化学反应条件的优化——工业合成氨教案.doc

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1、第4节化学反应条件的优化——工业合成氨学习目标知识与技能：１、能够运用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件；２、通过阅读教材，小组讨论、交流，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异；３、通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的控制在工业生产中的重要作用。过程与方法：通过对数据资料的分析和处理，培养获取和处理信息的能力以及分析推理能力。情感态度与价值观：通过认识化学反应原理在工业生产中的重要作用，提升学生对化学反应价值的认识，从而赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献。教学重难点：运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、。课型：新授课课时安排：１课时教学过程：【引入】由两组照片引出1918年诺贝尔化学奖得主哈伯和合成氨反应，从而引出课题。【板书】第四节　　化学反应条件的优化——工业合成氨【教师】今天这节课我们就沿着科学家的足迹来体验工业合成氨条件的优化选择。【问题】假如你是一个化工厂的老板，对工业生产你主要考虑哪些问题？【学生】经济效益和社会效益。增大化学反应限度，增大化学反应速率，另外还要考虑生产中的消耗能源、原料来源、设备条件、环境保护等因素。【教师】从理论和实际分析如何提高综合经济效益。【交流·研讨】合成氨反应是一个可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

3、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】能自发进行。【提问】观察合成氨的化学反应，说明合成反应的特点：【投影】N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H＝-92.2kJ/mol(1体积)(3体积)(2体积)【学生】①可逆反应②熵减小的反应③正反应气态物质系数减小④正反应是放热反应一、合成氨反应的限度【交流·研讨】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。【投影】NH3%0.60.50.40.30.20.11：11：21：31：

4、41：51：6n(N2):n(H2)【学生回答】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体积比为1：3时平衡混合物中氨的含量最高。【板书】二、合成氨反应的速率【交流·研讨】1、你认为可以通过控制那些反应条件来提高合成氨反应的速率？2、实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应的物质的浓度的关系为:ν=κC(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△E/KJ/molk(催)/k(

5、无)无催化剂3353.4×1012(700k)使用Fe催化剂167【学生回答】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.使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。【板书】三、合成氨的适宜条件【投影】合成氨的适宜条件的选择外界条件使NH3生产得快使NH3产率高速率分析平衡分析压强高压高压温度高温低温催化剂使用无影响反应物的浓度增大浓度增大浓度生成物氨的浓度减小浓度减小浓度【交流·研讨】研讨的内容研讨的问题研讨的结果1、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

6、？压强怎么确定？2、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温度怎么选择？3、催化剂对化学平衡的移动没有影响，在合成氨工业中要不要使用催化剂，为什么？要不要用催化剂？【分析】1、压强怎么选？①合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。②但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合实际科学技术。【结论】综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。【分析】2、温度怎么选择？①因为正反应方向是放热的反应，所以降低

7、温度有利于平衡正向移动。②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。③催化剂要在一定温度下催化活性最大。【结论】综合以上因素:实际生产中温度一般选择在700K左右（主要考虑催化剂的活性）。【分析】3、用不用催化剂？经济效益和社会效益要求化学反应速度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。【结论】实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在700K时活性最高。【分析】4、浓度怎么定？N2和H2的比例怎么定？增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物

8、质的量比为1：3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2