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合成氨條件的選擇

時(shí)間：2023-02-27 08:01:59 高三化學(xué)教案我要投稿

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合成氨條件的選擇

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)目標(biāo)

　　使學(xué)生理解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理，選擇合成氨的適宜條件；使學(xué)生了解應(yīng)用化學(xué)原理選擇化工生產(chǎn)條件的思路和方法。

能力目標(biāo)

　　培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解能力，及理論聯(lián)系實(shí)際的應(yīng)用能力和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

情感目標(biāo)

　　通過(guò)學(xué)生領(lǐng)悟理論知識(shí)對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐的指導(dǎo)作用，使學(xué)生樹(shù)立理論和實(shí)踐相結(jié)合的思想認(rèn)識(shí)；并通過(guò)知識(shí)的運(yùn)用培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和科學(xué)方法。

教學(xué)建議

教材分析

　　本節(jié)教材體現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)速率和平衡移動(dòng)原理等理論對(duì)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐的指導(dǎo)作用，同時(shí)在運(yùn)用理論的過(guò)程中，也可進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)所學(xué)理論的理解。
　　教材分為兩部分：第一部分主要是通過(guò)討論引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理等知識(shí)，并考慮合成氨生產(chǎn)中動(dòng)力、設(shè)備、材料等的實(shí)際情況，合理地選擇合成氨的生產(chǎn)條件。第二部分是拓寬思路方面的內(nèi)容，主要是探討合成氨的發(fā)展前景。
　　在第一部分內(nèi)容中，教材針對(duì)合成氨的反應(yīng)是一個(gè)放熱的、氣體總體積縮小的可逆反應(yīng)，首先要求學(xué)生利用已學(xué)過(guò)的知識(shí)，討論為使合成氨的化學(xué)反應(yīng)速率增大所應(yīng)采取的方法。在此基礎(chǔ)上，又據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)討論為提高平衡混合物中的含量所應(yīng)采取的方法。在兩個(gè)討論的基礎(chǔ)上，教材又結(jié)合合成氨生產(chǎn)中動(dòng)力、材料、設(shè)備、催化劑的活性等實(shí)際情況，較具體地分析了合成氨時(shí)壓強(qiáng)、溫度、催化劑等的選擇情況。此外，還結(jié)合合成氨生產(chǎn)過(guò)程示意圖，簡(jiǎn)單提及濃度等條件對(duì)合成氨生產(chǎn)的影響，以及原料的循環(huán)使用等問(wèn)題，以使學(xué)生理解合成氨條件的選擇應(yīng)以提高綜合經(jīng)濟(jì)效益為目的。
　　第二部分教學(xué)在第一部分的基礎(chǔ)上討論合成氨的發(fā)展前景，拓寬學(xué)生的思路，主要目的不在于知識(shí)本身，而更多地應(yīng)側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和訓(xùn)練科學(xué)方法。

教學(xué)建議
第一部分“合成氨條件的選擇”的教學(xué)：
1．提出問(wèn)題：針對(duì)合成氨的反應(yīng)，首先需要研究如何在單位時(shí)間里提高的產(chǎn)量，這是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)速率問(wèn)題。
　　2．復(fù)習(xí)提問(wèn)：濃度、壓強(qiáng)、溫度、催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響的結(jié)果。
　　3．組織討論：
　　①為使合成氨的反應(yīng)速率增大，應(yīng)采取的方法。
　　②合成氨反應(yīng)是可逆反應(yīng)，在實(shí)際生產(chǎn)中，僅僅考慮單位時(shí)間里的產(chǎn)量問(wèn)題（化學(xué)反應(yīng)速率問(wèn)題）還不行，還需要考慮如何最大限度地提高平衡混合物中的含量問(wèn)題（化學(xué)平衡的移動(dòng)問(wèn)題）。
　　③針對(duì)合成氨的反應(yīng)是一個(gè)放熱的、氣體總體積縮小的可逆反應(yīng)，要求學(xué)生利用已學(xué)過(guò)的知識(shí)，討論為最大限度地提高平衡混合物中的含量所應(yīng)采取的方法。
　　4．閱讀圖表實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)印證理論：學(xué)生通過(guò)閱讀表2－4的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，應(yīng)用平衡移動(dòng)原理得出的結(jié)論與科學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是完全一致的，這會(huì)大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
　　5．綜合上面的討論情況，同時(shí)綜合考慮合成氨生產(chǎn)中動(dòng)力、設(shè)備、材料等的實(shí)際情況，具體地研究合成氨條件的選擇問(wèn)題。此外，要結(jié)合合成氨生產(chǎn)過(guò)程示意圖，簡(jiǎn)單提及濃度對(duì)合成氨生產(chǎn)的影響以及原料的循環(huán)使用等問(wèn)題，以使學(xué)生理解合成氨條件的選擇應(yīng)以提高綜合經(jīng)濟(jì)效益為目的。

