合成氨條件的選擇教案及反思

教案系列合成氨條件的選擇教案及反思合成氨條件的選擇

教學(xué)目標(biāo)

學(xué)問目標(biāo)

使同學(xué)理解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理，選擇合成氨的相宜條件；使同學(xué)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。

力量目標(biāo)

培育同學(xué)對(duì)學(xué)問的理解力量，及理論聯(lián)系實(shí)際的應(yīng)用力量和分析問題、解決問題的力量。

情感目標(biāo)

通過同學(xué)領(lǐng)悟理論學(xué)問對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐的指導(dǎo)作用，使同學(xué)樹立理論和實(shí)踐相結(jié)合的思想熟悉；并通過學(xué)問的運(yùn)用培育同學(xué)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)用理論的過程中，也可進(jìn)一步加深同學(xué)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爭論引導(dǎo)同學(xué)運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理等學(xué)問，并考慮合成氨生產(chǎn)中動(dòng)力、設(shè)備、材料等的實(shí)際狀況，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進(jìn)展前景。

在第一部分內(nèi)容中，教材針對(duì)合成氨的反應(yīng)當(dāng)是一個(gè)放熱的、氣體總體積縮小的可逆反應(yīng)，首先要求同學(xué)利用已學(xué)過的學(xué)問，爭論為使合成氨的化學(xué)反應(yīng)速率增大所應(yīng)實(shí)行的方法。在此基礎(chǔ)上，又據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)爭論為提高平衡混合物中的含量所應(yīng)實(shí)行的方法。在兩個(gè)爭論的基礎(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)際狀況，較具體地分析了合成氨時(shí)壓強(qiáng)、溫度、催化劑等的選擇狀況。此外，還結(jié)合合成氨生產(chǎn)過程示意圖，簡潔提及濃度等條件對(duì)合成氨生產(chǎn)的影響，以及原料的循環(huán)使用等問題，以使同學(xué)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)上爭論合成氨的進(jìn)展前景，拓寬同學(xué)的思路，主要目的不在于學(xué)問自身，而更多地應(yīng)側(cè)重于培育同學(xué)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．提出問題：針對(duì)合成氨的反應(yīng)，首先需要爭論??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)速率問題。

2．復(fù)習(xí)提問：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．組織爭論：

①為使合成氨的反應(yīng)速率增大，應(yīng)實(shí)行的方法。

②合成氨反應(yīng)當(dāng)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)量問題（化學(xué)反應(yīng)速率問題）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題（化學(xué)平衡的移動(dòng)問題）。

③針對(duì)合成氨的反應(yīng)當(dāng)是一個(gè)放熱的、氣體總體積縮小的可逆反應(yīng)，要求同學(xué)利用已學(xué)過的學(xué)問，爭論為最大限度地提高平衡混合物中的含量所應(yīng)實(shí)行的方法。

4．閱讀圖表試驗(yàn)數(shù)據(jù)印證理論：同學(xué)通過閱讀表2－4的試驗(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)試驗(yàn)的結(jié)果是完全全都的，這會(huì)大大提高同學(xué)的學(xué)習(xí)愛好。

5．綜合上面的爭論狀況，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)際狀況，具體地爭論??合成氨條件的選擇問題。此外，要結(jié)合合成氨生產(chǎn)過程示意圖，簡潔提及濃度對(duì)合成氨生產(chǎn)的影響以及原料的循環(huán)使用等問題，以使同學(xué)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。

老師可結(jié)合爭論過程，讓同學(xué)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

上升

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

試驗(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)并準(zhǔn)時(shí)從平衡混合物中分別出去，準(zhǔn)時(shí)補(bǔ)充

和

第二部分“合成氨工業(yè)進(jìn)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)的進(jìn)展簡況入手，以壓強(qiáng)選擇的變化為例，說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)的轉(zhuǎn)變。

