化學(xué)：2.4《化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨》教案（魯科版選修4）

第4節(jié) 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)目標(biāo)： 1. 使學(xué)生理解如何應(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。 2. 使學(xué)生了解應(yīng)用化學(xué)原理選擇化工生產(chǎn)條件的思路和方法。 能力目標(biāo)： 1. 教學(xué)時(shí)應(yīng)以化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理為主線，以合成氨知識(shí)為中心，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，將知識(shí)串聯(lián)、拓展、延伸，培養(yǎng)學(xué)生的歸納思維能力。 2. 在運(yùn)用理論的過(guò)程中，可以進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)所學(xué)理論的理解和提高知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力。 情感目標(biāo)： 1. 通過(guò)了解合成氨的全過(guò)程，可以激發(fā)學(xué)生愛科學(xué)、探索科學(xué)的熱情。 2. 通過(guò)合成氨前景的展望，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生體會(huì)化學(xué)學(xué)科中邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)深刻的科學(xué)美。 教學(xué)過(guò)程： [引入] 自1784年發(fā)現(xiàn)氨氣以后，人們一直在研究如何利用化學(xué)方法由N2 和H2合成NH3，但直到1913年才建成了大型合成氨廠。為什么合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)會(huì)經(jīng)歷如此漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程呢？今天我們來(lái)學(xué)習(xí)工業(yè)合成氨生產(chǎn)條件的選擇。 [板書] 第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨 [提問] 1. 在化學(xué)必修—2中我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了工業(yè)合成氨的反應(yīng)原理，是什么呢？ 2. 合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)？ 3. 選擇生產(chǎn)條件的目的是什么？ 4. 選擇生產(chǎn)條件的依據(jù)是什么？ 答案： 1 原理：N2 + 3H2 D 2NH3 （正反應(yīng)為放熱反應(yīng)） 2 反應(yīng)特點(diǎn)：① 可逆反應(yīng) ② 正反應(yīng)氣體體積縮小 ③ 正反應(yīng)是放熱反應(yīng) 3盡可能加快反應(yīng)速率和提高產(chǎn)物產(chǎn)率 4外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響 練習(xí)： 運(yùn)用所學(xué)有關(guān)知識(shí)填寫下表： - 1 - / 5 使氨生產(chǎn)快 （速率分析） 使氨生產(chǎn)多 （平衡分析） 實(shí)際生產(chǎn)中 適宜條件 原因 壓強(qiáng) 溫度 催化劑 濃度 教師講解： 1．壓強(qiáng)。增大壓強(qiáng)，有利于氨的合成，但在實(shí)際市產(chǎn)中，壓強(qiáng)不可能無(wú)限制的增大，因?yàn)閴簭?qiáng)越大，需要的動(dòng)力越大，對(duì)材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求也越高，勢(shì)必增大生產(chǎn)成本，降低綜合經(jīng)濟(jì)效益。因此，受動(dòng)力、材料、設(shè)備等條件的限制，目前我國(guó)合成氨廠一般采用的壓強(qiáng)為低壓（1107Pa），中壓（2107Pa—3107Pa），高壓（8.5107Pa—1108Pa）三種類型。 　　2．溫度。合成氨為放熱反應(yīng)，低溫有利于氨的生成。但是溫度越低，反應(yīng)速率就慢，到達(dá)平衡所需要的時(shí)間越長(zhǎng)，因而單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)量低，這在工業(yè)生產(chǎn)中是很不經(jīng)濟(jì)的。綜合考慮各種因素，在實(shí)際生產(chǎn)上，采用700K的溫度。原因：速率較快,轉(zhuǎn)化率適中催化劑活性最大。 3．催化劑。由于N2 分子非常穩(wěn)定，N2 和H2的化合十分困難，即使采用了加熱與高壓的條件，合成氨的反應(yīng)還是十分緩慢。為了加快反應(yīng)速率，降低反應(yīng)所需要的能量，合成氨工業(yè)普遍使用鐵觸媒作催化劑，使反應(yīng)物在較低溫度下較快的進(jìn)行反應(yīng)。 4． 濃度。在實(shí)際生產(chǎn)中，不斷補(bǔ)充N2 、H2（增大反應(yīng)物的濃度），采取迅速冷卻的方法（減小生成物的濃度），使氣態(tài)氨變成液態(tài)氨后及時(shí)從平衡混合物中分離出去，以促使化學(xué)平衡不斷地向著生成NH3的方向移動(dòng)。 板書設(shè)計(jì)： 第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨 （一）工業(yè)合成氨 1 原理：N2 + 3H2 D 2NH3 （正反應(yīng)為放熱反應(yīng)） 2 反應(yīng)特點(diǎn)：① 可逆反應(yīng) ② 正反應(yīng)氣體體積縮小 ③ 正反應(yīng)是放熱反應(yīng) 3 使氨生產(chǎn)快 使氨生產(chǎn)多 實(shí)際生產(chǎn)中 原因 （速率分析） （平衡分析） 適宜條件 壓強(qiáng) 高壓 高壓 1107Pa—1108Pa 有利于氨的合成,對(duì)動(dòng)力、材料強(qiáng)度、設(shè)備制造要求適中 溫度 高溫 低溫 700K 速率較快,轉(zhuǎn)化率適中催化劑活性最大 催化劑 加快 無(wú)影響 鐵觸媒 使反應(yīng)速率加快 濃度 增大濃度 增大N2 、H2濃度，減小NH3濃度 N2 ：H2=1：2.8，及時(shí)將NH3分離出去 適當(dāng)提高N2的比例，加快反應(yīng)速率，有利于NH3的生成 4 生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)介 　　（1）原料氣的制備： 來(lái)自空氣， 來(lái)自水中 　　　　 　　　 　　再通過(guò) 水除 ： 　　　　 　　得原料氣 。 （二） 化學(xué)模擬生物固氮 根瘤菌，生物固氨。常溫常壓下進(jìn)行。成本低、轉(zhuǎn)化率高、效率高。 模擬生物的功能，把生物的功能原理用于化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)，借以改善現(xiàn)有的并創(chuàng)造嶄新的化學(xué)工藝過(guò)程。 （三） 練習(xí) 1、在合成氨工業(yè)中，為增加氨的日產(chǎn)量，下列變化過(guò)程中不能使平衡向右移動(dòng)的是（ ） A. 不斷將氨分離出來(lái) B. 使用催化劑 C. 采用5000C左右的溫度 D. 采用2107～5107Pa的壓強(qiáng) 2. 接觸法制硫酸時(shí)，SO2催化氧化適宜的溫度是5000C,其理由是(1)_______________(2)_____________(3)________________。此反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，但工業(yè)生產(chǎn)中并未采用加壓措施的原因是____________,為提高SO2的轉(zhuǎn)化率，工業(yè)上常使用的方法是______________。 希望對(duì)大家有所幫助，多謝您的瀏覽！