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课件网) 课题 学科版本：化学沪科版 年级：高一年级 执教课题：人工固氮的发展历程 教学目标 1、知识与技能 (1)能书写合成氨方程式，从氮分子结构解释反应难以发生的原因(C) (2)利用化学反应速率与化学平衡的知识解释解决合成氨生产条件的选择(C) 2、过程与方法 (1)通过比较20世纪初两种人工固氮反应的可行性与反应条件，认识化学平衡与化学反应速率原理在化工生产中的重要作用。 (2)通过了解20世纪10年代的合成氨设备的设计原理，初步了解化工生产中装置设计方法。 3、情感态度与价值观 (1)感悟在人工固氮的发展历程中，化学原理对生产实践的指导作用，并体会化学的科研成果从实验室往产业化发展的艰难之路，能被科学家不畏艰难的钻研精神所触动。 (2)通过对哈伯生平的了解和对100年来合成氨的功与过的思考，能建立辩证看待事物的价值体系。 人工固氮的发展 (artificial fixation of nitrogen ) 一、为什么要发展人工固氮？ ———氮肥对农作物的重要性 绿肥作物(主要是豆科植物)与粮食作物轮作制 有机肥料（又称农家肥）———绿肥、人粪尿、厩肥、堆肥、沤肥、沼气肥和废弃物肥料 为什么要发展人工固氮？ ———轮作制和有机肥料不能满足需要 BRITISH ASSOCIATION FOR THE ADVANCEMENT OF SCIENCE AT BRISTOL.（1898） 威廉·克鲁克斯（英国化学家，1832年6月17日－1919年4月4日） “英国和所有的文明国度都处于没有充足的东西可吃的危险之中．前一个世纪中，需要更多的食物就将草地和森林转化成麦地的做法已经不再适用，因为现在没有更多的土地了，但是人口仍在增加．必须由化学家来拯救这一困境，将饥馑转化为富足。每亩土地都在生产，但粮食仍是供不应求。怎么办？依靠氮，氮可以使用较少的土地出产较多的粮食．但是地球的氮储量也一直在降低鸟粪石储备基本上被耗尽，智利的硝酸钠矿注定几十年内也被采光……” “某一天将会有一位化学家寻找出一种方法，将成对的氮原子间的三键打破，制出一种能为植物吸收的氮的化合物……” 二、人工固氮的可能选择 1.N2+O2 2NO-180kJ 为什么这么难？ 高压电弧法制备，消耗大量电能，产量低。 当时的重点研究反应！ 人工固氮的可能选择 2.N2+3H2 2NH3 键 NN H-H N-H 键能(kJ/mol) 945 436 391 Q=-945-436×3+391×6=+93kJ 困难一：氮气与氢气有可能合成氨气吗？ 威廉·奥斯特瓦尔德（德国，1853年－1932年， 1909 nobel prize） 能斯特（德国，1864年-1941年， 1920 nobel prize） 勒·夏特列（Le Chatelier, Henri Louis，法国化学家）（1850~1936） 弗里茨·哈伯（德国，1868年-1934年， 1918 nobel prize） 困难二：如何控制外部条件使混合气体中氨的含量能达到工业化标准？如何能提高反应速率，使氨的单位时间内的产量达到一定规模？ N2+3H2 2NH3 +93kJ 可逆反应 正反应为放热 气体分子数变小的 使氨生成的快 （反应速率） 提高氨气的产量（化学平衡） 压强 温度 催化剂 高压 高温 使用 无影响 高压 低温 针对反应特点，分别从化学反应速率和化学平衡两个方面思考，讨论并完成下表。 一致 矛盾 哪种？ 哈伯面临的两大问题 耐高压设备的设计与制造：200大气压 催化剂的选择 哈伯-罗塞格尔合成氨装置,1909年，现保存于慕尼黑德国博物馆 Robert le Rossignol:英国科学家 哈伯挑选了锇作催化剂，后来也考虑选用铀 产率为6% 哈伯面临的“小”问题 原料来源 H2 N2 空气 焦炭与水 用C与O2反应再除去CO2 哈伯提出的合成氨的条件-1909年7月 1.压强： 3.催化剂： 2.温度： 4.浓度： 200个大气压 600℃左右 N2、H2的再循环并及时补充N2和H2 ———增大反应物的浓度 及时将氨冷却并从平衡气体中分离———降低生成物的浓度 锇作催化 ... ...
