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

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1、第4节化学反应条件的优化———工业合成氨教学目标知识目标：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

2、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：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：1课时教学方法：模型展示，分析归纳，阅读探讨，讲述等。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

3、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：【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

4、+3H22NH3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

5、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？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+3H2D2NH3（正反应为放热反应）2反应特点：①可逆反应②正反应气体体积缩小③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

6、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

7、×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

8、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。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