高二化学教案-第四节合成氨条件的选择 最新

好的经济效益
第四节 合成氨条件的选择
教学目标
1、应用化学反应速率和勒沙特列原理选择合成氨的适宜条件。

2、了解合成氨工业的简要流程。

教学重点
选择合成氨工业生产适宜条件的依据
教学难点
选择合成氨工业生产适宜条件的依据
教学方法
分析、归纳、讲练结合
教学啊安排
1课时
教学过程
【复习】
1、影响平衡的条件
2、勒沙特列原理。

【新授】 【讲述】
教学过程：
一、合成氨工业简介
1909年德国化学家哈伯成功建立了第一套合成氨的实验装置，产量80g/小时。

1913年德国化学工程专家波施建立了第一个工业规模的合成氨工厂，产量为7000吨/年，所以合成氨的方法又叫做哈伯-波施法。

目前，全球氨产量大约为650万吨/年。

近年来，合成氨装置大型化是世界合成氨发展的主流趋势。

现世界最大单系列合成氨装置为阿根廷Profertil 公司的2050吨/天装置；而3000吨/天(约100万吨/年)的单系列合成氨装置将于2005年投产，4000吨/天规模的装置也已完成初步设计。

目前我国合成氨产量已居世界第1位，但单系列装置规模较小，已经无法适应世界合成氨的发展趋势。

据有关资料统计，我国合成氨平均规模为5万吨/年。

而俄罗斯的平均规模为40万吨/年；美国为30万吨/年以上。

【谈谈感想】
【过渡】：合成氨工业对一个国家的化工工业、国防工业以及农业都有着重要的意义。

今天我们就将运用我们学过的知识一起来研究、探讨合成氨工业中生产条件的选择问题。

【情景设置】
假如你自己就是一个合成氨工厂的厂长，你最关心的是什么？对整个生产过程会有怎样的要求？
【归纳】 “提高单位工作时间内产品的产量”
产品生产周期短（生产的快）
产品的产率高（生产的多）
【过渡】要我们又该如何去具体地做才能达到这样的要求呢？我们先来看几个问题。

1、合成氨反应的化学方程式为：N 2+3H 2 2NH 3（正反应为放热反应），分析该反应的特点。

2、反应特点：
①正反应为放热反应。

②合成氨的反应是气体体积缩小的反应。

③N2很稳定，决定反应较缓慢。

【归纳】一个正反应为放热的、气体体积缩小的可逆反应。

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【归纳】结论：理论分析，化学反应速率和化学平衡对压强的要求是一致的，而对温度的要求是矛盾的。

（有统一，有矛盾）
【过渡】而在实际选择条件时，除了要综合考虑两者影响的统一性和矛盾性，还应对工业生产过程中的实际和特点加以分析。

结合列下列讨论题
【讨论题】
（1）既然增大压强能提高反应速率和氨的产量，那是否工业上采用的压强越大越好？（2）降低温度有利于氨气的生成，那是否温度越低越好？
（3）催化剂对化学平衡并没有影响，那为何工业上还要使用催化剂？
【归纳】
二、工业合成氨的适宜条件
（1）条件选择要求：
①能加快反应速率
②提高原料转化率
③提高单位时间内的产量
④对设备材料要求不能太高。

（2）合成氨的适宜条件：
1、压强：20MPa～50MPa（符合勒沙特列原理，受动力、材料、设备等实际条件的影响）
2、温度：500℃左右（温度过低，速率过慢，不经济；还应考虑催化剂的活性对温度的要求）
3、催化剂：铁触媒（加快反应速率，大大缩短到达平衡的时间）
4、浓度： N2、H2的再循环并及时补充N2和H2（增大反应物的浓度）
及时将氨冷却并从平衡气体中分离（降低生成物的浓度）
【小结】 合成氨的方程式（条件）：N 2+3H 2 2NH 3
N 2+3H 2 2NH 3 【简介】
合成氨简要流程及合成塔介绍：
原料气制备 净化 压缩 合成 液氨
2、N 2循环使用
【思考】：通过学习合成氨条件的选择，我们一起来归纳一下在化学工业中选择适宜化工生产条件的原则。

三、选择适宜生产条件的原则：
1、 既要考虑外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的一致性，又要注意外界条件 对两者影响的矛盾性。

2、 既要注意温度、催化剂对化学反应速率影响的一致性，又要注意温度对催化剂 活性的影响。

3、既要注意理论上的要求，又要注意实际操作中的可能性。

【归纳总结】辩证唯物主义：理论联系实际，科学、全面地分析问题。

科学技术是第一生产力
————直接影响着生产条件的不断改进 【介绍】
四、原料气的制备： 1、N 2 ： ①分离液态空气
②空气和炽热的碳反应得CO 2 ③再通过净化、除杂、干燥等得到。

2、H 2：
水煤气法：C + H 2O === CO + H 2
CO + H 2O === CO 2 + H 2
再通过净化、除杂、干燥等得到。

【讲述】
五、有关概念---转化率与产率 【讲述】
六、工业合成氨的前景
（一）要提高氨的产量，降低合成氨的成本，应该在哪些方面做研究呢？ 1、研制合成新的催化剂 2、研制新的耐高压材料 Fe 、500℃
20MPa ～50MPa
高温、高压
催化剂
高温
高温
Fe 、500℃
20MPa ～50MPa
N 2+3H 2 2NH 3（正反应为放热反应） 500℃
V 2O 5
2SO 2(g)＋O 2(g) 2SO 3(g)
（正反应为放热反应） 3、研制新的能产生高压的设备
（二）目前，有许多科学家都致力于新催化剂的研究，假设找到了新的能在低温条件下具有很好催化效果的催化剂，有必要进行新的耐高压材料的研究吗？（有必要，两者不矛盾） 【练习】
将对空气的相对密度为0.293的N 2和H 2的混合气体送入合成塔.若从合成塔中排出的气体对H 2的相对密度是5(条件与原来相同),求此时N 2的转化率.
【作业】教材后第三题
作业布置
作业时间：9月21日 【课堂重温】
【提升练习】
1、硫酸工业中有一步反应为： ；
而合成氨反应为: 。

两个反应的条件是否
相同？从化学平衡角度分析两个反应特点是否相同？试分析其中原因。

（已知常压下平衡时SO 3的体积分数为91﹪）
2、合成氨时，既要使合成氨的产率增大，又使反应速率增快，可采取的办法是（ ） A ．不断充入 N 2、H 2 B ．升高温度 C ．增大压强 D ．分离出 NH 3
3、合成氨所需的 H 2 可由煤和水蒸气反应而制得，其中一步的反应为：CO+H 2O CO 2+H 2
（正反应放热），下列措施中，能提高CO 转化率的是（ ）
A ．增大压强
B ．降低温度
C ．增大水蒸气浓度
D ．增大浓度
4、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（ ）
A
．①②③④ B ．①③②④ C ．④③②① D ．②③④①。