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文档简介
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
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