高中化学-化学反应条件的优化-工业合成氨教学设计学情分析教材分析课后反思

《第4节化学反应条件的优化——工业合成氨》教学设计课题化学反应条件的优化——工业合成氨授课人教学目标

知识与技能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。过程与方法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。情感态度与价值观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。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教学方法讲授法、小组讨论法、自学法教学用具电脑、白板教学过程教师活动预设学生活动预期设计意图新课引入【引入】同学们，你们听说过用空气制造面包吗？【板书】化学反应条件的优化——工业合成氨【展示资料】用空气制造面包的圣人【展示图片】合成氨厂的设备图片【问题】合成氨从第一次实验室合成到实现工业化生产为什么经历了150多年的时间？回答

阅读

观察思考引入新课，激发兴趣。

通过事例分析指出本节重点及学习方法，明确学生的学习方向判断合成氨反应能否自发进行

【交流·研讨】合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知298K时，△H=-92.2kJ·mol-1△S=-198.2J·K-1·mol-1请根据正反应的焓变和熵变分析298K下合成氨反应能否自发进行。学生讨论分析反应特点：合成氨反应为放热、气态物质系数减少的可逆反应。△H-T△S=-92.2kJ·mol-1-298K×（-198.2J·K-1·mol-1）＜0298K时，合成氨反应是可以自发进行的。为讨论合成氨适宜生产条件做准备。使学生体会一般的研究思路：第一步是进行化学热力学分析。先判断反应的方向。合成氨反应的限度【活动探究】请同学们根据合成氨反应的特点，利用影响化学平衡移动的因素，分析什么条件有利于氨的合成？【板书】一、合成氨反应的限度

【讲述】如图2-4-3所示，在不同反应温度、压强下反应达平衡时，平衡混合物中氨含量的测定结果与上述理论分析结果一致。进一步研究发现，在一定的温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为1：3时平衡混合物中氨的含量最高。

学生讨论回答：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、H2的体积比为1：3时平衡混合物中氨的含量最高。学生观看图2-4-3进行分析。再利用平衡移动原理分析如何提高氨的产量。合成氨反应的速率【过渡】在寻找最佳的生产条件时，除了考虑反应的限度时，还需要研究采取哪些措施来提高化学反应速率。【板书】二、合成氨反应的速率【交流·研讨】1、结合影响反应速率的因素，思考什么条件能提高合成氨反应的速率？2、实验表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系为v=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)请你根据关系式分析：各物质的浓度对反应速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？3、请你根据下表所给的数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响：【补充】除此之外，温度对合成氨反应的速率也有显著影响：温度越高，反应进行得越快。学生分析回答：1、升高温度增大压强增大反应物浓度使用催化剂2、增大N2、H2浓度，将氨及时从混合气中分离出去3、分析下表所给的数据使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。表2-4-1

让学生从整体上对影响化学反应速率的各种因素进行定性分析。结合生产实际选择合成氨的适宜条件【板书】三、合成氨的适宜条件【交流·研讨】根据合成氨反应的特点，应分别采取什么措施提高反应的平衡转化率和反应速率？请将你的建议填入下表。在合成氨生产中，达到高转化率与高反应速率所需要的条件有时是相互矛盾的。由理论分析再结合生产实际（高压对设备材质、加工制造的要求和所需能耗多少、温度对催化剂活性的影响等）讨论：⑴既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？⑵既然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？【讲述】因此，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，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。此外，还应该考虑原料的价格、未转化的合成气的循环使用、反应热的综合利用等问题。【总结】合成氨的适宜条件：选择铁做催化剂；反应温度在700K左右；根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，大致分为低压（1×107Pa）、中压（2×107～３×107Pa）和高压（8.5×107～1×108Pa）三种类型；n(N2)：n(H2)=1：2.8。学生讨论后完成下表外界条件使NH3生产的多使NH3生产的快平衡分析速率分析压强高压高压温度低温高温催化剂无影响使用反应物浓度增大增大生成物浓度减小减小复习、整理关于化学反应的方向、限度和速率的理论知识并查阅资料回答：⑴低温虽然有利于平衡向生成氨的方向移动，但低温时反应速率低，所以生产中温度不是越低越好。考虑到催化剂活性，应选择适宜的温度。⑵虽然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，但是我们应该考虑到反应器材质及综合指标来选择压强，并非是越大越好。通过交流研讨使学生体会这是用理论解决实际问题的一个重要步骤，需要综合评价热力学与动力学的研究结果，还必须考虑实际工艺技术等各方面因素。归纳出合成氨生产的适宜条件，引导思考的方向，结合生产数据介绍合成氨实际生产条件，使学生在解决实际问题的过程中进一步加深对所学理论的理解。合成氨的生产流程【板书】合成氨的生产流程11（1）原料气的制备N2来自空气，H2来自水中CH4+H2O=CO+3H2CO+H2O=CO2+H2(2)净化消除造气过程中夹带着的杂质，防止催化剂中毒。（3）合成氨【知识拓展】简单介绍我国合成氨工业的发展情况。

