2022年高中化學(xué)魯科版選修四教案：2-4 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨

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1、2.4 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨 2022年高中化學(xué)魯科版選修四教案：2-4 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨 高三化學(xué)備課組 主備人：龔永忠 xx.12.2 教學(xué)內(nèi)容 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨 課題 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨 教 學(xué) 目 標(biāo) 知 識(shí) 與技能 １.了解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理分析合成氨的適宜條件； ２.了解應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理分析化工生產(chǎn)條件的思路和方法，體驗(yàn)實(shí)際生產(chǎn)條件的選擇與理論分析的差異； ３通過(guò)對(duì)合成氨適宜條件的

2、分析，認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的控制在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用。 過(guò) 程 與方法 在化學(xué)反應(yīng)的方向、限度、速率等理論為指導(dǎo)的基礎(chǔ)上帶領(lǐng)學(xué)生選擇適宜的反應(yīng)條件，引導(dǎo)學(xué)生考慮合成氨生產(chǎn)中動(dòng)力、設(shè)備、材料生產(chǎn)效率等因素，尋找工業(yè)合成氨生產(chǎn)的最佳條件。 情感態(tài)度 與價(jià)值觀 認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)原理在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用，提升學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)的價(jià)值的認(rèn)識(shí)，從而贊賞化學(xué)科學(xué)對(duì)個(gè)人生活和社會(huì)發(fā)展的貢獻(xiàn)。 教 材 分 析 重點(diǎn) 應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理選擇合成氨的適宜條件。 難點(diǎn) 應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理選擇合成氨的適宜條件。 學(xué)情分析 學(xué)生在高一已經(jīng)學(xué)過(guò)化學(xué)反應(yīng)的速率等

3、概念相關(guān)知識(shí)，有一定的基礎(chǔ)。 課 型 新課 教 具 課 時(shí) 第1課時(shí) 教學(xué)流程 教 學(xué) 內(nèi) 容 展 示 目 標(biāo) 1．從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)反應(yīng)的限度分析合成氨的適宜條件。 自 主 學(xué) 習(xí) 1.利用平衡移動(dòng)的知識(shí)分析什么條件有利于氨的產(chǎn)量？ ?2.有人認(rèn)為：增大壓強(qiáng)，從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡兩個(gè)方面都對(duì)合成氨有利，故可以盡可能地增大壓強(qiáng)。這種觀點(diǎn)正確嗎？請(qǐng)予以評(píng)價(jià)。 ?3.在一定的溫度和壓強(qiáng)下，合成氨的反應(yīng)，從開(kāi)始反應(yīng)到氨氣的濃度不再增大，這一過(guò)程中，正反應(yīng)速率如何變化？逆反應(yīng)速率如何變化？為什么？簡(jiǎn)述理由。 ?4學(xué)生分析合成

4、氨反應(yīng)有哪些特點(diǎn)？ ?5.“假設(shè)聘你為某合成氨工廠的技術(shù)顧問(wèn)，你將為提高生產(chǎn)效益提供那些參考意見(jiàn)？”（從加快合成氨反應(yīng)速率和反應(yīng)限度兩個(gè)方面考慮）。 填寫(xiě)下列表格。 合成氨反應(yīng)條件的選擇 外界條件 從氨氣生成的快角度（即從化學(xué)反應(yīng)速率角度）分析 使氨氣生成得多的角度（即從 化學(xué)平衡的角度）分析 壓強(qiáng) ? ? 溫度 ? ? 是否使用催化劑 ? ? 合 作 探 究 1．根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，應(yīng)分別采取什么措施提高反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率?請(qǐng)將你的建議填入下表。 提高反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率 提高化學(xué)反應(yīng)速率 性質(zhì) 措施 性質(zhì) 措施

5、放熱 活化能高 分子數(shù)減小 低溫時(shí)反應(yīng)速率低 平衡常數(shù)不大 原料氣濃度增加能提高反應(yīng)速率 氨氣濃度增加能降低反應(yīng)速率 2．請(qǐng)你嘗試為合成氨選擇適宜條件。 3．在確定合成氨的適宜條件的過(guò)程中，你遇到了哪些困難?你是怎樣解決的? 4．為了提高合成氨生產(chǎn)的能力，你認(rèn)為還可以在哪些方面做進(jìn)一步改進(jìn)? 催化劑對(duì)合成氨反應(yīng)速率的影響 精 講 精練 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨 一、合成氨反應(yīng)的限度 二、合成氨反應(yīng)的速率 ν =κC(N2)C1. 5(H2)C—1(NH3) 三、合成氨的適宜條件 1、一般要使用催化劑：

