最新高中化学《化学反应条件的优化——工业合成氨》精品教案精品版

2020年高中化学《化学反应条件的优化——工业合成氨》精品

教案精品版

第4节化学反应条件的优化————工业合成氨

【教学目标】

１.了

解如何

应用化

学反应

速率和

化学平

衡原理

分析合

成氨的适宜条件；

２.了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异；

３通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的控制在工业生产中的重要作用。

【教学重难点】：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。

【课前预习区】

假如你是合成氨工厂的厂长，根据所学知识，讨论如何加快合成氨反应的速率？若要提高合成氨的产量，还应该考虑什么？

【课堂互动区】

【交流·研讨1】分析合成氨反应的特点:

N 2(g)+3H

2

(g)2NH

3

(g)

已知298K时: △H= -92.2KJ·mol—1，△S = -198.2J·K—1·mol—1【结论】：一、合成氨反应特点

（1）__ ___反应（2）正反应为__ ___反应（3）正反应为气体体积___ 的反应（4）常温下(298K)为___ __（“可以”“不可以”）自发的反应

【问题】分析工业生产主要考虑哪些问题？

另外还要考虑生产中的消耗能源、原料来源、设备条件、环境保护等因素。【温故知新】影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些?（表一）

【学以致用】（表二）工业合成氨适宜条件的选择

研讨的问题

化学反应速率化学平衡气体压强

温度

催化剂

浓度

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

H= -92.2KJ·mol-1

使NH3生产的快

即：速率分析

使NH3生产的多

即：平衡分析

气体压强

温度

催化剂

反应物的浓度

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研讨的内容研讨结果1、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？

压强怎么定？

2、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？温度怎么选

择？

3、催化剂对化学平衡的移动没有影响，在合成氨工业中要不要使用催化剂，为什么？要不要用催化

剂？

条件Ea /KJ.mol-1k(催)/k(无)反应速率常数

无催化剂335

3.4×1012 (700k)

使用Fe催化剂167

【思考.自学.解决】

实验研究表明，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: ν =κC(N2)C1. 5(H2)C—1(NH3) ，

阅读课本第68页，分析下列问题，完善下表

（1）各物质的浓度对反应速率有哪些影响？

（2）增大哪种反应物的浓度对反应速率影响更大一些？氨为什么要及时分离？（3）氮气和氢气投料比为什么是 1:2.8 ?

（4）氮气氢气为什么循环使用？

【结论】（表四）

二、合成氨的适宜条件的选择

条件工业合成氨的适宜条件

压强

温度

催化剂

浓度

【小结·反思】

工业上利用某可逆反应生产产品：

1、一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经

济效益；

2、选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度；

3、选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备

等。

（即：不能只追求高反应速率，也不能只追求高转化率，而应寻找以较高的反应速率获得适当的平衡转化率的反应条件。还应该考虑原料的价格、未转化的反应物的循环使用、反应热的综合利用等问题。）

【思考】从反应条件的选择的角度分析:你认为合成氨工业的发展方向是怎样的？

【信息支持】

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·mol-1 △S = -198.2J·K-1·mol-1

298K下合成氨反应的平衡常数K为４.１×１０６（mol·L-1)-2

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不同压强SO 2的转化率（%） 1.01×105

Pa

5.05×105Pa

1.01×106Pa

5.05×106Pa

1.01×107

Pa

450℃ 97.5% 98.9% 99.2% 99.6% 99.7% 500℃ 85.5%

92.9%

94.9%

97.7%

98.3%

（1）从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化 硫，可控制的条件

是

（2）实际生产中，选定400℃～500℃作为操作温度其原因是

。

（3）实际生产中，采用的压强为常压，其原因是 （4）在生产中，通入过量空气的目是

。

(5)尾气中有SO 2必须回收是为

了 。