教版（2019）选择性必修1

教学设计 课题 化学反应的调控-工业合成氨 课型 新授课√ 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□ 教学内容分析 化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中具有重要的作用。工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。本节围绕合成氨这个调控化学反应的成功案例，从速率和平衡两个方向展开，引导学生讨论化学反应条件的选择与优化，进一步体会理论的指导意义，加深对所学理论的理解。本节内容按照“原理分析→联系实际→形成思路→研究概况”这一顺序讲解。 学习者分析 学生对化学平衡理论和化学反应速率理论有了一定程度的认识。经过高中一年的学习，高二的学生主动思考、积极获取知识的学习习惯已基本养成，具备一定的认识能力和知识水平。但是学生的理论联系实际;指导工业生产，解决实际问题的能力还有待提升。所以在教学中注意引导学生分析、讨论，使他们的认知过程从理论的探讨上升到对实践的指导阶段。 通过对合成氨适宜条件的研究选择，学会把握主要矛盾、统筹兼顾解决问题的能力培养理论联系实际的能力，在运用理论解决问题的过程中，进一步加深对所学理论的理解提高实际应用能力。 学习目标确定 学生对化学平衡理论和化学反应速率理论有了一定程度的认识。经过高中一年的学习，高二的学生主动思考、积极获取知识的学习习惯已基本养成，具备一定的认识能力和知识水平。但是学生的理论联系实际;指导工业生产，解决实际问题的能力还有待提升。所以在教学中注意引导学生分析、讨论，使他们的认知过程从理论的探讨上升到对实践的指导阶段。 通过对合成氨适宜条件的研究选择，学会把握主要矛盾、统筹兼顾解决问题的能力培养理论联系实际的能力，在运用理论解决问题的过程中，进一步加深对所学理论的理解提高实际应用能力。 学习重点难点 重点：合成氨反应中化学反应速率和化学平衡的综合调控 难点：形成多角度调控化学反应的思路 学习评价设计 通过合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的调控在化工生产中的重要作用 学习活动设计 教师活动 学生活动 环节一：创设情境，引入课题— 构建化工生产主反应选择思路 教师活动1 19世纪,随着第二次工业革命的到来，世界人口剧增，人类面临粮食不足的问题，各国都迫切要求 建立规模巨大的生产氮化合物的工业。科学家克鲁克 斯创造性地提出“向空气要氮肥”的号召。 （1）空气中氮元素储备丰富，氮气的体积分数为78%，怎样把氮气转化为农作物所需的氮肥呢？ （2）选择哪条路线更合适？ 学生活动1 （1）思考、回顾。空气中氮含量高，主要以不被植物吸收的N2存在，需要将N2转化为能被植物吸收利用的含氮微粒 路线①：N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐氮肥（氧化法） 路线②：N2→NH3→铵态氮肥（还原法） （2）路线②，步骤少，对环境友好 活动意图说明： 通过学生自行设计转化路线，选择路线，构建化工生产主反应选择思路 环节二：运用旧知，理论分析— 从平衡角度选择 合成氨反应条件 教师活动2 （1）结合图表数据（见图1）,描述平衡状态时， 氨的体积分数与反应的温度、压强有什么关系？ （2）请用平衡移动原理判断并解释什么条件有利于合成氨反应正向进行？ （3）1MPa=1x106Pa,30MPa相当于30N的力（约300kg的重量）作用于1cm的面积上所产生的压强。考虑设备的承受能力，工业上往往选择10~30MPa的压强。在30MPa压强下，选择低温作为工业生产条件是否合适？ （4）不妨走进真实的合成氨工厂看一看。PPT中展示的是某日产6001氨气的合成氨工厂的化工设计 图的物料平衡数据（如表1所示），请关注合成氨塔气体进口和气体出口各组分的气体体积分数 学生活动2 （1）读图并回答：在平衡混合物中，压强一定时，温度升高,氨的体积分数减小;温度一定时,压强增 大,氨的体积分数升高。 （2）高压、低温条件。合成氨反应是一个爛减 的放热反应，压强增大和温度降低均有利于平衡正向移动。 (3)不合适，温度降低虽然有利于平衡正向移 动，但是温度降低,反应速率减慢,导致生产效率低。 （4）适当提高N2的投料量，可以提高反应速率，也可以提高转化率。 活动意图说明： 先从单一的热力学角度（即化学平衡角度）对合成氨反应条件进行选择，有利于学生思考相关问题时思维的有序性。但理论运用于实际时会出现偏差需要修正，并引出关键问题：化工生产中追求的主要目的是什么？为后文动力学分析（即速率角度）做好铺垫，由浅入深、由单一到综合地讨论合成氨反应条件的选择与优化 环节三：贯穿史实，总结提炼— 构建调控化学反 应的思维模型 教师活动3 ［视频］以诺贝尔化学奖获得者一一哈伯、博施、艾 尔特的研究为主线介绍合成氨发展史。 ［教师］结合所学内容，从合成氨工业发展史中，与 学生共同提炼出工业条件优化的一般思维模型。 学生活动3 观看视频 活动意图说明 在课堂结尾系统地呈现人类探索合成 氨反应工业条件的优化过程，将科学知识、技术发明、社会发展相联系，系统梳理了合成氨反应条件选择和优化的发展脉络，将合成氨工业条件的选择优化的认识思路、认识角度结构化和外显化，有助于学生形成比较稳定的思维模型。在历史事件的发展进程中，学生充分感知前人在探索和改造自然过程中展现的严谨的 科学态度与高度的社会责任感，理解和体验合成氨工业对人类文明进程巨大的推动作用。 …… 板书设计 化学反应的调控 一、合成氨反应条件的原理分析 ⇌ ΔH＝－92.4 kJ/mol 二、实际合成氨工业中选择的生产条件 1.压强：10~30 MPa 2.温度：400~500 ℃ 3.催化剂：铁触媒 三、化学反应的调控 教学反思与改进 工业合成氨反应条件的选择和优化是一个涉及工业生产设备、反应历程等多方面因素的复杂问题，因此 不要求学生能独立找到最佳的生产条件，而是希望他们在这一过程中初步形成从多方面综合思考问题的意识：在教学实践中，将合成氨反应条件的选择作为证据推理、建立认知模型的教学契机，需关注以下几点： (1)选择真实情境素材作为推理证据，构建推理 路径。挖掘并利用科技文献数据、生产物料数据、化学发展史实等真实鲜活的素材作为推理证据，培养学生有序地建立外界条件、图表数据、推理结论之间的逻辑 关系，使学生初步了解化工条件选择的思考维度、证据来源和建模过程。 (2)依据学生认知特点设置核心问题，构建思维模型。尊重学生的认知特点，设置每一环节的核心问 题。尤其在多因素影响下反应条件对反应的影响产生矛盾时，通过驱动性问题厘清主要矛盾是什么，矛盾的主要方面是什么，引导学生在条件选择时有清晰的权 衡和侧重,从而构建全面、有序、可发展的思维模型。 (3)根据工业合成氨的背景，开展拓展活动。例如原料气比的制备过程中反应条件的选择，它进一步增大反应调控的复杂程度—对主、副反应的调控。 依据本节课的思维模型，创造性地解决问题，从模型建构向模型应用迁移,提升思维的深刻性和灵活性，扩展和深化思维模型 学科网（北京）股份有限公司 $$