课题2　人工固氮技术──合成氨 (2)

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1、合成氨的反应原理学案【学习目标】[来源:学科网ZXXK]1.了解合成氨的反应原理。2.了解如何利用反应速率和化学平衡知识，选择合成氨的适宜条件。【重点难点】合成氨的反应原理和合成氨的适宜条件课前预习【情景材料】利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难的课题，从第一次实验室研制到工业化投产，经历了约130年的时间。化学反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)看起来十分简单，为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的发展过程？合成氨工厂为什么需要那么庞大而复杂的生产设备和特殊的生产条件？【预习内容】根据教材有关内容填写下列空白：一、氮的存在和固

2、定1．存在地壳中含量只有，大气中氮气占空气体积的。2．氮的固定(1)概念：氮的固定是指的方法。(2)分类二、合成氨的反应原理1.反应原理：用氢气和氮气合成氨的化学方程式为：。如下图合成氨装置[来源:学科网]加热试管中的铁丝绒至红热后注入氢气和氮气的混合气体，可以看到润湿pH试纸变色。2.反应特点：合成氨反应是一个、、的反应。3.反应条件：工业上，合成氨的适宜条件为、、。预习内容答案一、1.0.04%78%2.将游离态氮转化为化合态氮通过闪电等产生氮的化合物豆科植物的根瘤菌固氮工业合成氨二、1.N2＋3H22NH3蓝2.可逆放热气体分子总数减少3.

3、铁为主的催化剂400～500℃，10～30MPa堂中互动【问题探究1】利用课本P9的图1-4氮的自然界的循环来理解如何有效利用廉价的自然资源来生产含氮化合物？哪一种自然过程可能会成为工业化生产过程？【教师点拨】将游离态氮转化为化合态氮的方法叫氮的固定，把握概念与物质的性质。分析解答:氮的自然界的循环图中可以找到氮气与含氮化合物之间的转化，从氮的固定概念出发找到物质间的转化方式与氮的固定的分类。【即学即练1】农作物生长发育需要大量的氮养分，除了可用人工固氮方法(合成氨)获得氨态氮外，自然界雷电现象也是一种固氮途径，经由雷电固定的氮是硝态氮(硝酸或硝

4、酸盐形式)，写出氮气转化为硝酸的化学方程式__________________________，______________________，______________________________________。1.N2＋O22NO　2NO＋O2===2NO2　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO【解析】电闪雷鸣的雨天，会产生放电现象，使空气中的氮气和氧气反应生成了一氧化氮，一氧化氮又被氧气氧化成二氧化氮。二氧化氮在雨水中与水反应生成硝酸。【问题探究2】合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。已知298K时：△

5、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？请同学们写出合成氨反应的热化学方程式，并讨论说明合成氨反应的特点。【教师点拨】估算得出△H－T△S＜0，推知该反应可以自发进行。书写合成氨反应的热化学方程式。分析解答N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.2kJ·mol-1归纳：①可逆反应；②正反应是放热反应；③正反应是气体的物质的量减小（或熵减小）的反应。【即学即练2】对于可逆反应N2(气)＋3H2(气)2NH3(气)　ΔH<0，下列说法正确的是

6、(　　)A．达到平衡时反应物和生成物浓度一定相等B．达到平衡后加入氨气，重新达到平衡时，氨气的浓度比原平衡时大C．达到平衡时，升高温度加快了吸热反应的速率，降低了放热反应的速率，所以平衡向逆反应的方向移动D．加入催化剂可以缩短到达平衡的时间，这是因为加快了正反应的速率，而减慢了逆反应的速率2.B【解析】往往错选C、D，原因：对升高温度可以使平衡向吸热反应方向移动的原因认识不清；对使用催化剂可缩短到达平衡所用时间的原因认识不清；正确选项为B。【问题探究3】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。1.你认为可以通过控制哪些反应条件来提高合

7、成氨反应的速率？2.实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率和参与反应的物质的浓度的关系式为：ν=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：条件Ea／kJ·mol-1k(催)/k(无)无催化剂3353.4×1012(460℃)使用铁催化剂167[来源:学科网ZXXK][来源:Zxxk.Com][来源:学科网ZXXK]【教师点拨】选择适宜生产条件的原则：⑴既要注意外界条件对反应速率和化学平衡影响的

8、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。⑵既要注意温度、催化剂对速率影响的一致性；又要注意催化剂的活性对温度的限制。⑶