化學(xué)24《合成氨條件的選擇》第一課時(shí)教案

1、第四節(jié) 合成氨條件的挑選淡定說課合成氨工業(yè)對(duì)化學(xué)工業(yè)和我國實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化具有重要意義；本節(jié)內(nèi)容表達(dá)了化學(xué)反應(yīng)速率和平穩(wěn)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；能夠培育同學(xué)理論聯(lián)系實(shí)際的意識(shí)；通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),也可進(jìn)一步加深同學(xué)對(duì)所學(xué)理論的懂得；從內(nèi)容上分,本節(jié)共介紹了兩個(gè)學(xué)問點(diǎn)； 其一主要是通過爭(zhēng)論引導(dǎo)同學(xué)運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平穩(wěn)原理等學(xué)問,綜合考慮合成氨生產(chǎn)中動(dòng)力、設(shè)備、材料等的實(shí)際情形,合理地挑選合成氨的生產(chǎn)條件；其二是拓寬思路,探討合成氨的進(jìn)展前景；當(dāng)然,前者是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)；在教學(xué)中, 針對(duì)合成氨反應(yīng)是一個(gè)放熱的、氣體總體積縮小的可逆反應(yīng),第一要求同學(xué)運(yùn)用已學(xué)過的學(xué)問,爭(zhēng)論增大

2、合成氨的化學(xué)反應(yīng)速率所應(yīng)實(shí)行的措施；在此基礎(chǔ)上, 再要求同學(xué)依據(jù)供應(yīng)的有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù),爭(zhēng)論提高平穩(wěn)混合物中NH 3 的含量所應(yīng)實(shí)行的方法；然后,結(jié)合合成氨生產(chǎn)中動(dòng)力、材料、設(shè)備、催化劑活性等實(shí)際情形,通過詳細(xì)分析,得出合成氨 時(shí)壓強(qiáng)、溫度、催化劑等的正確條件；此外,應(yīng)通過合成氦生產(chǎn)過程示意圖、濃度等條件對(duì)合成氨的影響, 原料的循環(huán)使用等問題,目的；使同學(xué)懂得合成氨條件的挑選應(yīng)以提高經(jīng)濟(jì)效益為本節(jié)其次部分內(nèi)容的教學(xué),其目的不在于學(xué)問本身,而是更多地側(cè)重了培育同學(xué)的創(chuàng)新精神和科學(xué)方法的訓(xùn)練,教學(xué)過程中應(yīng)適度把握； 教學(xué)目標(biāo) 1. 使同學(xué)懂得如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平穩(wěn)的原理,挑選合成氨的相宜條件；

3、2. 使同學(xué)明白應(yīng)用化學(xué)原理挑選化工生產(chǎn)條件的思路和方法；3. 通過運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平穩(wěn)原理挑選合成氨的相宜條件,培育同學(xué)分析問題 解決問題的才能以及對(duì)所學(xué)理論的應(yīng)用才能；4. 通過對(duì)合成氨工業(yè)將來的展望,激發(fā)同學(xué)喜愛祖國、刻苦學(xué)習(xí)的激情； 教學(xué)重點(diǎn) 應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平穩(wěn)的原理挑選合成氨的相宜條件 教學(xué)難點(diǎn) 使同學(xué)懂得如何用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平穩(wěn)的原理挑選合成氨的相宜條件 課時(shí)支配 一課時(shí) 教學(xué)方法 1. 通過復(fù)習(xí)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平穩(wěn)移動(dòng)的有關(guān)學(xué)問,啟示同學(xué)得出應(yīng)用化學(xué)原理選 擇化工生產(chǎn)條件的思路和依據(jù),并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,爭(zhēng)論得出合成氨的相宜條件；2. 通過觀看合成氨的錄像,使同學(xué)

4、明白濃度對(duì)合成氨的影響及原料氣的循環(huán)使用等問 題；3. 通過閱讀和爭(zhēng)論,使同學(xué)明確化工生產(chǎn)條件并非一成不變,鼓勵(lì)同學(xué)為挑選更好的 合成氨條件而努力學(xué)習(xí)； 教具預(yù)備 合成氨錄像帶、合成塔模型、投影儀、膠片 教學(xué)過程復(fù)習(xí)提問1. 影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有哪些？生濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑等；2. 要使一個(gè)化學(xué)平穩(wěn)發(fā)生移動(dòng),可轉(zhuǎn)變哪些條件？生濃度、溫度,有氣體的反應(yīng)可轉(zhuǎn)變壓強(qiáng)；師 在化工生產(chǎn)上挑選生產(chǎn)條件,離不開化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平穩(wěn)的有關(guān)學(xué)問,我們這節(jié)課就學(xué)習(xí)合成氨條件的挑選；板書第四節(jié) 合成氨條件的挑選師請(qǐng)大家寫出合成氨的化學(xué)方程式；一個(gè)同學(xué)板演N2g+3H 2g2NH 3g 師請(qǐng)大家結(jié)合我們第一

