合成氨條件的選擇

時間：2023-05-02 04:34:57 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

知識目標

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

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

情感目標

通過學(xué)生領(lǐng)悟理論知識對生產(chǎn)實踐的指導(dǎo)作用，使學(xué)生樹立理論和實踐相結(jié)合的思想認識；并通過知識的運用培養(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)速率和平衡移動原理等理論對工業(yè)生產(chǎn)實踐的指導(dǎo)作用，同時在運用理論的過程中，也可進一步加深學(xué)生對所學(xué)理論的理解。

教材分為兩部分：第一部分主要是通過討論引導(dǎo)學(xué)生運用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理等知識，并考慮合成氨生產(chǎn)中動力、設(shè)備、材料等的實際情況，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，教材針對合成氨的反應(yīng)是一個放熱的、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)過的知識，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)實驗數(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。在兩個討論的基礎(chǔ)上，教材又結(jié)合合成氨生產(chǎn)中動力、材料、設(shè)備、催化劑的活性等實際情況，較具體地分析了合成氨時壓強、溫度、催化劑等的選擇情況。此外，還結(jié)合合成氨生產(chǎn)過程示意圖，簡單提及濃度等條件對合成氨生產(chǎn)的影響，以及原料的循環(huán)使用等問題，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．提出問題：針對合成氨的反應(yīng)，首先需要研究如何在單位時間里提高的產(chǎn)量，這是一個化學(xué)反應(yīng)速率問題。

2．復(fù)習(xí)提問：濃度、壓強、溫度、催化劑對化學(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)，在實際生產(chǎn)中，僅僅考慮單位時間里的產(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)平衡的移動問題）。

③針對合成氨的反應(yīng)是一個放熱的、氣體總體積縮小的可逆反應(yīng)，要求學(xué)生利用已學(xué)過的知識，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．閱讀圖表實驗數(shù)據(jù)印證理論：學(xué)生通過閱讀表2－4的實驗數(shù)據(jù)可知，應(yīng)用平衡移動原理得出的結(jié)論與科學(xué)實驗的結(jié)果是完全一致的，這會大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

5．綜合上面的討論情況，同時綜合考慮合成氨生產(chǎn)中動力、設(shè)備、材料等的實際情況，具體地研究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，簡單提及濃度對合成氨生產(chǎn)的影響以及原料的循環(huán)使用等問題，以使學(xué)生理解合成氨條件的選擇應(yīng)以提高綜合經(jīng)濟效益為目的。

教師可結(jié)合討論過程，讓學(xué)生進行歸納。

壓強

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

實驗生產(chǎn)中

20Mpa－

50MPa

500℃左右

鐵觸煤（500℃左右時活性最大）

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

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世紀末到20世紀初這100多年里合成氨工業(yè)的發(fā)展簡況入手，以壓強選擇的變化為例，說明合成氨條件的選擇是與科技進步、動力、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．目前研究課題簡介：結(jié)合簡介，可向?qū)W生提出一些問題，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)可在較低溫度下進行，是否會減緩合成氨生產(chǎn)中對壓強的要求而減少設(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)計示例

第三節(jié) 合成氨條件的選擇

教學(xué)目標

知識目標：

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：

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

2．在運用理論的過程中，可以進一步加深學(xué)生對所學(xué)理論的理解和提高知識的實際應(yīng)用能力。

情感目標：

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

2．通過合成氨前景的展望，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生體會化學(xué)學(xué)科中邏輯結(jié)構(gòu)嚴謹深刻的科學(xué)美。

教學(xué)過程

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個問題，教師可組織學(xué)生認真的討論。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。增大壓強，有利于的合成，但在實際市產(chǎn)中，壓強不可能無限制的增大，因為壓強越大，需要的動力越大，對材料的強度和設(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)濟效益。因此，受動力、材料、設(shè)備等條件的限制，目前我國合成氨廠一般采用的壓強是。

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，到達平衡所需要的時間越長，因而單位時間內(nèi)產(chǎn)量低，這在工業(yè)生產(chǎn)中是很不經(jīng)濟的。綜合考慮各種因素，在實際生產(chǎn)上，采用500℃的溫度，此時催化劑的活性最大。

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。

在實際生產(chǎn)中，不斷補充、（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。

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：

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