魯科版選修四《化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨》教案1

最新魯科版選修四《化學(xué)反應(yīng) 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(xué)反應(yīng) 條件的優(yōu)化 --工業(yè)合成氨 教材分析 本節(jié)教材體現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)速率和平衡移動(dòng)原理等理論對(duì)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐的指導(dǎo)作用 ，同時(shí) 在運(yùn)用理論的過程中，也可進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)所學(xué)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(dǎo)學(xué)生運(yùn)用化 ?學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原 理等知識(shí)，并考慮合成氨生產(chǎn)中動(dòng)力、設(shè)備、材料等的實(shí)際情況 ，合理地選擇合成氨的生產(chǎn) 條件。第二部分是拓寬思路方面的內(nèi)容 ，主要是探討合成氨的發(fā)展前景。 在第一部分內(nèi)容中，教材針對(duì)合成氨的反應(yīng)是一個(gè)放熱的、氣體 總體積縮小的可逆反 應(yīng)，首先要求學(xué)生利用已學(xué)過的知識(shí) ，討論為使合成氨的化學(xué)反應(yīng)速率增大所應(yīng)采取的方 法。在此基礎(chǔ)上，又據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)討論為提高平衡混合物中 nh3的含量所應(yīng)采取的方法。在 兩個(gè)討論的基礎(chǔ)上，教材又結(jié)合合成氨生產(chǎn)中動(dòng)力、材料、設(shè)備、催化劑的活性等實(shí)際情況 較具體地分析了合成氨時(shí)壓強(qiáng)、溫度、催化劑等的選擇 ，情況。此外，還結(jié)合合成氨生產(chǎn)過 程示意圖，簡(jiǎn)單提及濃度等條件對(duì)合成氨生產(chǎn)的影響 ，以及原料的循環(huán)使用等問題，以使學(xué)生 理解合成氨條件的選擇應(yīng)以提高綜合經(jīng)濟(jì)效益為目的。 第二部分教學(xué)在第一部分的基礎(chǔ)上討論 ,合成氨的發(fā) 展前景，拓寬學(xué)生的思路，主要目的 不在于知識(shí)本身，而更多地應(yīng)側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和訓(xùn)練科學(xué)方法。 教學(xué)建議 第一部分“合成氨條件的選擇”的教學(xué): 1 .提出問題：針對(duì)合成氨的反應(yīng) ，首先需要研究如何在單位時(shí)間里提高 NHg?的產(chǎn)量， 這是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)速率問題。 2 .復(fù)習(xí)提問：濃度、壓強(qiáng)、溫度、催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響的結(jié)果。 3 .組織討論： ①為使合成氨的反應(yīng)速率增大，應(yīng)采取的方法。 ②合成氨反應(yīng)是可逆反應(yīng)，在實(shí)際生產(chǎn)中，僅僅考慮單位時(shí)間里的產(chǎn)量問題（化學(xué)反應(yīng) 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(xué) 平衡的移動(dòng)問題）。 ③針對(duì)合成氨的反應(yīng)是一個(gè)放熱的、氣體總體積縮小的可逆反應(yīng) ，要求學(xué)生利用已 學(xué) 過的知識(shí)，討論為最大限度地提高平衡混合物中 NHg的含量所應(yīng)采取的方法。 4 .閱讀圖表實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)印證理論：學(xué)生通過閱讀表 2-4的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，應(yīng)用平衡移動(dòng) 原理得出的結(jié)論與科學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是完全一致的 ，這會(huì)大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 5 .綜合上面的討論情況，同時(shí)綜合考慮合成氨生產(chǎn)中動(dòng)力、設(shè)備、材料等的實(shí)際情況 ， 具體地研究合成氨條件的選擇問題。此外 ，要結(jié)合合成氨生產(chǎn)過程示意圖，簡(jiǎn)單提及濃度對(duì) 合成氨生產(chǎn)的影響以及原料的循環(huán)使用等問題 ，以使學(xué)生理解合成?氨條件的選擇應(yīng)以提高 綜合經(jīng)濟(jì)效益為目的 第二部分“合成氨工業(yè)發(fā)展前景”的教學(xué) 1 .從合成氨工業(yè)的發(fā)展簡(jiǎn)況入手 ，以壓強(qiáng)選擇的變化為例，說明合成氨條件的選擇是與 科技進(jìn)步、動(dòng)力、材料、設(shè)備等條件的改善緊密相聯(lián)系的 ，并仍將隨之而作相應(yīng)的改變。 2 .目前研究課題簡(jiǎn)介：結(jié)合簡(jiǎn)介 ，可向?qū)W生提出一些問題，啟發(fā)學(xué)生思考，拓寬學(xué)生的 思路，使學(xué)生的科學(xué)方法得到訓(xùn)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(yīng)可在較低溫度下進(jìn)行，是否會(huì)減緩合成氨生產(chǎn)中對(duì)壓強(qiáng)的要求而減少設(shè)備制造的投 資？