5、章所學(xué)學(xué)問,說出這個(gè)反應(yīng)有何特點(diǎn)？生同學(xué)甲：反應(yīng)物和生成物全為氣體；同學(xué)乙：是氣體體積縮小的可逆反應(yīng)；同學(xué) 丙：正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；老師提示該反應(yīng)常溫常壓下簡(jiǎn)單進(jìn)行嗎？為什么？生 N2分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)固,NN不易斷裂；爭(zhēng)論假如你是一個(gè)合成氨工廠的技術(shù)人員,你第一要考慮什么問題？為了提高經(jīng)濟(jì)效益, 即提高氨氣的產(chǎn)量,結(jié)論： 1. 如何加快反應(yīng)速率；2. 如何提高 NH3在平穩(wěn)混合氣中的含量；師那么我們要快合成氨的反應(yīng)速率而且仍要使平穩(wěn)盡可能正向移動(dòng),可以實(shí)行哪些 措施呢？請(qǐng)同學(xué)們爭(zhēng)論以后填寫下表；投影目的挑選使 NH3 生產(chǎn)得快（從速率分析）使 NH3 生產(chǎn)得多 （從平穩(wěn)分析）條件 壓強(qiáng) 溫度 催化劑

6、濃度說明： 有條件的學(xué)校可把上表制成多媒體課件,同學(xué)爭(zhēng)論后,案,最終得出如下結(jié)果：目的邊回答, 邊顯示出正確答挑選使 NH3生產(chǎn)得快（從速率分析）使 NH3生產(chǎn)得多（從平穩(wěn)分析）條件壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)溫度上升溫度降低溫度催化劑使用催化劑無影響濃度增大反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度減小生成物濃度師下面我們就依據(jù)上表和化工生產(chǎn)的實(shí)際情形,來分析一下合成氨的相宜條件；板書一、合成氨的條件挑選1. 壓強(qiáng)師 從上表可以看出,從反應(yīng)速率和化學(xué)平穩(wěn)移動(dòng)分別來考慮,對(duì)壓強(qiáng)的要求是一樣的,增大壓強(qiáng), 既能加快反應(yīng)速率,縮短達(dá)到平穩(wěn)的時(shí)間,又能提高氨氣在平穩(wěn)混合氣中的含量,那么是不是壓強(qiáng)越大越好？一般實(shí)行多大壓強(qiáng)？請(qǐng)

7、同學(xué)們打開課本,閱讀 P50；生 由于壓強(qiáng)越大,需要的動(dòng)力越高,對(duì)材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求也越高,這會(huì)大大增加投資, 并可能降低綜合經(jīng)濟(jì)效益；目前合成氨廠一般采納的壓強(qiáng)是 20 MPa50 MPa；板書 20 MPa50MPa 師下面我們?cè)倏礈囟鹊奶暨x板書 2. 溫度師 從上表分析, 高溫有利于加快反應(yīng)速率,含量, 低溫可以提高氨氣在平穩(wěn)混合氣中的含量,但卻降低了平穩(wěn)時(shí)氨氣在混合氣體中的 但反應(yīng)速率慢, 需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到平衡狀態(tài),這在化工生產(chǎn)上也是很不經(jīng)濟(jì)的；所以溫度不能太低,也不能太高,工業(yè)上一般在 500左右的溫度下進(jìn)行；板書 500左右?guī)熖暨x 500左右的溫度,仍與另外一個(gè)因素有關(guān)

8、,那就是催化劑的使用；板書 3. 催化劑師 合適的催化劑能成萬倍的增大化學(xué)反應(yīng)速率,縮短反應(yīng)達(dá)到平穩(wěn)需要的時(shí)間,但催化劑的活性與溫度有關(guān),對(duì)于合成氨使用的催化劑,在 500左右的溫度；500左右時(shí)活性最大,因此挑選那么合成氨工業(yè)采納什么催化劑呢？1909 年德國化工專家哈伯發(fā)覺了鋨催化劑,但鋨 是珍貴金屬, 以鋨為催化劑不利于合成氨的普及,后來, 德國化學(xué)家波施經(jīng)過兩萬多次的實(shí) 驗(yàn),最終得到了抱負(fù)的以 Fe 為主體,含少量 K、Mg、Al 和 Ca的多成分催化劑,始終使用到 今日,工業(yè)上稱為鐵觸媒；板書鐵觸媒以鐵為主體的多成分催化劑；師工業(yè)上在上述溫度、壓強(qiáng)和催化劑作用下,可使平穩(wěn)混合氣中 N

