化学反应条件的优化(教案)
第三节 化学反应条件的优化——工业合成氨
【议一议】 议一议】 1.化学反应速率快,转化率一定高吗? . 学反应速率快,转化率一定高吗? 答:化学反应速率是描述反应进行快慢的物理量,反应快但转化率 学反应速率是描述反应进行快慢的物理量, 定高,但是单位时间内产物的产量大。 不一 定高,但是单位时间内产物的产量大。 2.在合成氨的适宜条件中,①500℃ .在合成氨的适宜条件中, ℃ ②采用2×107 Pa~5×107 Pa 采用 × ~ ×
1.化工生产适宜条件的选择原则 . 化工生产选择适宜条件的目的是尽可能加快反应速率和提高反应进行的程 节约能源和成本。依据外界条件对反应速率及化学平衡影响的规律, 度,节约能源和成本。依据外界条件对反应速率及化学平衡影响的规律, 其原则是: 其原则是: (1)对任一可逆反应,增大反应物浓度,能提高反应速率和部分 或全部 反 对任一可逆反应,增大反应物浓度,能提高反应速率和部分(或全部 或全部)反 对任一可逆反应 应物的转化率。 应物的转化率。实际生产中常利用提高廉价易得原料的浓度来提高另一原 料的转化率,如合成氨中 过量、工业制硫酸中O 过量等。 料的转化率,如合成氨中N2过量、工业制硫酸中 2过量等。
1.合成氨反应是一个 放热 反应,同时也是气体的物质的量 减小 的反应。 . 反应, 的反应。 因此, 温度、 压强将有利于化学平衡向生成氨的方向移动, 因此, 降低 温度、 增大 压强将有利于化学平衡向生成氨的方向移动, 在一定的温度、压强下,反应物氮气、氢气的体积比为 1∶3 时,平衡混 在一定的温度、压强下,反应物氮气、 ∶ 合物中氨的含量最高。 合物中氨的含量最高。 2.在特定条件下,合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为: .在特定条件下,合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为: v=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3) 。 =
高中化学_第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨教学设计学情分析教材分析课后反思
教学设计第 4 节 化学反应条件的优化——工业合成氨1.知道如何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。
2.初步学会应用化学原理选择化工生产条的思想和方法。
(难点)3.形成用辩证唯物主义观点(对立统一 的观点)看待物质 、看待世界的习惯 。
重点: 知道如何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。
难点:初步学会应用化学原理选择化工生产条的思想和方法。
自主学习 合作交流 多媒体教师活动 学生活动【复习回顾】我们前面学习了化学 反应方向和限度,化学反应速率的 知识,首先对前三节的知识进行简 单复习提名让学生回答 ,并点评 指导把复习回顾内容用于分析合 成氨反应指导学生阅读学习目标 图片导入氮肥 , 引入合成氨 阅读一篇小文章,引入氨从发现到 工业化生产为什么耗时那么长? 拓宽思路【板书】化学反应条件的优化 ——工业合成氨【 引导】氨从发现到工业化生产为 耗时那么长是因为要综合考虑的 问题比较多引出目的: 多、快、好、省口述填写表格 观看本节学习目标 阅读文章学生回答:化学反应限度、速率、能耗、环 保…… 学生听讲重点难点教学方法 教学用具 教学过 程 复习回顾导入新知 新 课 引 入设计意图学习目标判断合成氨反应能否自发进行合成氨反应的限度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 ·m ol-1△S=-198.2J · K-1· mol- 1 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。
从焓变角度考虑容易自发进行,但从熵变角度考虑又出现矛盾?如何考虑呢?【板书】合成氨反应的方向△H-T△S<0 能自发进行引导学生从多开始探讨反应条件【活动探究】请同学们根据合成氨反应的特点,利用影响化学平衡移动的因素,理论分析什么条件有利于氨的合成?【板书】一、合成氨反应的限度【点拨】给与数据资料支持,如图2-4-3 所示,在不同反应温度、压强下反应达平衡时,平衡混合物中氨含量的测定结果与上述理论分析结果一致。
高二《化学反应原理》第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨 优质课示范课
64.2 38.2 19.1 9.1
71.0 47.0 26.4 13.8
84.2 65.2 42.2 23.1
92.6 79.8 57.5 31.4
【想一想】
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH =-92.2 kJ·mol-1
根据外界条件对反应速率和反应限度的影响,
请为工业合成氨选择合适的条件:
Pa
Pa
Pa
Pa
15.3 2.2 0.4 0.1 0.05
81.5 52.0 25.1 10.6 4.5
86.4 64.2 38.2 19.1 9.1
89.9 71.0 47.0 26.4 13.8
95.4 84.2 65.2 42.2 23.1
98.8 92.6 79.8 57.5 31.4
【想一想】思考相同压强时升高温度,反反应应的的程程度度减如小何。变化?
