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。

2．请你尝试为合成氨选择适宜条件。

3．在确定合成氨的适宜条件的过程中，你遇到了哪些困难?你是怎样解决的?

4．为了提高合成氨生产的能力，你认为还可以在哪些方面做进一步改进?

催化剂对合成氨反应速率的影响

四．-合成氨的适宜条件的选择

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讨论:

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?

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?

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？

总结：合成氨适宜条件

催化剂------铁

温度-------700K左右

根据设备动力选择压强-----1×107~ 1×108Pa

N2∶H2投料比--------1∶2.8

及时分离----氨气

五．化工生产适宜条件的选择的一般原则

在化工生产中，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量。以上两点是选择反应条件的出发点，当两者发生矛盾时，要结合具体情况分析，找出最佳的反应条件。

1．对于任意可逆反应，增大反应物的浓度，能够提高反应速率和转化率，故生产中常使用廉价的、易得到的原料适当过量，以提高另一种原料的转化率，还要注意原料的循环利用。2．对于气体体积减少的反应，增大压强使平衡向生成物方向移动，但增大压强，动力消耗增加，对设备要求高，使生产成本提高，故必须综合考虑。

3．对放热反应，升高温度可以提高反应速率，但转化率降低；若温度太低，则反应速率太慢，故一般要使用适当的催化剂，对于吸热反应，升高温度可以提高反应速率，转化率也增大；但是要避免反应物和生成物状态的变化及过热分解，所以应该选用适当的温度。

4．使用催化剂可以加快反应速率但不影响化学平衡移动，但使用时一要注意选择适当的温度（满足催化剂的活性温度），二是要防催化剂中毒，对原料进行净化。

六．检测题

1. 可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，达到平衡后，为了使氢气的转化率增大，下列选项中采用的三种方法正确的是()

A．升高温度、降低压强、增加氮气

B．降低温度、增大压强、加入催化剂

C．升高温度、增大压强、增加氮气

D．降低温度、增大压强、分离出部分氨气

2. 对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施以高压，下列叙述中正确的是()

A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响

B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间

C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响

D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用

3. 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()

A．高温，高压B．适宜温度，高压，催化剂

C．低温，低压D．高温，高压，催化剂

4. 某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)2M(g)ΔH<0。下列有关该工业生产的说法正确的是()

A．工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成

B．若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率

C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高

D．工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量

5. 下列有关工业生产的叙述正确的是()

A．合成氨生产过程中将NH3液化分离，可加快正逆反应速率，提高N2、H2的转化率B．硫酸厂靠近原料产地比靠近硫酸消费中心更为有利

C．由于2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，所以硫酸生产中常采用高压条件提高SO2的转化率D．充分利用硫酸厂生产过程中产生的“废热”，可使硫酸厂向外界输出大量的能量

6. 合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图所示。

(1)X的化学式为________。

(2)图中条件选定的主要原因是________(填字母编号)。

A．温度、压强对化学平衡的影响

B．铁触媒在该温度时活性大