9、H3 的體積分?jǐn)?shù)達(dá) 到多大呢？請(qǐng)同學(xué)們打開課本 49 頁,看表 25,看一下在 500、 20 MPa50 MPa 時(shí) NH3 的體積分?jǐn)?shù)大約為多少？生 26.4%左右；師明顯, NH3的產(chǎn)率并不太高,那么仍需要實(shí)行什么措施來提高 NH3的產(chǎn)率呢？生轉(zhuǎn)變濃度；師 對(duì),從前邊的分析可知,增大反應(yīng)物的濃度或減小生成物的濃度,均可使化學(xué)平 衡正向移動(dòng), 那么工業(yè)上是如何增大反應(yīng)物濃度減小生成物濃度的呢？下面請(qǐng)大家留意看合 成氨的錄像, 留意看工業(yè)上為提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率,在濃度方面實(shí)行了什么措施？合成氨的反 應(yīng)在什么設(shè)備中進(jìn)行的,這個(gè)設(shè)備有何特點(diǎn)？氣體在其中是如何流淌的？（放錄像）師從錄像中看出,為提高

10、原料的利用率,在生產(chǎn)過程中仍實(shí)行了哪些措施？生把 NH3液化分別出去,N2、H2混合氣體循環(huán)使用,準(zhǔn)時(shí)補(bǔ)充N2和 H2；板書 4. 濃度：分別出NH3 后的 N2、H2循環(huán)使用,并準(zhǔn)時(shí)補(bǔ)充原料氣；問大家留意到補(bǔ)充原料氣時(shí) N2和 H2 的比例了嗎？生 13；師對(duì), N2和 H2 開頭以 13 的體積比進(jìn)入合成塔, 分別出來的氣體中N2和 H2仍為13,再以 13 的體積比補(bǔ)充原料氣,就可以使反應(yīng)物始終保持肯定的濃度,防止了不斷調(diào)整反應(yīng)物配比的麻煩；那么,從平穩(wěn)混合氣中分別出生易液化；NH3,利用了氨氣的什么性質(zhì)呢？師合成氨是在什么設(shè)備中進(jìn)行的？生合成塔；展現(xiàn)合成塔模型師請(qǐng)大家結(jié)合剛才的錄像,說

11、一說合成塔結(jié)構(gòu)上有什么特點(diǎn)？生有耐高壓的厚壁；安放有厚層的催化劑；有熱交換器；師由于合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng),通過熱交換器,可以預(yù)熱氮、氫混合氣體,使熱 量得到充分利用, 那么這樣的設(shè)備是不是最好的設(shè)備呢？將來仍有可能有更好的設(shè)備嗎？請(qǐng) 同學(xué)們閱讀課本合成氨工業(yè)的進(jìn)展前景；板書二、合成氨工業(yè)的進(jìn)展前景師 看完后請(qǐng)同學(xué)們爭(zhēng)論一下,假如你是一位工程師,你想實(shí)行什么方法來進(jìn)一步提高氨產(chǎn)量？或降低合成氨的成本？生 研制新的能承擔(dān)高壓的材料；研制新的能產(chǎn)生高壓的設(shè)備；研制合成新的催化劑；師合成氨條件的挑選是與科學(xué)進(jìn)步、動(dòng)力、材料、設(shè)備等條件的改善緊密聯(lián)系的,隨著科技的進(jìn)展, 我國合成氨工業(yè)已有快速進(jìn)展,1