体会课堂探究的乐趣, 汲取新知识的营养, 让我们一起 走 进 课 堂 吧!
【拓展视野】
19世纪以前,有远见的化学家曾指出:考虑到将来的 粮食问题,为使子孙后代免于饥饿,必须寄希望于科学家 能实现大气固氮——将空气中丰富的氮固定下来并转化为 可被利用的形式。德国化学家哈伯在1913年实现了合成氨 的工业生产,满足了20世纪人口由30亿增至 60亿对粮食的需求,因此人们赞扬哈伯是 “用空气制造面包的圣人”。
弗里茨·哈伯
利用氮气、氢气为原料合成氨的工业化生产曾是一个
较难的课题,从第一次实验室研制到工业化投产,约经历
了150年的时间。
反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)看起来十分简单,为
什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的过程?合成氨
2.4 化学反应条件的优化—工业合成氨
T—思考考虑:催温化度剂是的否活越化高温越度好,?必须保持高活性;
P—考虑设备的耐压能力;
考虑催化剂的活性
C—考虑反压应强物是的否最越佳大的越投好料?比例,一般为系数比,及时移出产物;
催化剂—①催化剂中毒,及使用寿命
②催化剂的活化温度范围考,虑催设化备活的性耐最压高能的力点。
还需要考虑哪些问题?
【研讨结果】
浓度 压强 温度 催化剂
使生产氨气快 (速率分析) 增加反应物浓度
高压 高温 使用
使生成氨气多 (平衡分析) 增加反应物浓度
高压 低温
无影响
n(N2)︰n(H2)= 1︰在2.特8 定条件下,合成氨反应的速率与反应的物质的浓
NH3%
度的关系为: ν =kC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)
请你根据关系式分析:各物质的浓度对反应速率有哪
外部条件 压强
工业合成氨的适宜条件 1×107~1×108 Pa
温度 催化剂
浓度
适宜温度(700K左右) 催化剂活性大
使用铁触媒作催化剂 N2和H2的物质的量比为1︰2.8的投料比, 氨及时 从混合气中分离出去
知识拓展:工业合成氨的生产流程
Thank you for watching !
-33.14 kJ·mol-1<0 因为ΔH-TΔS <0 ,298 K下合成氨反应能自发进行。 合成氨反应298K时的平衡常数K=4.1×106(mol·L-1)-2
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH =-92.2 kJ·mol-1
根据外界条件对反应速率和反应限度的影响, 请为工业合成氨选择合适的条件:
0.6
些影响?可以采取哪些措施来提高反应速率?
高中化学《化学反应条件的优化——工业合成氨》教案
高中化学《化学反应条件的优化——工业合成氨》精品教案一、教学目标:1. 让学生了解工业合成氨的反应原理和过程。
2. 使学生掌握化学反应条件的优化方法。
3. 培养学生的实验操作能力和科学思维。
二、教学内容:1. 工业合成氨的反应原理及过程。
2. 影响化学反应速率的因素。
3. 化学反应条件的优化方法。
4. 实验操作技巧及注意事项。
三、教学重点与难点:1. 工业合成氨的反应原理及过程。
2. 影响化学反应速率的因素。
3. 化学反应条件的优化方法。
四、教学方法:1. 采用多媒体课件辅助教学,直观展示反应原理和过程。
2. 进行实验操作演示,引导学生动手实验。
3. 采用问题驱动教学,引导学生思考和探讨。
五、教学过程:1. 导入新课:介绍工业合成氨的重要性和应用领域。
2. 讲解反应原理:阐述工业合成氨的反应过程及化学方程式。