学生认真听讲，观看课本合成氨工艺生产流程图。加深学生对化工生产的了解。

让学生了解我国合成氨工业发展历程，目前我国合成氨工业从生产能力和产量上都位居世界前列，对他们进行情感态度与价值观教育。

【知识前沿】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。学生听讲，思考。

让学生了解科学前沿和科技发展动态。课堂小结结合理论依据和生产实际，适宜的合成氨条件为：铁催化剂，700K左右，根据反应容器选择压强，n(N2)：n(H2)=1：2.8课堂练习见PPT学生思考、回答学生分析解答，进一步加深了对本节课知识的掌握。板书设计：第4节化学反应条件的优化——工业合成氨一、合成氨反应的限度有利于化学平衡向生成氨的方向移动的影响因素：降低温度、增大压强、n(N2)：n(H2)=1

：3二、合成氨反应的速率有利于加快生成氨速率的影响因素：升高温度、增大压强、使用催化剂、增大反应物浓度、减小生成物浓度。三、合成氨的适宜条件结合生产实际，适宜的合成氨条件为：铁催化剂，700K，根据反应器选择压强，n(N2)：n(H2)=1：2.8课后反思：本节课的教学环节设计较为合理，教学方法较为得当，课堂互动效果较好，三维目标基本落实。但也有没有处理好的地方，合成氨适宜条件的选择是一个综合性很强的问题，应引导和指导学生在课堂上进行充分、有效的讨论。但可能学生在课前没进行充分的预习和准备不足，课堂上学生讨论不够积极。通过反思，我认识到要善于处理好教学中知识传授与能力培养的关系，巧妙地创设能引导学生主动参与的活动及情境，让学生在实践中学习，才能不断地激发学生的学习积极性与主动性，既培养学生的学习兴趣，又培养学生思维能力，使每个学生的身心都能得到充分的发展。在今后的教学中，我会通过不断地尝试和反思来努力提高自己的教学水平。学情分析理论上学生在前边已经学习了化学反应的方向、化学反应的限度和化学反应的速率，本节是对前面所学知识的一个综合运用，应当是顺理成章的。但是我校学生基础普遍较差，学习难度较大，为此我在教学中注意了一下几点：布置强调课前预习抓基础知识的落实注重学法指导和思路点拨精选习题效果分析本节课从提出问题，激发兴趣，逐步引导学生利用前面所学知识展开探究，在既要考虑化学反应的限度又要考虑化学反应的速率还要考虑设备制造的工艺以及经济效益的基础上得到合成氨的适宜条件。学生参与较积极，通过课堂练习检测来看，教学效果不错，学生回答准确率较高。本节课学生不仅是学习知识，利用知识，还通过课件进行了爱国主义、化学史以及学以致用的实践教育，相信这节课将会在学生的人生历程中留下特有的烙印。教材分析合成氨工业对化学工业、国防工业和我国实现农业现代化具有重要意义，是重要的化学工业之一。本节以此为研究对象有利于学生应有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实践的指导作用。本节教材是学生在前边学习完化学反应的方向、化学反应的限度以及化学反应速率之后安排的，这样做既有利于学生对前边所学知识进行总结，又能让学生感受到学有所用。学习不仅仅是为了分数，为了考学。评测练习：1、下列有关合成氨工业的说法中，正确的是（）A.从合成塔出来的混合气体，其中氨气只占13%～14%，所以生产氨的工厂效率都很低B.由于氨易液化，氮气、氢气是循环使用的，总体来讲氨的产率比较高C.合成氨反应温度不采用常温而选择500℃左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动D.合成氨采用的压强是2×107Pa～5×107Pa，因为该压强下铁触媒的活性最大2．在合成氨工业中，为增加NH3的产量下列变化过程不能使平衡向右移动的是（A）不断将NH3分离出来（B）使用催化剂（C）采用700K左右的高温（D）采用2×107～5×107Pa的压强3、合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应而制得，其中一步的反应为：CO(g)+H2O（g）CO2(g)+H2(g)（正反应放热），下列措施中，能提高CO转化率的是（）A、增大压强B、降低温度C、增大水蒸气浓度D、增大CO浓度4.下列反应达到平衡时，哪种条件下生成物的含量最高：X2(g)+2Y2(g)X2Y4(g)（正反应为放热反应）()A.高温高压B.低温低压C.高温低压D.高压低温5、合成氨工业有下列流程：①原料气制备；②氨的合成；③原料气净化和压缩；④氨的分离。其先后顺序为(

)A．①②③④

B．①③②④

C．④③②①

D．②③④①6.工业合成氨时，必须除去原料气中的杂质，其主要原因是（）A.减小副反应B.提高N2、H2的浓度C.防止催化剂中毒D.有利于平衡移动7.合成氨反应达到平衡时NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是()A.提高分离技术B.研制耐高压的合成塔C.研制低温催化剂D.探索不用N2和H2合成氨的新途径8.（2010·上海高考）据报道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实。2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)下列叙述错误的是（）A.使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产效率B.反应需在300℃进行可推测该反应是吸热反应C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率参考答案：1.B2.BC3.BC4.D5.B6.C7.C8.C课后反思本节课的教学环节设计较为合理，教学方法较为得当，课堂互动效果较好，三维目标基本落实。但也有没有处理好的地方，合成氨适宜条件的选择是一个综合性很强的问题，应引导和指导学生在课堂上进行充分、有效的讨论。但可能学生在课前没进行充分的预习和准备不足，课堂