高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 第4节 化学反应条件的优化-工业合成氨教案 鲁科版选修4

用心 爱心 专心1 第第 4 4 节节 化学反应条件的优化化学反应条件的优化 工业合成氨工业合成氨 教学目标教学目标 知识目标 1 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 2 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 能力目标 1 教学时应以化学反应速率和化学平衡原理为主线 以合成氨知识为中心 结合工业生 产的实际情况 将知识串联 拓展 延伸 培养学生的归纳思维能力 2 在运用理论的过程中 可以进一步加深学生对所学理论的理解和提高知识的实际应用 能力 情感目标 1 通过了解合成氨的全过程 可以激发学生爱科学 探索科学的热情 2 通过合成氨前景的展望 激发学生学习兴趣 使学生体会化学学科中逻辑结构严谨深 刻的科学美 教学重点 难点教学重点 难点 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 课时安排 课时安排 1 课时 教学方法 教学方法 模型展示 分析归纳 阅读探讨 讲述等 教材分析教材分析 本节教材以氢气 氮气合成氨反应为研究对象 利用学生应用化学平衡理论和 化学反应速率理论尝试综合选择化工生产的适宜条件 从而体会化学热力学理论和化学动 力学理论对生产的指导作用 本节教材为学生提供了关于合成氨的实验数据 使学生能够 利用这些资料展开讨论 初步尝试利用理论指导实际问题 选择合成氨适宜条件 再结合 生产中的数据向学生介绍合成氨的实际条件 使他们在解决实际问题的过程中进一步加深 对所学理论的理解 在内容上先让学生就合成氨反应的热力学 动力学问题分别进行讨论 再综合考虑实际工业生产的各种因素 对合成氨反应的适宜条件进行选择 教学过程教学过程 引入 自 1784 年发现氨气以后 人们一直在研究如何利用化学方法由 N2 和 H2合成 NH3 但直到 1913 年才建成了大型合成氨厂 合成氨反应才真正实现工业化生产 为什么 合成氨的工业化生产会经历如此漫长的发展过程呢 今天我们来学习工业合成氨生产条件 的选择 板书 第 4 节 化学反应条件的优化 工业合成氨 提问 在化学必修 2 中我们已经学习了工业合成氨的反应原理 N2 3H2 2NH3 分析此化学反应有没有应用价值需要哪些方面进行研究哪 请大家结合前几节所学的知识 思考 学生活动 积极思考问题 小结 主要从化学反应得方向 限度 速率三个角度 过渡 我们可以从这些方面考虑合成氨反应提高其应用价值 第一 请根据书本中提供 的正反应的焓变和熵变分析在 298K 下合成氨反应能否自发进行 第二 大家再来借助书本 中平衡常数的大小来判断此反应向正反应方向进行的限度如何 学生活动 计算验证结果 1 H T S 0 2 298 时 K 4 1 106 mol L 1 2反应向 正反应方向进行的限度较大 师 请大家分析以下问题 1 合成氨反应的特点 2 选择生产条件的目的是什么 用心 爱心 专心2 3 提高平衡混合物中氨百分含量的措施 学生活动 回答以上问题 小结并板书 第 4 节 化学反应条件的优化 工业合成氨 一 合成氨反应的限度 1 原理 N2 3H2 2NH3 正反应为放热反应 2 反应特点 可逆反应 正反应气体体积缩小 正反应是放热反应 3 选择生产条件目的 提高氨的产率 学生活动 阅读教材 66 页图 2 4 3 验证以上结论 氨的含量与温度 压强之间的关系 师 除了要使氨的产率较高之外 还需要考虑怎样能提高该反应的反应速率 板书 二 合成氨反应的速率 交流研讨 学生阅读教材相关内容 小结 填写表格 板书 三 合成氨的适宜条件 教师讲解 但是在实际的工业生产中要兼顾速率和限度两个方面 那么应该选择什么条 件比较适宜 学生活动 思考问题并回答 教师综述 在实际工业生产中 1 压强 增大压强 有利于氨的合成 但在实际市产中 压强不可能无限制的增大 因 为压强越大 需要的动力越大 对材料的强度和设备的制造要求也越高 势必增大生产成 本 降低综合经济效益 因此 受动力 材料 设备等条件的限制 目前我国合成氨厂一 般采用的压强为低压 1 107Pa 中压 2 107Pa 3 107Pa 高压 8 5 107Pa 1 108Pa 三种类型 2 温度 合成氨为放热反应 低温有利于氨的生成 但是温度越低 反应速率就慢 到达 平衡所需要的时间越长 因而单位时间内产量低 这在工业生产中是很不经济的 综合考 虑各种因素 在实际生产上 采用 700K 的温度 原因 速率较快 转化率适中催化剂活性 最大 3 催化剂 由于 N2 分子非常稳定 N2 和 H2的化合十分困难 即使采用了加热与高压的 条件 合成氨的反应还是十分缓慢 为了加快反应速率 降低反应所需要的能量 合成氨 工业普遍使用铁触媒作催化剂 使反应物在较低温度下较快的进行反应 4 浓度 在实际生产中 不断补充 N2 H2 增大反应物的浓度 采取迅速冷却的方法 减小生成物的浓度 使气态氨变成液态氨后及时从平衡混合物中分离出去 以促使化学 平衡不断地向着生成 NH3的方向移动 学生活动 阅读书本中 化学与技术 拓展视野 师 通过模型介绍工业合成氨的生产流程简介 使氨生产多 平衡分析 使氨生产快 速率分析 实际生产中 适宜条件 原因 压强高压高压 1 107Pa 1 108Pa 温度低温高温700K 左右 催化剂无影响加快铁触媒催化剂 浓度提高反应物或 减少生物 提高反应物浓度N2 H2物质的量比 1 2 8 用心 爱心 专心3 1 原料气的制备 N2来自空气 H2来自水中 再通过 水除 得原料气物质的量比 二 化学模拟生物固氮 根瘤菌 生物固氨 常温常压下进行 成本低 转化率高 效率高 模拟生物的功能 把生物的功能原理用于化学工业生产 借以改善现有的并创造崭新的化 学工艺过程 练习 1 在合成氨工业中 为增加氨的日产量 下列变化过程中不能使平衡向右移动的是 A 不断将氨分离出来 B 使用催化剂 C 采用 5000C 左右的温度 D 采用 2 107 5 107Pa 的压强 2 接触法制硫酸时 SO2催化氧化适宜的温度是 5000C 其理由是 1 2 3 此反应是气体体积缩小的反应 但工业生产中并未 采用加压措施的原因是 为提高 SO2的转化率 工业上常使用的方法是 布置作业 P70 第 2 小题 板书设计 第 4 节 化学反应条件的优化 工业合成氨 工业合成氨 1 原理 N2 3H2 2NH3 正反应为放热反应 2 反应特点 可逆反应 正反应气体体积缩小 正反应是放热反应 3 使氨生产快 速率分析 使氨生产多 平衡分析 实际生产中 适宜条件 原因 压强高压高压 1 107Pa 1 108Pa 有利于氨的合成 对动力 材料强度 设备制