3. 分析影响反应速率的因素:温度、压力、催化剂等。
4. 讲解化学反应条件的优化方法:如何提高反应速率,降低成本。
5. 实验操作演示:引导学生动手进行实验,观察实验现象。
7. 布置作业:巩固所学知识,提高学生的实际应用能力。
六、教学评价:1. 采用课堂问答、讨论的形式,评估学生对工业合成氨反应原理的理解程度。
2. 通过实验操作,评价学生对化学反应条件优化方法的掌握情况。
3. 布置课后作业,评估学生对课堂所学知识的吸收和应用能力。
七、教学资源:1. 多媒体课件:用于展示工业合成氨的反应原理、过程及影响因素。
2. 实验器材:用于引导学生动手实验,优化化学反应条件。
3. 教学参考书:提供更深入的理论知识,帮助学生拓展视野。
八、教学进度安排:1. 第1-2课时:介绍工业合成氨的反应原理及过程。
2. 第3-4课时:分析影响化学反应速率的因素。
3. 第5-6课时:讲解化学反应条件的优化方法。
4. 第7-8课时:实验操作演示与实践。
九、教学反思:在教学过程中,关注学生的学习反馈,及时调整教学方法和节奏。
针对学生的薄弱环节,加强针对性辅导。
化学反应条件的优化——工业合成氨教案
化学反应条件的优化——工业合成氨教案一、教案概述本节课是关于化学反应条件优化的实践教案,以工业合成氨为例进行讲解。
通过本课的学习,学生将了解到工业合成氨反应的原理、反应条件以及反应条件优化的重要性。
二、教学目标1.理解工业合成氨反应的原理;2.熟悉工业合成氨反应的常见条件;3.了解如何优化工业合成氨反应的条件。
三、教学内容及安排1.工业合成氨反应的原理介绍(10分钟)1.1反应方程式:N2+3H2→2NH31.2反应原理:利用铁催化剂,在高压和高温条件下将氮气和氢气反应生成氨气。
2.工业合成氨反应的常见条件(20分钟)2.1温度条件:常用温度为400-500°C。
2.2 压力条件:反应需要高压环境,常用压力为100-250 atmospheres。
2.3催化剂:常用的催化剂为铁,常与铝、钙等材料进行混合制备。
2.4反应时间:通常需要较长的反应时间,一般为12-24小时。
3.工业合成氨反应条件优化(30分钟)3.1温度优化:随着温度的升高,反应速率会提高,但是也会导致副反应的增加,因此需在速率与选择性中寻找平衡点。
3.2压力优化:随着压力的增加,氮气和氢气的压力差减小,反应动力学变得更有利,但是高压条件下的设备成本较高,需要紧密控制系统的安全性。
3.3催化剂优化:改变催化剂的组成、制备方法和载体等,可以提高反应速率和选择性。
3.4反应时间优化:通常较长的反应时间会使得反应达到平衡,但是长时间反应使得设备利用率较低,需要平衡利用率和产量之间的关系。
4.案例分析及讨论(20分钟)4.1案例一:温度和压力的优化4.2案例二:催化剂优化4.3案例三:反应时间的优化5.课堂小结及延伸(10分钟)5.1课堂小结:总结工业合成氨反应条件的优化方法,并强调其重要性。
5.2延伸学习:推荐学生深入了解其他工业反应条件的优化方法。
四、教学方法及手段1.讲授法:通过讲解工业合成氨反应的原理以及反应条件,向学生传递知识。
培养学生化学变化观念与平衡思想的教学设计——以《化学反应条件的优化-工业合成氨》的为例
279 决定的基本草案。
该草案将根据每个人的资料提交给党支部、行政办公室和负责工作的小组[2]。
经审议,学校管理专家将对草案进行审查,这一想法可以得到充分肯定。
只有这样,校长才能行使决策权,签署和执行决策权。
这种教务行政管理在校长、教职员工、党政工作小组和教务管理专家的参与下实施分级管理,使决策更加科学。
只有重视营造民主的管理氛围,敢于完善制度,创新管理,才能保证学校教育质量。