等等。 配合目前研究課題的簡(jiǎn)介，教材編寫有“化學(xué)模擬生物固氮”的閱讀材料 ，可讓學(xué)生 閱讀，要求學(xué)生拓寬思路、設(shè)想甚至想象。 合成氨條件的選擇 i .壓強(qiáng)。增大壓強(qiáng)，有利于的合成，但在實(shí)際市產(chǎn)中，壓強(qiáng)不可能無限制的增大， 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)備白^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)是20Mpm 5MPa。 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 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(shí)際生產(chǎn)上，采用500c的溫度，此時(shí)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(yīng)還是十分緩慢。為了加快化合反應(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 （增大反應(yīng)物濃度），采取迅速冷卻的方法（減小 在實(shí)際生產(chǎn)中,不斷補(bǔ)充、 生成物濃度），使氣態(tài)氨變成液氨后及時(shí)從平衡混合物中分離出去 ，以促使化學(xué)平衡不斷地 向著生成的方向移動(dòng)。 合成氨化學(xué)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(xué)家勒沙特列和能斯特折戟蒙羞 ， 而且使一位對(duì)人類社會(huì)發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)并因此獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的哈伯墮落成為助紂為 虐與人民為敵的可恥下場(chǎng)。后來人民把合成氨稱為化學(xué)發(fā)展史上的“水門事件”。 1900年，法國(guó)化學(xué)家勒沙特列在研究平行移動(dòng)的基礎(chǔ)上通過理論計(jì)算 ，認(rèn)為N］和E, 在高壓條件下可以直接化合生成氨 ，接著，他用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，但在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生了爆炸。他 沒有調(diào)查事故發(fā)生的原因，而是覺得這個(gè)實(shí)驗(yàn)有危險(xiǎn)，于是放開了這項(xiàng)研究工作，他的合成氨 實(shí)驗(yàn)就這樣 夭折了。后來才查明實(shí)驗(yàn)失敗的原因 ，是他所用混合氣體中含有 在實(shí)驗(yàn)過 程和0：發(fā)生了爆炸的反應(yīng)。 稍后，德國(guó)化學(xué)家能斯 特通過理論計(jì)算，認(rèn)為合成氨是不能進(jìn)行的。因此人工合成氨的 研究又慘遭厄運(yùn)。后來才發(fā)現(xiàn)，他在計(jì)算時(shí)誤用一個(gè)熱力學(xué)數(shù)據(jù)，以致得到錯(cuò)誤的結(jié)論。 在合成氨研究屢屢受挫的情況下 ，哈伯知又t而進(jìn)，對(duì)合成氨進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究和實(shí)驗(yàn) ， 終在1908年7月在實(shí)驗(yàn)室用 N?和H1在600c ,200個(gè)大氣壓下合成出氨,產(chǎn)率僅有2% , 卻也是一項(xiàng)重大突破。當(dāng)哈伯的工藝流程展示之后 ，立即引起了早有用戰(zhàn)爭(zhēng)吞并歐洲稱霸世 界的野心的德國(guó)軍政要員的高度重視 ，為了利用哈伯，德國(guó)皇帝也屈尊下駕請(qǐng)哈伯出任 -德國(guó) 威廉研究所所長(zhǎng)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(nèi)，哈伯不僅提高了合成氨的產(chǎn)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(shí)，哈伯已為德國(guó)建成了無數(shù)個(gè) 大大小小的合成氨工廠、為侵略者制造了數(shù)百萬噸炸藥因而導(dǎo)致并蔓延了這場(chǎng)殃禍全球的 世界大戰(zhàn)。這就是第一次世界大戰(zhàn)德國(guó)為什么 能堅(jiān)持這么久的不解之謎的謎底。 當(dāng)事實(shí)真相大白于天下時(shí)，哈伯受到了世界各國(guó)科學(xué)家的猛烈抨擊 ，尤其當(dāng)他獲得1918 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)時(shí)，更激起世界人民的憤怒。 人工合成氨實(shí)驗(yàn)的成功令人歡心鼓舞 ，它對(duì)工業(yè)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)際科技的重大意義是不 言而喻的。但對(duì)三位杰出的科學(xué)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(xué)問要有鍥而不舍的精神 ，堅(jiān)韌不拔的毅力和一絲不茍 的工作作風(fēng)，而哈伯墮落使人們清楚看到一個(gè)對(duì)人類發(fā)展有著巨大貢獻(xiàn)的科學(xué)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