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——工业合成氨教案1 鲁科版选修4

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1、2-4化学反应条件的优化——工业合成氨教学目标知识与技能:1.了解如何应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.了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，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:在化学反应的方向、限度、速率等理论为指导的基础上带领学生选择适宜的反应条件，引导学生考虑合成氨生产中动力、设备、材料生产效率等因素，寻找工业合成氨生产的最佳条件。情感、态度与价值观: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的价值

2、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。教学过程：【提问】影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些？【学生】回答【注意】催化剂只能改变化学反应速率，不能改变化学平衡状态。【教师】今天这节课我们就看看如何利用化学反应的有关知识将一个化学反应实现工业化，我们以工业合成氨为例。首先我们看看合成氨的有关背景。【投影】展示弗里茨·哈伯的图像【投影】弗里茨·哈伯与合成氨合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约150年的时间。德国

3、科学家哈伯在10年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，2年间他们就进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了一种合适的催化剂，使合成氨的设想在1913年成为工业现实。鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。【投影并讲解】化学热力学化学动力学化学反应的方向化学反应的限度化学反应的速率工艺流程化学工艺学高压对设备材质、加工制造的要求、温度的催化剂活性的影响等合成氨反应能否自发怎样能促使化学反应向合成氨方向移动怎样能提高合成氨反应速率适宜的合成氨条件【交流·研讨】P65合成氨反应是一个可逆

4、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？298K下合成氨反应的平衡常数K为4.1×106（mol·L—1)—2【学生】假设△H和△S不随温度变化，算得T<465.2K。【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【板书】第

5、四节　　化学反应条件的优化——工业合成氨一、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。P65【投影】NH3%0.60.50.40.30.20.11：11：21：31：41：51：6n(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】P661、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.

6、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：催化剂对合成氨反应速率的影响条件△E/KJ/molk(催)/k(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生产得多速率分

7、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构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？压强怎么定？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

8、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