四、对高中教务管理工作加强创新1.教学管理创新。
在高中教务管理中,教学管理主要由教学效果管理和教学评估组成。
目前,大多数高中在执行相关管理工作的过程中都会采用评估方法来评估教学效果,但是他们不知道课程结束后的效果。
因此,教务管理系统应将生命周期的概念引入教学管理中,并将初步调查和结果跟踪调查纳入管理系统。
例如,根据社会的实际需要,学生入学前,必须科学制定相应的培训计划。
各学科的教师必须加强对本学期教学目标的研究,并据此制定教学计划,然后通过课程评估来评价学生的学习效果和教学计划,并将学校的调查结果反馈给教师,以利于课程的调整。
2.加强信息管理。
信息化是当前社会发展的趋势。
管理的实施和部署可以通过信息技术来实现。
学校现在提倡教务管理的信息化。
因此,高等学校应该引进先进的信息技术和信息系统,并建立与学校学生发展相适应的信息管理系统。
在建立信息管理的基础上,加强信息共享和沟通。
只有加强教务管理信息化和管理系统的建设,才能实现教务管理信息的共享和交流,才能提高学校的教务管理水平。
3.明确分工,提高管理人员能力。
在扎实的理论基础上,根据自己的生活经验,改善学校管理中的问题,不断加强理论更新,提高管理者的能力。
学校教务管理是一项复杂的任务,要求管理人员具有良好的协调能力。
加强师生,学校与教务处之间的协调,更好地开展学校教育管理。
要发现师生之间的问题,应加强调查工作,并及时与师生沟通。
然后对这些问题进行合理调整,以有效促进学校教学的发展。
化学反应条件优化
化学反应条件优化化学反应条件优化是指通过改变反应的温度、压力、物质浓度、催化剂等条件,以达到最佳的反应结果和经济效益。
本文将从这些方面逐一探讨化学反应条件优化的原理和方法。
一、温度优化反应温度是影响化学反应速率和选择性的重要因素。
在温度过低时,反应可能会很慢,无法达到预期的反应速率和转化率。
而在温度过高时,反应可能会产生副反应或产物失活。
因此,确定适宜的反应温度非常重要。
温度优化的方法包括热平衡法、功率温度法和最佳反应速率法。
热平衡法是通过测定反应体系的热容和吸热或放热变化来确定最佳温度。
功率温度法是根据反应体系的动力学参数,并结合功率和温度的关系,来确定最佳温度。
最佳反应速率法是在一定温度范围内,测定不同温度下的反应速率,并绘制速率与温度的关系曲线,从中找到最佳温度点。
二、压力优化压力对于气相反应的平衡转化率和反应速率都有重要影响。
通过改变反应体系中的压力,可以实现反应的控制和优化。
压力优化的方法包括理论计算法、压力曲线法和设计实验法。
理论计算法是根据反应的热力学性质和动力学参数,通过计算得到最佳压力条件。
压力曲线法是在一定温度条件下,记录反应压力随时间的变化,从而确定最佳压力点。
设计实验法是通过系统地设计不同压力下的实验条件,比较不同条件下的反应结果,找到最佳压力条件。
三、物质浓度优化物质浓度是反应速率和转化率的重要影响因素之一。
通过调节反应体系中物质的浓度,可以实现反应的优化和控制。
物质浓度优化的方法包括计算方法、实验设计法和改变反应体系的构成。
计算方法是通过理论计算或数学模型来预测最佳物质浓度条件。
实验设计法是通过系统地设计不同物质浓度下的实验条件,比较不同条件下的反应结果,找到最佳物质浓度条件。
改变反应体系的构成可以通过添加溶剂、催化剂或其他助剂来改变物质浓度,从而实现反应的优化。
四、催化剂优化催化剂在化学反应中起着至关重要的作用。
通过选择适当的催化剂和调节催化剂的使用条件,可以提高反应速率和选择性。
化学反应条件的优化——工业合成氨
氢氮比
二、合成氨反应的速率
1、结合影响反应速率的因素,
思考什么条件 能使氨生成得快?