2．目前爭論??課題簡介：結(jié)合簡介，可向同學(xué)提出一些問題，啟發(fā)同學(xué)思索，拓寬同學(xué)的思路，使同學(xué)的科學(xué)方法得到訓(xùn)練，如爭論??催化劑的目的是什么？新催化劑的研制勝利，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)的要求而削減設(shè)備制造的投資？等等。

協(xié)作目前爭論??課題的簡介，教材編寫有“化學(xué)模擬生物固氮”的閱讀材料，可讓同學(xué)閱讀，要求同學(xué)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)

學(xué)問目標(biāo)：

1．使同學(xué)理解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理，選擇合成氨的相宜條件。

2．使同學(xué)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。

力量目標(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，以合成氨學(xué)問為中心，結(jié)合工業(yè)上生產(chǎn)的實(shí)際狀況，將學(xué)問串聯(lián)、拓展、延長，培育同學(xué)的歸納思維力量。

2．在運(yùn)用理論的過程中，可以進(jìn)一步加深同學(xué)對(duì)所學(xué)理論的理解和提高學(xué)問的實(shí)際應(yīng)用力量。

情感目標(biāo)：

1．通過了解合成氨的全過程，可以激發(fā)同學(xué)愛科學(xué)、探究科學(xué)的熱忱。

2．通過合成氨前景的展望，激發(fā)同學(xué)學(xué)習(xí)愛好，使同學(xué)體會(huì)化學(xué)學(xué)科中規(guī)律結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)深刻的科學(xué)美。

教學(xué)過程

同學(xué)依據(jù)自學(xué)提綱先自學(xué)約15分鐘，后老師集中講解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，可以采納哪些措施？

就以上3個(gè)問題，老師可組織同學(xué)認(rèn)真的爭論。然后，老師集中講解。

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)不行能無限制的增大，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，目前我國合成氨廠一般采納的壓強(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，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，采納500℃的溫度，此時(shí)催化劑的活性最大。

3．催化劑。由于分子特殊穩(wěn)定，與的化合非常困難，即使采納了加熱與高壓的條件，合成氨的反應(yīng)還是非常緩慢。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），實(shí)行快速冷卻的方法（減小生成物濃度），使氣態(tài)氨變成液氨后準(zhǔn)時(shí)從平衡混合物中分別出去，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)過程簡介（出示掛圖或模型）

（1）原料氣的制備：來自空氣，來自水中

再通過水除

：

得原料氣。

（2）的合成：見課本第50頁圖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)有的并制造嶄新的化學(xué)工藝過程。

（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，可實(shí)行的方法是（）

A．不斷充入B．上升溫度

C．增大壓強(qiáng)D．分別出

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氨的分別。其先后挨次為（）

A．①②③④B．①③②④C．④③②①D．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，老師可擴(kuò)展一些學(xué)問給同學(xué)。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)的進(jìn)展簡況入手，以壓強(qiáng)條件選擇的變化為例，說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)的轉(zhuǎn)變。在爭論合成氨的進(jìn)展前景時(shí)，要求同學(xué)拓寬思路，培育同學(xué)的創(chuàng)新精神和訓(xùn)練科

學(xué)方法。

例1年是勒沙特列（LeChatelier1850—1936）誕生150周年。請(qǐng)用勒沙特列原理說明如下生活中的常見現(xiàn)象：打開冰鎮(zhèn)啤酒瓶把啤酒倒入玻璃杯，杯中立刻泛起大量泡沫。

（年，全國）

分析解答時(shí)應(yīng)留意聯(lián)系實(shí)際。飲料在日常生活中相當(dāng)普遍，其中含有肯定量的化學(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，依據(jù)勒沙特列原理，即可得到說明現(xiàn)象的緣由。

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)際是素養(yǎng)訓(xùn)練的要求，要求把所學(xué)學(xué)問運(yùn)用到實(shí)際生活中去，說明一些問題，解決一些簡潔問題。本題就是運(yùn)用化學(xué)平衡原理解決問題的一例。

布置作業(yè)

1．履行課本第54－56頁的練習(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)：目前采納。

2．溫度：500℃，此時(shí)催化劑的活性最大。

3．催化劑：鐵觸