高中化学第2章化学反应的方向限度与速率2.4化学反应条件的优化__工业合成氨素材鲁科版选修4

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1、第四节化学反应条件的优化--工业合成氨教材分析本节教材体现了化学反应速率和平衡移动原理等理论对工业生产实践的指导作用，同时在运用理论的过程中，也可进一步加深学生对所学理论的理解。　　教材分为两部分：第一部分主要是通过讨论引导学生运用化学反应速率和化学平衡原理等知识，并考虑合成氨生产中动力、设备、材料等的实际情况，合理地选择合成氨的生产条件。第二部分是拓宽思路方面的内容，主要是探讨合成氨的发展前景。　　在第一部分内容中，教材针对合成氨的反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应，首先要求学生利用已学过的知识

2、，讨论为使合成氨的化学反应速率增大所应采取的方法。在此基础上，又据实验数据讨论为提高平衡混合物中的含量所应采取的方法。在两个讨论的基础上，教材又结合合成氨生产中动力、材料、设备、催化剂的活性等实际情况，较具体地分析了合成氨时压强、温度、催化剂等的选择情况。此外，还结合合成氨生产过程示意图，简单提及浓度等条件对合成氨生产的影响，以及原料的循环使用等问题，以使学生理解合成氨条件的选择应以提高综合经济效益为目的。　　第二部分教学在第一部分的基础上讨论合成氨的发展前景，拓宽学生的思路，主要目的不在于知识本身，而更

3、多地应侧重于培养学生的创新精神和训练科学方法。教学建议   第一部分“合成氨条件的选择”的教学：1．提出问题：针对合成氨的反应，首先需要研究如何在单位时间里提高的产量，这是一个化学反应速率问题。　　2．复习提问：浓度、压强、温度、催化剂对化学反应速率影响的结果。　　3．组织讨论：　　①为使合成氨的反应速率增大，应采取的方法。　　②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，还需要考虑如何最大限度地提高平衡混合物中的含量问题（化学平衡的移动问题）。　　③针对合

4、成氨的反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应，要求学生利用已学过的知识，讨论为最大限度地提高平衡混合物中的含量所应采取的方法。　　4．阅读图表实验数据印证理论：学生通过阅读表2－4的实验数据可知，应用平衡移动原理得出的结论与科学实验的结果是完全一致的，这会大大提高学生的学习兴趣。　　5．综合上面的讨论情况，同时综合考虑合成氨生产中动力、设备、材料等的实际情况，具体地研究合成氨条件的选择问题。此外，要结合合成氨生产过程示意图，简单提及浓度对合成氨生产的影响以及原料的循环使用等问题，以使学生理解合成氨条件

5、的选择应以提高综合经济效益为目的。第二部分“合成氨工业发展前景”的教学1．从合成氨工业的发展简况入手，以压强选择的变化为例，说明合成氨条件的选择是与科技进步、动力、材料、设备等条件的改善紧密相联系的，并仍将随之而作相应的改变。　　2．目前研究课题简介：结合简介，可向学生提出一些问题，启发学生思考，拓宽学生的思路，使学生的科学方法得到训练，如研究催化剂的目的是什么？新催化剂的研制成功，使合成氨反应可在较低温度下进行，是否会减缓合成氨生产中对压强的要求而减少设备制造的投资？等等。 　　配合目前研究课题的简介，

6、教材编写有“化学模拟生物固氮”的阅读材料，可让学生阅读，要求学生拓宽思路、设想甚至想象。　合成氨条件的选择1．压强。增大压强，有利于的合成，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是。　　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。

7、综合考虑各种因素，在实际生产上，采用500℃的温度，此时催化剂的活性最大。　　3．催化剂。由于分子非常稳定，与的化合十分困难，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。为了加快化合反应速率，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。　　在实际生产中，不断补充、（增大反应物浓度），采取迅速冷却的方法（减小生成物浓度），使气态氨变成液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的方向移动。合成氨化学发展史上的“水门事件”　　在探索合成氨崎岖的道路上，它不仅使两位杰出的

8、化学家勒沙特列和能斯特折戟蒙羞，而且使一位对人类社会发展作出巨大贡献并因此获得诺贝尔化学奖的哈伯堕落成为助纣为虐与人民为敌的可耻下场。后来人民把合成氨称为化学发展史上的“水门事件”。　　1900年，法国化学家勒沙特列在研究平行移动的基础上通过理论计算，认为和在高压条件下可以直接化合生成氨，接着，他用实验来验证，但在实验过程中发生了爆炸。他没有调查事故发生的原因，而是觉得这个实验有危险，于是放开了这项研究工作，他的合成氨实验就这