升高温度 增大压强 增大反应物浓度 使用催化剂
催化剂对合成氨反应速率的影响
条件
无催化剂 使用Fe催化剂
△ E /KJ/mol 335 3.4×1012(700k) 167 K(催)/k(无)
使用催化剂可使合成氨反应 的速率提高上万亿倍。
D、在合成氨反应中,使用催化剂能提高反应速率,使 氨的质量分数增加,从而增加氨的产量
4、氨的合成反应,生产中采用的适 宜条件是( D)。 A、低温、高压、适当的催化剂
B、高温、常压 C、尽可能高温、高压
D、适当的温度、适当的高压、适宜 催化剂
5.合成氨工业有下列流程:①
原料气制备;②氨的合成;③原 料气净化和压缩;④氨的分离。 其先后顺序为( B )
D.500℃左右比室温更有利于合成氨反应
3高温下,将氯化铵晶体加入处于平衡状态的合成 氨反应时,平衡不发生移动 B、在密闭容器中,当CaCO3 CaO + CO2处于平衡 状态时,再加入Na2O2固体,CaCO3的量会减少。 C、有固体参加的可逆反应达平衡后,若改变压强,不 会影响平衡的移动
合成氨厂的实地照片
1.有如下平衡体系:
CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) (正反应为放热反应),为了增加甲醇的 产量,应采取的正确措施是( C ) A.高温、高压 B.低温、低压 C.适宜的温度、高压、催化剂
D.高温、高压、催化剂
2.下列事实中不能用勒夏特列原理来解释 的是( BD ) A.工业制硫酸的过程中通入足量的空气, 可以提高SO2的产率 B.加入催化剂有利于合成氨反应 C.高压有利于合成氨反应
化学反应工程的实验设计与反应条件优化
化学反应工程的实验设计与反应条件优化实验设计和反应条件优化是化学反应工程中至关重要的环节。
通过合理的实验设计和精确的条件优化,可以实现反应高效进行,并提高产物纯度和收率。
本文将介绍化学反应工程实验的设计及反应条件优化的一般步骤和方法。
一、实验设计在化学反应工程的实验设计中,需要考虑以下几个关键因素:1.反应类型和反应物选择:根据反应类型确定反应物的种类和性质,如酸碱中和反应、氧化还原反应、配位反应等。
同时,需要根据反应物的性质选择适当的溶剂和催化剂。
2.反应条件初步设定:确定反应的温度、压力和摩尔配比等初始条件,这些条件基本上是根据文献资料或经验确定的,用于实验初步探索。
3.反应物的配制和实验装置的选择:按照摩尔比例准备反应物的溶液或混合物,并选择适当的实验装置,如反应釜、反应管、批量式、连续式或分步式等。
4.实验方案的制定:制定详细的实验方案,包括反应物的加入顺序、反应温度的控制、搅拌速度、反应时间和采样频率等。
5.实验过程的监测和记录:在实验过程中,需要定期监测反应物的消耗和产物的生成,同时记录实验条件的变化和观察到的现象。
二、反应条件优化实验设计完成后,可以根据实验结果进行反应条件的优化。
以下是一些常用的方法:1.单因素实验:在实验过程中,逐一改变反应条件,如温度、时间、催化剂用量等,观察反应变化对产物的影响,并找到最优条件。
2.响应面方法:通过设计正交试验表,系统地观察多个因素对反应结果的影响,并得到最佳组合条件。
3.动力学模型和仿真:根据反应机理建立反应动力学模型,通过模拟计算和优化算法预测最佳反应条件。
4.智能优化算法:运用遗传算法、模拟退火算法等智能优化算法,寻找最佳反应条件。
5.反应条件统计学方法:如正态分布、偏差分析、方差分析等统计学方法,通过数据处理找出最佳反应条件。
三、实验设计与反应条件优化的意义合理的实验设计和反应条件优化对于化学反应工程具有重要意义:1.提高产品纯度和收率:通过优化实验条件,可以减少副反应的发生,提高主反应产物的选择性,从而提高产品的纯度和收率。
初中化学反应条件问题教案
初中化学反应条件问题教案
教学目标:
1.了解反应条件的概念及其分类。
2.掌握常见反应条件的表达方式。
3.运用所学知识解答反应条件问题。
教学过程:
一、引入
老师介绍反应条件的概念,引导学生思考在化学反应中为什么要设置特定的条件。
通过举
例说明不同条件对反应结果的影响。
二、学习
1.讲解反应条件的分类:温度、压力、浓度、催化剂等。
2.讲解常见反应条件的表达方式,如写出化学方程式中的温度、压力等符号。
3.学生跟随老师一起练习书写反应条件。
三、练习
1.分发练习题册,让学生独立完成反应条件问题。
2.学生互相讨论交流解题思路,老师巡视指导。
四、总结
1.老师让学生交流分享解题过程中的心得体会,总结解题方法。
2.复习本课内容,确保学生对反应条件的理解和掌握。
五、作业布置
布置一些反应条件问题的作业,要求学生独立完成并及时交回。
教学反思:
根据学生的实际情况,灵活调整教学方法和内容,确保教学过程有效。
及时总结教学反馈,做好下节课的准备工作。
高中化学 第二章 第4节 化学反应条件的优化---工业合成氨
例2. 有平衡体系:CO(g)+2H2(g) ⇌CH3OH(g) ΔH<0,为了增加甲
醇(CH3OH)的产量,应采取的正确措施是( B )
A.高温、高压
B.适宜温度、高压、催化剂
C.低、低压
D.高温、高压、催化剂
例 3.硫酸是一种重要的化工产品,目前主要采用“接触法”进行生产。有关接触氧化反应 2SO2