6、這樣可以大大加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高 了經(jīng)濟(jì)效益； 2、選擇合適的溫度：該溫度是催化劑活性最大的溫度； 3、選擇合適的壓強(qiáng)：既要考慮化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡，還要考慮動(dòng)力、材料、 設(shè)備等。 精煉：1．下列有關(guān)合成氨工業(yè)的敘述，可用勒夏特列原理來(lái)解釋的是?????? （????? ） A．使用鐵觸媒，使N2和H2混合氣體有利于合成氨 B．高壓比低壓條件更有利于合成氨的反應(yīng) C．500℃左右比室溫更有利于合成氨的反應(yīng) D．合成氨時(shí)采用循環(huán)操作，可提高原料的利用率 2．工業(yè)上合成氨時(shí)一般采用500℃左右的溫度，其原因是????????????? （????? ） ⑴

7、適當(dāng)提高氨的合成速率?????? ⑵提高H2的轉(zhuǎn)化率 ⑶提高氨的產(chǎn)率?????????????? ⑷催化劑在500℃時(shí)活性最大 A．只有⑴?????? B．⑴⑵????? ?????C．⑵⑶⑷????????? D．⑴⑷ 3．將H2和N2的混合氣體通入合成塔中，經(jīng)過(guò)1個(gè)小時(shí)達(dá)到平衡，此時(shí)N2、H2、NH3的濃度分別為3、7、4（單位均為mol/L），則以下敘述正確的????????? （?????? ） ①N2的反應(yīng)速率為2mol/(L·h) ②H2的反應(yīng)速率為7 mol/(L·h) ③H2的起始濃度為13mol/L④N2起始濃度為2 mol/L ⑤H2的轉(zhuǎn)化率為46.2% A．①②

8、??????? B．②⑤??????? C．①③⑤??????? D．②④ 達(dá) 標(biāo) 測(cè) 試 1．有平衡體系：CO(g)+2H2 (g) CH3OH(g)（正反應(yīng)為放熱反應(yīng)），為了增加甲醇的產(chǎn)量，工廠應(yīng)采取的正確措施是????????????????????????????? （???? ） A.高溫、高壓?? B.適宜溫度、高壓、催化劑?? C.低溫、低壓? D.低溫、高壓、催化劑 2．二氧化氮存在下列平衡：2NO2(g) N2O4(g)（正反應(yīng)為放熱反應(yīng)）。在測(cè)定NO2的相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)，下列條件中較為適宜的是?????????????????? （????? ）

9、 A、溫度130℃、壓強(qiáng)3.03×105Pa????????? B、溫度25℃、壓強(qiáng)1.01×105Pa C、溫度130℃、壓強(qiáng)5.05×104Pa????????? D、溫度0℃、壓強(qiáng)5.05×104Pa 3．合成氨所需的氫氣由煤和水發(fā)生反應(yīng)制得，其中一步反應(yīng)為： CO + H2O(g) ?CO2 + H2(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))。要使CO轉(zhuǎn)化率提高，（????? ） A．增大H2O(g)的濃度???????????? B．增大CO的濃度 C．降低溫度????????????????????? D．增大壓強(qiáng) 4．一定溫度下某密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)：N2 +3H2 2NH3 ，達(dá)平衡后

10、 ①保持容器體積一定，通入N2，平衡??????????????? 移動(dòng)。 ②保持容器體積一定，通入Ar，平衡??????????????? 移動(dòng)。 ③保持容器壓強(qiáng)一定，通入Ar，平衡??????????????? 移動(dòng)。 ④保持容器體積一定，通入N2、H2、NH3，使?jié)舛榷甲優(yōu)樵瓉?lái)的2倍，平衡?????? 移動(dòng)。 5．在一定條件下，1molN2和3molH2混合后反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得平衡混合物的密度是同溫同壓下氫氣的5倍，則氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率是?????????? 。若在同一個(gè)容器中，在相同的溫度下，向容器中充入NH3，為使達(dá)到平衡時(shí)各成分的百分含量與上述平衡時(shí)相同，則起始時(shí)充入的NH3的

11、物質(zhì)的量為?????????? 。 6.恒溫下，將amolN2與bmolH2的混合氣體通入一個(gè)固定容積的密閉容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) （1）若反應(yīng)進(jìn)行到某時(shí)刻t時(shí)，nt（N2）=13mol，nt（NH3）=6mol，計(jì)算a的值。 （2）反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，混合氣體的體積為716.8L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），其中NH3的含量（體積分?jǐn)?shù)）為25%。計(jì)算平衡時(shí)NH3的物質(zhì)的量。 ? （3）原混合氣體與平衡混合氣體的總物質(zhì)的量之比（寫(xiě)出最簡(jiǎn)整數(shù)比，下同），n（始）∶n（平）=??????????????? 。 （4）原混合氣體中，a∶b=??????????????? 。 （5）達(dá)到平衡時(shí)，N2和H2的轉(zhuǎn)化率之比，α（N2）∶α（H2）=?????????????? 。 （6）平衡混合氣體中，n（N2）∶n（H2）∶n（NH3）=????????????????? 。