魯科版選修四《化學反應條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨》教案1

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1、最新魯科版選修四《化學反應 條件的優(yōu)化一一工業(yè)合成氨》教案 1 ——工業(yè)合成氨》教案1化學反應 條件的優(yōu)化 --工業(yè)合成氨 教材分析 本節(jié)教材體現了化學反應速率和平衡移動原理等理論對工業(yè)生產實踐的指導作用 ，同時 在運用理論的過程中，也可進一步加深學生對所學理論的理解。 教材分為兩部分：第一部分主要是通過討論引導學生運用化 ?學反應速率和化學平衡原 理等知識，并考慮合成氨生產中動力、設備、材料等的實際情況 ，合理地選擇合成氨的生產 條件。第二部分是拓寬思路方面的內容 ，主要是探討合成氨的發(fā)展前景。 在第一部分內容中，教材針對合成氨的反應是一個放熱的、氣體 總體積縮小的可逆

2、反 應，首先要求學生利用已學過的知識 ，討論為使合成氨的化學反應速率增大所應采取的方 法。在此基礎上，又據實驗數據討論為提高平衡混合物中 nh3的含量所應采取的方法。在 兩個討論的基礎上，教材又結合合成氨生產中動力、材料、設備、催化劑的活性等實際情況 較具體地分析了合成氨時壓強、溫度、催化劑等的選擇 ，情況。此外，還結合合成氨生產過 程示意圖，簡單提及濃度等條件對合成氨生產的影響 ，以及原料的循環(huán)使用等問題，以使學生 理解合成氨條件的選擇應以提高綜合經濟效益為目的。 第二部分教學在第一部分的基礎上討論 ,合成氨的發(fā) 展前景，拓寬學生的思路，主要目的 不在于知識本身，而更多地應側重于培

3、養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和訓練科學方法。 教學建議 第一部分“合成氨條件的選擇”的教學: 1 .提出問題：針對合成氨的反應 ，首先需要研究如何在單位時間里提高 NHg?的產量， 這是一個化學反應速率問題。 2 .復習提問：濃度、壓強、溫度、催化劑對化學反應速率影響的結果。 3 .組織討論： ①為使合成氨的反應速率增大，應采取的方法。 ②合成氨反應是可逆反應，在實際生產中，僅僅考慮單位時間里的產量問題（化學反應 速率問題）還不行，還需要考慮如何最大限度地提高平衡混合物中 NH3的含量問題（化學 平衡的移動問題）。 ③針對合成氨的反應是一個放熱的、氣體總體積縮小的可逆反應 ，要求學生利

4、用已 學 過的知識，討論為最大限度地提高平衡混合物中 NHg的含量所應采取的方法。 4 .閱讀圖表實驗數據印證理論：學生通過閱讀表 2-4的實驗數據可知，應用平衡移動 原理得出的結論與科學實驗的結果是完全一致的 ，這會大大提高學生的學習興趣。 5 .綜合上面的討論情況，同時綜合考慮合成氨生產中動力、設備、材料等的實際情況 ， 具體地研究合成氨條件的選擇問題。此外 ，要結合合成氨生產過程示意圖，簡單提及濃度對 合成氨生產的影響以及原料的循環(huán)使用等問題 ，以使學生理解合成?氨條件的選擇應以提高 綜合經濟效益為目的 第二部分“合成氨工業(yè)發(fā)展前景”的教學 1 .從合成氨工業(yè)的發(fā)展簡況入

5、手 ，以壓強選擇的變化為例，說明合成氨條件的選擇是與 科技進步、動力、材料、設備等條件的改善緊密相聯系的 ，并仍將隨之而作相應的改變。 2 .目前研究課題簡介：結合簡介 ，可向學生提出一些問題，啟發(fā)學生思考，拓寬學生的 思路，使學生的科學方法得到訓練，如研究催化劑的目的是什么？新催化劑的研制成功 ，使合 成氨反應可在較低溫度下進行，是否會減緩合成氨生產中對壓強的要求而減少設備制造的投 資？等等。 配合目前研究課題的簡介，教材編寫有“化學模擬生物固氮”的閱讀材料 ，可讓學生 閱讀，要求學生拓寬思路、設想甚至想象。 合成氨條件的選擇 i .壓強。增大壓強，有利于的合成，但在實際市產中，