1.反应原理
N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH(298 K)=-92.2 kJ·mol-1,ΔS=-198.2 J·K-1·mol-1。
2.反应特点
正反应是气体体积减小的反应,ΔH < 0,ΔS 0;吉布斯自由能
ΔG=
(公式)= -33.1 (298K时数值) < 0,常温下能自发
进行。
三、合成氨反应的适宜条件 1.合成氨反应适宜条件分析 工业生产中,必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条 件,既要考虑尽量增大反应物的 转化率,充分利用原料,又要选择较快 的速率 ,提高单位时间内的 产量 ,同时还要考虑设备的要求和技术 条件。
2.合成氨的适宜条件(课本80页)
序号 影响因素
选择条件
1
温度
反应温度控制在 700K 左右
2
物质的量
N2、H2投料比 1:2.8(78页)
3
压强
1×107~ 1×108 Pa(低压、中压、高压)
4
催化剂
选择 铁 作催化剂
例1.下列有关工业合成氨的叙述中正确的是(CD ) A.温度升高,不利于提高合成氨的反应速率 B.工业上选择合适的条件,可以使氮气全部转化为氨 C.合成氨反应平衡的移动受温度、浓度、压强等因素的影响 D.使用铁触媒,可以使氮气和氢气化合速率明显增大
高二化学反应原理教学设计1:2.4 化学反应条件的优化——工业合成氨 教案
第4节化学反应条件的优化——工业合成氨【教学目标】知识与技能1.使学生理解如何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。
2.使学生了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。
过程与方法1.教学时应以化学反应速率和化学平衡原理为主线,以合成氨知识为中心,结合工业生产的实际情况,将知识串联、拓展、延伸,培养学生的归纳思维能力。
2.在运用理论的过程中,可以进一步加深学生对所学理论的理解和提高知识的实际应用能力。
情感态度与价值观1.通过了解合成氨的全过程,可以激发学生爱科学、探索科学的热情。
2.通过合成氨前景的展望,激发学生学习兴趣,使学生体会化学学科中逻辑结构严谨深刻的科学美。
【教学过程】一. 合成氨的反应限度请同学们根据合成氨反应的特点,利用影响化学平衡移动的因素,分析什么条件有利于氨生成。
(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与H2的体积比为1:3时,平衡混合物中氨的含量最高)交流·研讨参阅65页合成氨反应是一个可逆反应:N2(g) +3H2(g)2NH3(g)。
已知298 K时:∆H==一92. 2 kJ·mol-1∆S=一198. 2 J·K一1·mol一1(提示:合成氨反应的特点:①可逆反应;②熵减小的反应;③正反应气态物质系数减小;④正反应是放热反应。
)1.请你根据正反应的焓变和熵变分析298 K下合成氨反应能否自发进行。
2.请你利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成。
[结论]高温,低压有利于化学平衡正向移动,N2,H2浓度比为1:3有利于化学平衡正向移动.二.合成氨反应的速率------阅读66页交流研讨[交流·研讨]1.结合影响反应速率的因素,思考什么条件能使氨生成的快答:升高温度增大压强增大反应物浓度使用催化剂2.实验表明,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答:ν=κC(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)3.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答:增大N2、H2浓度、将氨及时从混合气中分离出去三.合成氨的适宜条件[交流·研讨]1.根据合成氨反应的特点,应分别采取什么措施提高反应的平衡转化率和反应速率?请将你的建议填入下表。
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第4节化学反应条件的优化———工业合成氨
【三维目标】
知识与技能:
1. 使学生理解如何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。
2. 使学生了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。
过程与方法:
1. 教学时应以化学反应速率和化学平衡原理为主线,以合成氨知识为中心,结合工业
生产的实际情况,将知识串联、拓展、延伸,培养学生的归纳思维能力。
2. 在运用理论的过程中,可以进一步加深学生对所学理论的理解和提高知识的实际应
用能力。
情感态度与价值观:
1. 通过了解合成氨的全过程,可以激发学生爱科学、探索科学的热情。
2. 通过合成氨前景的展望,激发学生学习兴趣。
.