教師可結(jié)合討論過(guò)程，讓學(xué)生進(jìn)行歸納。

壓強(qiáng)

溫度

催化劑

濃度

為增大合成氨的反應(yīng)速度

增大

升高

加入

增加、的濃度

為提高平衡混合物中的含量

增大

降低

減小平衡混合物中的濃度

實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)中

20Mpa－

50MPa

500℃左右

鐵觸煤（500℃左右時(shí)活性最大）

使氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)并及時(shí)從平衡混合物中分離出去，及時(shí)補(bǔ)充和

　　第二部分“合成氨工業(yè)發(fā)展前景”的教學(xué)

　　1．以史明理：從介紹18世紀(jì)末到20世紀(jì)初這100多年里合成氨工業(yè)的發(fā)展簡(jiǎn)況入手，以壓強(qiáng)選擇的變化為例，說(shuō)明合成氨條件的選擇是與科技進(jìn)步、動(dòng)力、材料、設(shè)備等條件的改善緊密相聯(lián)系的，并仍將隨之而作相應(yīng)的改變。
　　2．目前研究課題簡(jiǎn)介：結(jié)合簡(jiǎn)介，可向?qū)W生提出一些問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生思考，拓寬學(xué)生的思路，使學(xué)生的科學(xué)方法得到訓(xùn)練，如研究催化劑的目的是什么？新催化劑的研制成功，使合成氨反應(yīng)可在較低溫度下進(jìn)行，是否會(huì)減緩合成氨生產(chǎn)中對(duì)壓強(qiáng)的要求而減少設(shè)備制造的投資？等等。
　　配合目前研究課題的簡(jiǎn)介，教材編寫有“化學(xué)模擬生物固氮”的閱讀材料，可讓學(xué)生閱讀，要求學(xué)生拓寬思路、設(shè)想甚至想象。

教學(xué)設(shè)計(jì)示例

第三節(jié) 合成氨條件的選擇

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)目標(biāo)：

　　1．使學(xué)生理解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理，選擇合成氨的適宜條件。

　　2．使學(xué)生了解應(yīng)用化學(xué)原理選擇化工廠生產(chǎn)條件的思路和方法。

能力目標(biāo)：

　　1．教學(xué)時(shí)應(yīng)以化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理為主線，以合成氨知識(shí)為中心，結(jié)合工業(yè)上生產(chǎn)的實(shí)際情況，將知識(shí)串聯(lián)、拓展、延伸，培養(yǎng)學(xué)生的歸納思維能力。

　　2．在運(yùn)用理論的過(guò)程中，可以進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)所學(xué)理論的理解和提高知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力。

情感目標(biāo)：

　　1．通過(guò)了解合成氨的全過(guò)程，可以激發(fā)學(xué)生愛(ài)科學(xué)、探索科學(xué)的熱情。

　　2．通過(guò)合成氨前景的展望，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生體會(huì)化學(xué)學(xué)科中邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)深刻的科學(xué)美。

教學(xué)過(guò)程

　　學(xué)生按照自學(xué)提綱先自學(xué)約15分鐘，后教師集中講解25分鐘，鞏固訓(xùn)練10分鐘。

　　自學(xué)提綱：

　　1．影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有哪些？是如何影響的？

　　2．影響化學(xué)平衡的條件有哪些？是如何影響的？

　　3．應(yīng)用化學(xué)平衡原理，分析反應(yīng)：

（正反應(yīng)放熱）

　　要制得更多的，可以采用哪些措施？

　　就以上3個(gè)問(wèn)題，教師可組織學(xué)生認(rèn)真的討論。然后，教師集中講解。

合成氨條件的選擇

1體積 3體積 2體積（正反應(yīng)放熱）

參看課本P49的表2—5。

　　1．壓強(qiáng)。增大壓強(qiáng)，有利于的合成，但在實(shí)際市產(chǎn)中，壓強(qiáng)不可能無(wú)限制的增大，因?yàn)閴簭?qiáng)越大，需要的動(dòng)力越大，對(duì)材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求也越高，勢(shì)必增大生產(chǎn)成本，降低綜合經(jīng)濟(jì)效益。因此，受動(dòng)力、材料、設(shè)備等條件的限制，目前我國(guó)合成氨廠一般采用的壓強(qiáng)是。

　　2．溫度。合成氨為放熱反應(yīng)，低溫有利于氨的生成。但是溫度越低，反應(yīng)速率就慢，到達(dá)平衡所需要的時(shí)間越長(zhǎng)，因而單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)量低，這在工業(yè)生產(chǎn)中是很不經(jīng)濟(jì)的。綜合考慮各種因素，在實(shí)際生產(chǎn)上，采用500℃的溫度，此時(shí)催化劑的活性最大。

　　3．催化劑。由于分子非常穩(wěn)定，與的化合十分困難，即使采用了加熱與高壓的條件，合成氨的反應(yīng)還是十分緩慢。為了加快化合反應(yīng)速率，降低反應(yīng)所需要的能量，合成氨工業(yè)普遍使用鐵觸媒作催化劑。