6、壓強不可能無限制的增大， 因為壓強越大，需要的動力越大，對材料的強度和設備白^制造要求也越高 ，勢必增大生產成本 降低綜合經濟效益。因此，受動力、材料、設備等條件的限制 ，目前我國合成氨廠一般采用 的壓強是20Mpm 5MPa。 2 .溫度。合成氨為放熱反應 ，低溫有利于氨的生成。但是溫度越低 ，反應速率就慢，到 達平衡所需要的時間越長，因而單位時間內產量低，這在工業(yè)生產中是很不經濟的。綜合考 N］與的化合十分困難，即使采用了加熱與高 慮各種因素，在實際生產上，采用500c的溫度，此時催化劑的活性最大。 3 .催化劑。由于 分子非常穩(wěn)定 壓的條件，合成氨的反應還是十分緩慢。為了

7、加快化合反應速率 ，降低反應所需要的能量，合 成氨工業(yè)普遍使用鐵觸媒作催化劑 （增大反應物濃度），采取迅速冷卻的方法（減小 在實際生產中,不斷補充、 生成物濃度），使氣態(tài)氨變成液氨后及時從平衡混合物中分離出去 ，以促使化學平衡不斷地 向著生成的方向移動。 合成氨化學發(fā)展史上的“水門事件” 在探索合成氨崎嶇的道路上，它不僅使兩位杰出的化學家勒沙特列和能斯特折戟蒙羞 ， 而且使一位對人類社會發(fā)展作出巨大貢獻并因此獲得諾貝爾化學獎的哈伯墮落成為助紂為 虐與人民為敵的可恥下場。后來人民把合成氨稱為化學發(fā)展史上的“水門事件”。 1900年，法國化學家勒沙特列在研究平行移動的基礎上通過理論計

8、算 ，認為N］和E, 在高壓條件下可以直接化合生成氨 ，接著，他用實驗來驗證，但在實驗過程中發(fā)生了爆炸。他 沒有調查事故發(fā)生的原因，而是覺得這個實驗有危險，于是放開了這項研究工作，他的合成氨 實驗就這樣 夭折了。后來才查明實驗失敗的原因 ，是他所用混合氣體中含有 在實驗過 程和0：發(fā)生了爆炸的反應。 稍后，德國化學家能斯 特通過理論計算，認為合成氨是不能進行的。因此人工合成氨的 研究又慘遭厄運。后來才發(fā)現，他在計算時誤用一個熱力學數據，以致得到錯誤的結論。 在合成氨研究屢屢受挫的情況下 ，哈伯知又t而進，對合成氨進行全面系統(tǒng)的研究和實驗 ， 終在1908年7月在實驗室用 N?和H1

9、在600c ,200個大氣壓下合成出氨,產率僅有2% , 卻也是一項重大突破。當哈伯的工藝流程展示之后 ，立即引起了早有用戰(zhàn)爭吞并歐洲稱霸世 界的野心的德國軍政要員的高度重視 ，為了利用哈伯，德國皇帝也屈尊下駕請哈伯出任 -德國 威廉研究所所長之職。而惡魔需要正好迎合了哈伯想成百萬富翁的貪婪心理。從 1911年到 1913年短短的兩年內，哈伯不僅提高了合成氨的產率 ，而且合成了 1000噸液氮，并且用它制 造出3500噸烈性炸藥TNT。至IJ了 1913年的第一次世界大戰(zhàn)時，哈伯已為德國建成了無數個 大大小小的合成氨工廠、為侵略者制造了數百萬噸炸藥因而導致并蔓延了這場殃禍全球的 世

10、界大戰(zhàn)。這就是第一次世界大戰(zhàn)德國為什么 能堅持這么久的不解之謎的謎底。 當事實真相大白于天下時，哈伯受到了世界各國科學家的猛烈抨擊 ，尤其當他獲得1918 年諾貝爾化學獎時，更激起世界人民的憤怒。 人工合成氨實驗的成功令人歡心鼓舞 ，它對工業(yè)，農業(yè)生產和國際科技的重大意義是不 言而喻的。但對三位杰出的科學家而言則是黑色的“水門事件”。勒沙特列和能斯特的失 誤則給人們有益的啟示，那就是：搞學問要有鍥而不舍的精神 ，堅韌不拔的毅力和一絲不茍 的工作作風，而哈伯墮落使人們清楚看到一個對人類發(fā)展有著巨大貢獻的科學家由于自己的 貪婪而墮落成為人民的公敵 ，歷史的罪人。 4 / 4