【教学过程】
[引入] 首先问大家一个问题:大家想不想当老板? (为什么想当老板?)
[板书] 第4节化学反应条件的优化——工业合成氨
[学生活动] 了解学习目标,内容框架
[提问]
1. 在化学必修—2中我们已经学习了工业合成氨的反应原理,是什么呢?
2. 合成氨反应的特点?
3. 选择生产条件的目的是什么?
4. 选择生产条件的依据是什么?
答案:
1 原理:N
2 + 3H2 2NH3(正反应为放热反应)
2 反应特点:①可逆反应
②正反应是放热反应
③正反应气体体积缩小
3尽可能加快反应速率和提高产物产率
4外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响
[学生活动]
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? (只需要估算即可)
[知识回顾]
运用所学有关知识填写下表:
化学反应速率化学平衡
温度
压强
催化剂
浓度
[教师引导并总结]
请同学们根据合成氨反应的特点,利用影响化学平衡移动的因素,分析什么条件有利于
提高氨的产率?
[板书] 有利于提高氨的产率的方法:低温高压增大N2或H2的浓度减小NH3的浓度[学生合作交流并展讲] 课本P66 “交流与研讨”
[教师带领学生分析]
1、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?
2、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?
3、在合成氨工业中要使用催化剂,既然催化剂对化学平衡的移动没有影响,为什么还要
使用呢?
4、能否用过量氮气提高氢气转化率?工业合成氨是否采用此方法?
[教师讲解]
1.温度。
合成氨为放热反应,低温有利于氨的生成。
但是温度越低,反应速率就慢,到达平衡所需要的时间越长,因而单位时间内产量低,这在工业生产中是很不经济的。
综合考虑各种因素,在实际生产上,采用700K的温度。
原因:速率较快,转化率适中,催化剂活性最大。
2.压强。
增大压强,有利于氨的合成,但在实际生产中,压强不可能无限制的增大,因为压强越大,需要的动力越大,对材料的强度和设备的制造要求也越高,势必增大生产成本,降低综合经济效益。
因此,受动力、材料、设备等条件的限制,目前我国合成氨厂一般采用的压强为低压(1×107Pa),中压(2×107Pa—3×107Pa),高压(8.5×107Pa—1×108Pa)三种类型。
3.催化剂。
由于N2分子非常稳定,N2和H2的化合十分困难,即使采用了加热与高压的条件,合成氨的反应还是十分缓慢。
为了加快反应速率,降低反应所需要的能量,合成氨工业普遍使用铁做催化剂,使反应物在较低温度下较快的进行反应。
4.浓度。
在实际生产中,不断补充N2、H2(增大反应物的浓度),采取迅速冷却的方法(减小生成物的浓度),使气态氨变成液态氨后及时从平衡混合物中分离出去,以促使化学平衡不断地向着生成NH3的方向移动。
工业上合成氨时主要需要考虑的因素为经济效益和社会效益:速度要快,原料的利用率要高,单位时间内的产量要高。
另外还要考虑生产中耗费的能源、原料、设备条件等因素。
[例题讲解]
已知2SO2(g)+O2(g)2SO3 (g) △H<0其实验数据见表
(1)应选用的温度是______。
(2)应采用的压强是______,理由是___________ [ 本节小结]
[ 当堂检测]
1. 氨的合成反应,生产中采用的适宜条件是()
A、低温、高压、适当的催化剂
B、高温、常压
C、尽可能高温、高压
D、适当的温度、适当的高压、适宜催化剂
2.在合成氨工业中,为增加NH3日产量,下列变化过程能使平衡向右移动的是()
A.不断将NH3分离出来
B.使用催化剂
C.采用700K左右的高温
D.采用低压
【板书设计】
第4节化学反应条件的优化——工业合成氨
1.原理:N2 + 3H2 2NH3(正反应为放热反应)
2.反应特点:①可逆反应
②正反应是放热反应
③正反应气体物质系数减小
3.
使氨生产多(平衡分析)
使氨生产快
(速率分析)
实际生产中适宜条件
压强高压高压1×107Pa—1×108Pa 温度低温高温700K
催化剂无影响加快铁
浓度增大N2、H2浓度;
减小NH3浓度
增大N2、H2浓度,
同时减小NH3浓度
N2:H2=1:2.8;
及时将NH3分离出去
4.生产过程简介
造气———净化———合成氨
【课题】工业合成氨【类型】教案【组名】理化组【序号】7号。