12、949 年全國氮肥產(chǎn)量?jī)H0.6 萬噸,而 1982年達(dá)到 1021.9 萬噸,成為世界上產(chǎn)量最高的國家之一；目前一些科學(xué)家正努力研制新的催 化劑, 試圖使合成氨的反應(yīng)在較低溫度下進(jìn)行；那么,假如新的催化劑研制勝利,會(huì)不會(huì)減 緩合成氨生產(chǎn)中對(duì)壓強(qiáng)的要求而削減設(shè)備制造的投資呢？同學(xué)爭(zhēng)論后可能得出以下兩種結(jié)論一、不會(huì)； 由于催化劑只能加快反應(yīng)速率而不能 引起平穩(wěn)移動(dòng),而增大壓強(qiáng)是為了使平穩(wěn)向正反應(yīng)方向移動(dòng),以增大 NH3 的產(chǎn)量；二、會(huì),由于新催化劑可以使反應(yīng)在較低溫度下就有很大的反應(yīng)速率,這樣降低了反應(yīng)所需溫度,低溫有利于平穩(wěn)正向移動(dòng),增大 制造的投資；NH3 的產(chǎn)量,這樣就可以減緩生產(chǎn)中對(duì)壓強(qiáng)的

13、要求而削減設(shè)備老師總結(jié)同學(xué)們說得都有道理,增大壓強(qiáng)和降低溫度都有利于提高 NH3 的產(chǎn)量,并不沖突, 所以如能研制出新的催化劑,降低反應(yīng)所需溫度,又能研制出能承擔(dān)高壓且廉價(jià)的新材料, 豈不更好？期望同學(xué)們好好學(xué)習(xí),獻(xiàn)；為我國合成氨工業(yè)的進(jìn)展更上一個(gè)新臺(tái)階做出貢下面請(qǐng)同學(xué)們回憶一下合成氨化工生產(chǎn)條件的挑選依據(jù),回答以下問題：投影在制硫酸的工業(yè)生產(chǎn)中,有以下反應(yīng)：2SO2（g） +O2g2SO 3g （正反應(yīng)為放熱反應(yīng)）,反應(yīng)溫度為 450,使用 V2O5為催化劑；在此條件下,假如壓強(qiáng)為 0.1 MPa ,SO2 的轉(zhuǎn)化率為 97.5%；壓強(qiáng)為 10 MPa,SO2轉(zhuǎn)化率為 99.3%,回答：（1

14、）工業(yè)生產(chǎn)中挑選 450左右的溫度,緣由是什么？（2）增大壓強(qiáng)時(shí)合成 SO3是否有利？在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)如何挑選壓強(qiáng)？為什么？（3）生產(chǎn)中要用過量的空氣,為什么？答案（1）為了加快反應(yīng)速率且使催化劑活性最強(qiáng),所以挑選 450；（2）有利；在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)實(shí)行常壓,因常壓下反應(yīng)物已有很高轉(zhuǎn)化率,增大壓強(qiáng)雖 然可提高 SO2 轉(zhuǎn)化率,但對(duì)設(shè)備要求也高,得不償失；（3）用過量的空氣,可增大反應(yīng)物中O2的濃度,從而加快反應(yīng)速率,并提高SO2的轉(zhuǎn)化率；布置作業(yè) P50一、二、三、四、五 板書設(shè)計(jì)第四節(jié) 合成氨條件的挑選 一、合成氨的條件挑選 1. 壓強(qiáng)： 20 MPa50 MPa 2. 溫度： 500左右 3

15、. 催化劑：鐵觸媒以鐵為主體的多成分催化劑；二、合成氨工業(yè)的進(jìn)展前景 教學(xué)說明應(yīng)用化學(xué)原理挑選化工生產(chǎn)條件是本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容,因此在本節(jié)的教學(xué)中我通過引導(dǎo) 同學(xué)分析合成氨的反應(yīng)特點(diǎn),啟示同學(xué)從加快反應(yīng)速率和促進(jìn)平穩(wěn)正向移動(dòng)來爭(zhēng)論生產(chǎn)條 件,以加深同學(xué)對(duì)所學(xué)學(xué)問的懂得,并提高其應(yīng)用所學(xué)學(xué)問解決實(shí)際問題的才能；在教學(xué)中,通過放錄像和觀看合成塔模型,使同學(xué)對(duì)合成氨的生產(chǎn)過程和設(shè)備有所明白,并增強(qiáng)同學(xué)的學(xué)習(xí)愛好, 然后從合成氨的設(shè)備引出合成氨的前景爭(zhēng)論,在活躍的課堂氣氛中,使同學(xué)輕松地把握本節(jié)的學(xué)問；參考練習(xí)1工業(yè)上合成氨時(shí)一般采納500左右的溫度,其緣由是 A適當(dāng)提高 NH 3的合成速率 B提高 H2的轉(zhuǎn)化率 C提高 NH 3的產(chǎn)率 D催化劑在 500左右活性最大 答案： AD 2對(duì)于合成氨的