《化学反应条件的优——工业合成氨》教案

《化学反应条件的优--工业合成氨》教案

教材分析

本节教材体现了化学反应速率和平衡移动原理等理论对工业生产实践的指导作用，同时在运用理论的过程中，也可进一步加深学生对所学理论的理解。

教材分为两部分：第一部分主要是通过讨论引导学生运用化学反应速率和化学平衡原理等知识，并考虑合成氨生产中动力、设备、材料等的实际情况，合理地选择合成氨的生产条

件。第二部分是拓宽思路方面的内容，主要是探讨合成氨的发展前景。

在第一部分内容中，教材针对合成氨的反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应，

首先要求学生利用已学过的知识，讨论为使合成氨的化学反应速率增大所应采取的方法。在此基础上，又据实验数据讨论为提高平衡混合物中：•：的含量所应采取的方法。在两个讨

论的基础上，教材又结合合成氨生产中动力、材料、设备、催化剂的活性等实际情况，较具体地分析了合成氨时压强、温度、催化剂等的选择情况。此外，还结合合成氨生产过程示意图，简单提及浓度等条件对合成氨生产的影响，以及原料的循环使用等问题，以使学生理解

合成氨条件的选择应以提高综合经济效益为目的。

第二部分教学在第一部分的基础上讨论合成氨的发展前景，拓宽学生的思路，主要目的

不在于知识本身，而更多地应侧重于培养学生的创新精神和训练科学方法。

教学建议

第一部分“合成氨条件的选择”的教学：

1 •提出问题：针对合成氨的反应，首先需要研究如何在单位时间里提高」二-的产量，这是一个化学反应速率问题。

2 •复习提问：浓度、压强、温度、催化剂对化学反应速率影响的结果。

3 •组织讨论：

①为使合成氨的反应速率增大，应采取的方法。

②合成氨反应是可逆反应，在实际生产中，仅仅考虑单位时间里的产量问题（化学反应速率问题）还不行，还需要考虑如何最大限度地提高平衡混合物中」工一的含量问题（化学平衡的

移动问题）。

③针对合成氨的反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应，要求学生利用已学过的知

识，讨论为最大限度地提高平衡混合物中二一的含量所应采取的方法。

4•阅读图表实验数据印证理论：学生通过阅读表2-4的实验数据可知，应用平衡移动原理

得出的结论与科学实验的结果是完全一致的，这会大大提高学生的学习兴趣。

5.综合上面的讨论情况，同时综合考虑合成氨生产中动力、设备、材料等的实际情况，具体地研究合成氨条件的选择问题。此外，要结合合成氨生产过程示意图，简单提及浓度对合

成氨生产的影响以及原料的循环使用等问题，以使学生理解合成氨条件的选择应以提高综合

经济效益为目的。

第二部分“合成氨工业发展前景”的教学

1 •从合成氨工业的发展简况入手，以压强选择的变化为例，说明合成氨条件的选择是与科技进步、动力、材料、设备等条件的改善紧密相联系的，并仍将随之而作相应的改变。

2 •目前研究课题简介：结合简介，可向学生提出一些问题，启发学生思考，拓宽学生的思

路，使学生的科学方法得到训练，如研究催化剂的目的是什么？新催化剂的研制成功，使合成氨反应可在较低温度下进行，是否会减缓合成氨生产中对压强的要求而减少设备制造的投资？等等。

配合目前研究课题的简介，教材编写有“化学模拟生物固氮”的阅读材料，可让学生阅读，要求学生拓宽思路、设想甚至想象。

合成氨条件的选择

1 •压强。增大压强，有利于亠一一的合成，但在实际市产中，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

采用的压强是一.in1：.二匚—

2 •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500C的温度，此时催化剂的活性最大。

3•催化剂。由于分子非常稳定，与二：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。为了加快化合反应速率，降低反应所需要的能量，合成氨工业普遍使用铁触媒作催化剂。

在实际生产中，不断补充二-（增大反应物浓度），采取迅速冷却的方法（减小生

成物浓度），使气态氨变成液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

着生成亠'亠-一的方向移动。

合成氨化学发展史上的“水门事件”

在探索合成氨崎岖的道路上，它不仅使两位杰出的化学家勒沙特列和能斯特折戟蒙羞，而且使一位对人类社会发展作出巨大贡献并因此获得诺贝尔化学奖的哈伯堕落成为助纣为虐与人民为敌的可耻下场。后来人民把合成氨称为化学发展史上的“水门事件”。

1900年，法国化学家勒沙特列在研究平行移动的基础上通过理论计算，认为和：一

在高压条件下可以直接化合生成氨，接着，他用实验来验证，但在实验过程中发生了爆炸。他没有调查事故发生的原因，而是觉得这个实验有危险，于是放开了这项研究工作，他的合成氨实验就这样夭折了。后来才查明实验失败的原因，是他所用混合气体中含有I ,在

实验过程二I和L发生了爆炸的反应。

稍后，德国化学家能斯特通过理论计算，认为合成氨是不能进行的。因此人工合成氨的

研究又惨遭厄运。后来才发现，他在计算时误用一个热力学数据，以致得到错误的结论。

在合成氨研究屡屡受挫的情况下，哈伯知难而进，对合成氨进行全面系统的研究和实验，

终在1908年7月在实验室用'和在600 °C, 200个大气压下合成出氨，产率仅有2 %,

却也是一项重大突破。当哈伯的工艺流程展示之后，立即引起了早有用战争吞并欧洲称霸世

界的野心的德国军政要员的高度重视，为了利用哈伯，德国皇帝也屈尊下驾请哈伯出任德国

威廉研究所所长之职。而恶魔需要正好迎合了哈伯想成百万富翁的贪婪心理。从1911年到1913年短短的两年内，哈伯不仅提高了合成氨的产率，而且合成了1000吨液氮，并且用它

制造出3500吨烈性炸药TNT到了1913年的第一次世界大战时，哈伯已为德国建成了无数个大大小小的合成氨工厂、为侵略者制造了数百万吨炸药因而导致并蔓延了这场殃祸全球的世界大战。这就是第一次世界大战德国为什么能坚持这么久的不解之谜的谜底。

当事实真相大白于天下时，哈伯受到了世界各国科学家的猛烈抨击，尤其当他获得1918年诺贝尔化学奖时，更激起世界人民的愤怒。

人工合成氨实验的成功令人欢心鼓舞，它对工业，农业生产和国际科技的重大意义是不

言而喻的。但对三位杰出的科学家而言则是黑色的“水门事件”。勒沙特列和能斯特的失误

则给人们有益的启示，那就是：搞学问要有锲而不舍的精神，坚韧不拔的毅力和一丝不苟的

工作作风，而哈伯堕落使人们清楚看到一个对人类发展有着巨大贡献的科学家由于自己的贪婪而堕落成为人