工业合成氨教学案例.doc

工业合成氨教学案例教学目标1、知识目标使学生理解如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件；使学生了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。2、能力目标培养学生对知识的理解能力，及理论联系实际的应用能力和分析问题、解决问题的能力。3、情感目标通过学生领悟理论知识对生产实践的指导作用，使学生树立理论和实践相结合的思想认识；并通过知识的运用培养学生的创新精神和科学方法。教学过程：情境引入：引入假如你是化工厂的总工程师，对畅销产品的成本、生产效率作何要求？（降低成本、）现在工厂合成氨气，应从哪些方面选择合成氨的反应条件呢？温馨提示：要考虑企业效益（反应速率）、原料利用率、生产效率、增加产品的产量（化学平衡）一、反应原理：N2(g) + 3H2(g)=2NH3(g) H = -92.2 kJmol-1二、提高化学反应速率【交流研讨一】你认为可以通过控制哪些反应条件来提高合成氨反应的速率？【知识支持】：影响化学反应速率的条件有哪些？温度、浓度、催化剂、压强【学生结论】：提高温度，增大压强，使用催化剂，增大反应物浓度过度：合成氨反应是可逆反应，在实际生产中，仅仅考虑单位时间里的产量问题（化学反应速率问题）还不行，还需要考虑产量和原料利用率。即化学平衡的移动问题。思考:合成氨反应是一个一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应，如何使平衡向右移动？三、提高原料转化率【交流研讨二】请利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成。（降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动；N2与H2的体积比为1：3时，平衡混合物中氨的含量最高）知识支持：影响平衡移动的条件有哪些？压强、温度、浓度学生结论：增大压强、降低温度、增大反应物浓度、减小产物浓度交流研讨三 从化学平衡和化学反应速率两个角度来综合分析，你认为合成氨的适宜条件该如何确定？请参考下列图表内容进行分组讨论。（分8个小组进行讨论）投影讨论的内容 （1）增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中，压强是否越大越好？ （2）催化剂对化学平衡的移动没有影响，在合成氨工业中要不要使用催化剂，为什么？（3）降低温度有利于化学平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？（4）在合成氨工业中，反应物N2和H2的浓度比例应该如何确定？小组汇报 第1、2小组：理论上压强越大越好。但是压强越大，对设备的要求高、压缩N2和H2需要的动力大，因此应根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。第3、4小组：需要。使用催化剂可以提高合成氨反应的速率，实际生产中选用铁催化剂。第5、6小组：不是。虽然降低温度有利于平衡正向移动，但是温度越低反应速率越小，达平衡所需要的时间越长，因此温度不宜太低。此外，铁催化剂在700K左右的催化活性最大。综合以上因素，实际生产中温度一般选择在700K左右（主要考虑催化剂的活性）。第7、8小组：从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大。投影 实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用。（观看投影，获取信息）交流研讨四 为了提高合成氨生产的能力，你认为还可以在哪些方面做进一步改进？（结合课本内容）（阅读教材，得出结论）实验表明适当提高N2的比例，当N2和H2的物质的量比为1：2.8时更能加快合成氨反应的进行。（研讨的结果）外部条件工业合成氨的适宜条件压强适当高压，一般在21075107Pa温度适宜温度，700K左右催化剂使用铁催化剂浓度适时将产物氨液化分离，未转化的N2和H2进行循环利用。适当提高氮氢比，n(N2)：n(H2)=1：2.8。 小结 关于合成氨的工业化生产（1）合成氨的工业条件的选择反应速率和化学平衡共同作用的结果（2）选择合成氨的条件时，既不能片面地追求高转化率，也不能只追求高反应速率，而应该寻找以较高的反应速率获得适当平衡转化率的反应条件。（3）此外，还应该考虑原料的价格、未转化的合成气（氮气和氢气）的循环使用、反应热的综合利用等问题。反思 知识收获：方法收获：设问 选择适宜生产条件的原则是什么？（讨论出注意浓度、压强、温度、催化剂等对反应速率和化学平衡的共同影响）总结 选择适宜生产条件的原则（1）既要注意外界条件对反应速率和化学平衡影响的一致性，又要注意外界条件对反应速率和化学平衡影响的矛盾性