化学反应条件的优化工业合成氨教案.doc

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1、教师姓名学生姓名填写时间年月日学科年级教材版本阶段□观察期第（）周□维护期教师课时统计第课时共课时课程名称课时计划上课时间年月日教学目标同步教学知识内容：在了解了化学平衡和化学反应速率的基础上学习氨的合成，选择最优条件个性化学习问题解决:给学生巩固基础知识，了解并掌握常见题型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教师活动学生活动教学过程导入：影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些？引出催化剂只能改变化学反应速率，不能改变化学平衡状态。今天这节课我们就看看如何利用化

2、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。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。合成氨反应是一个可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知298K时:△H=-92.2KJ

3、·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观察合成氨的化学反应，说明合成反应的特点：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H＝-92.2kJ/mol(1体积)(3体积)(2体积)一、合成氨反应的限度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。从图中可以看出降低温度、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。二、合成氨反应的速率1、你认为可以通过控制那

4、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:NH3%0.60.50.40.30.20.11：11：21：31：41：51：6n(N2):n(H2)ν=κC(N2)C1.5(H2)C—1(NH3)，学生回答学生计算，看反应能不能自发发生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？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1671.升高温度增大压强增大反应物浓度使用催化

5、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。三、合成氨的适宜条件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研讨的内容研讨的问题研讨的结论学生回答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

6、合成氨工业中要不要使用催化剂，为什么？要不要用催化剂？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。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。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。综合以上因素:实际生产中温

7、度一般选择在700K左右（主要考虑催化剂的活性）。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。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。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的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化分离出去；及时将氮气和氢

8、气循环利用，使其保持一定的浓度。工业合成氨的适宜条件学生思考外部条件压强根据反应器可使用的钢材