　　在實(shí)際生產(chǎn)中，不斷補(bǔ)充、（增大反應(yīng)物濃度），采取迅速冷卻的方法（減小生成物濃度），使氣態(tài)氨變成液氨后及時(shí)從平衡混合物中分離出去，以促使化學(xué)平衡不斷地向著生成的方向移動(dòng)。

　　合成氨工業(yè)

　　（一）合成氨工業(yè)

1．原理

2．生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)介（出示掛圖或模型）

　　（1）原料氣的制備：來(lái)自空氣，來(lái)自水中

　　再通過(guò)水除：

　　得原料氣。

　　（2）的合成：見(jiàn)課本第50頁(yè)圖2—14。

　　（二）化學(xué)模擬生物固氨

　　氨的固定：將游離態(tài)的氨轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氨的過(guò)程叫氨的固定。

　　1．人工合成氨：化學(xué)固氨法。其條件要求高、成本高、轉(zhuǎn)化率低、效率低。

　　2．根瘤菌，生物固氨。常溫常壓下進(jìn)行。成本低、轉(zhuǎn)化率高、效率高。

　　模擬生物的功能，把生物的功能原理用于化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)，借以改善現(xiàn)有的并創(chuàng)造嶄新的化學(xué)工藝過(guò)程。

　　（三）隨堂練習(xí)

　　1．合成氨時(shí)，既要使合成氨的產(chǎn)率增大，又使反應(yīng)速率增快，可采取的辦法是（）

　　A．不斷充入 B．升高溫度

　　C．增大壓強(qiáng) D．分離出

　　2．合成氨所需的可由煤和水蒸氣反應(yīng)而制得，其中一步的反應(yīng)為：

（正反應(yīng)放熱），下列措施中，能提高CO轉(zhuǎn)化率的是（）

　　A．增大壓強(qiáng) B．降低溫度

　　C．增大水蒸氣濃度 D．增大濃度

　　3．合成氨工業(yè)有下列流程：①原料氣制備；②氨的合成；③原料氣凈化和壓縮；④氨的分離。其先后順序?yàn)椋?nbsp; ）

　　A．①②③④ B．①③②④ C．④③②① D．②③④①

　　（四）總結(jié)、擴(kuò)展、答疑

　　在總結(jié)本節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，教師可擴(kuò)展一些知識(shí)給學(xué)生。可先從介紹18世紀(jì)末到20世紀(jì)初這一百多年里合成氨工業(yè)的發(fā)展簡(jiǎn)況入手，以壓強(qiáng)條件選擇的變化為例，說(shuō)明合成氨條件的選擇是與科技進(jìn)步、動(dòng)力、材料、設(shè)備等條件的改善緊密相聯(lián)的，并將隨之而作出相應(yīng)的改變。在討論合成氨的發(fā)展前景時(shí)，要求學(xué)生拓寬思路，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和訓(xùn)練科學(xué)方法。

　　例1 2000年是勒沙特列（Le Chatelier 1850—1936）誕生150周年。請(qǐng)用勒沙特列原理解釋如下生活中的常見(jiàn)現(xiàn)象：打開(kāi)冰鎮(zhèn)啤酒瓶把啤酒倒入玻璃杯，杯中立即泛起大量泡沫。

（2000年，全國(guó)）

　　分析解答時(shí)應(yīng)注意聯(lián)系實(shí)際。飲料在日常生活中相當(dāng)普遍，其中含有一定量的化學(xué)物質(zhì)，啤酒中的就是其中一種，在水中存在如下平衡：溶液平衡：，化學(xué)平衡，上述平衡受壓力和溫度影響，根據(jù)勒沙特列原理，即可得到解釋現(xiàn)象的原因。

　　解溶解平衡，化學(xué)平衡：，受壓力和溫度的影響，平衡按勒沙特列原理移動(dòng)。

　　點(diǎn)評(píng) 理論聯(lián)系實(shí)際是素質(zhì)教育的要求，要求把所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中去，解釋一些問(wèn)題，解決一些簡(jiǎn)單問(wèn)題。本題就是運(yùn)用化學(xué)平衡原理解決問(wèn)題的一例。

布置作業(yè)

　　1．完成課本第54－56頁(yè)的練習(xí)題。

　　2．到一個(gè)化工廠搞一次課外調(diào)查，寫好調(diào)查報(bào)告。

板書設(shè)計(jì)

第四節(jié) 合成氨條件的選擇

一、合成氨條件的選擇

（正反應(yīng)放熱）

（1體積）（3體積）（2體積）

　　1．壓強(qiáng)：目前采用。

　　2．溫度：500℃，此時(shí)催化劑的活性最大。

　　3．催化劑：鐵觸媒。

　　二、合成氨工業(yè)的發(fā)展前景