合成氨条件的选择
第四节
从容说
合成氨工业对化学工业和我国实现农业现代化具有重要意义。本节内容体现了化学反应速率和平衡移动原理等理论对工业生产实践的指导作用。能够培养学生理论联系实际的意识。通过本节课的学习，也可进一步加深学生对所学理论的理解。从内容上分，本节共介绍了两个知识点。其一主要是通过讨论引导学生运用化学反应速率和化学平衡原理等知识，综合考虑合成氨生产中动力、设备、材料等的实际情况，合理地选择合成氨的生产条件；其二是拓宽思路，探讨合成氨的发展前景。当然，前者是本节教学的重点和难点。
在教学中，针对合成氨反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应，首先要求学生运用已学过的知识，讨论增大合成氨的化学反应速率所应采取的措施。在此基础上，再要求学生根据提供的有关实验数据，讨论提高平衡混合物中NH3的含量所应采取的方法。然后，结合合成氨生产中动力、材料、设备、催化剂活性等实际情况，通过具体分析，得出合成氨时压强、温度、催化剂等的最佳条件。此外，应通过合成氦生产过程示意图、浓度等条件对合成氨的影响，原料的循环使用等问题，使学生理解应以提高经济效益为目的。
本节第二部分内容的教学，其目的不在于知识本身，而是更多地侧重了培养学生的创新精神和科学方法的训练，教学过程中应适度把握。
●教学目标
使学生理解如何应用化学反应速率和化学平衡的原理，选择合成氨的适宜条件。
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。
通过运用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件，培养学生分析问题解决问题的能力以及对所学理论的应用能力。
通过对合成氨工业未来的展望，激发学生热爱祖国、刻苦学习的激情。
●教学重点
应用化学反应速率和化学平衡的原理选择合成氨的适宜条
●教学难点
使学生理解如何用化学反应速率和化学平衡的原理选择合成氨的适宜条
●课时安排
一课时
●教学方法
通过复习化学反应速率和化学平衡移动的有关知识，启发学生得出应用化学原理选择化工生产条件的思路和依据，并结合生产实际，讨论得出合成氨的适宜条件。
通过观看合成氨的录像，使学生了解浓度对合成氨的影响及原料气的循环使用等问题。
通过阅读和讨论，使学生明确化工生产条件并非一成不变，激励学生为选择更好的合成氨条件而努力学习。
●教具准备
合成氨录像带、合成塔模型、投影仪、胶片
●教学过程
［复习提问］
影响化学反应速率的因素有哪些？
［生］浓度、温度、压强、催化剂等。
要使一个化学平衡发生移动，可改变哪些条件？
［生］浓度、温度，有气体的反应可改变压强。
［师］在化工生产上选择生产条件，离不开化学反应速率和化学平衡的有关知识，我们这节课就学习。
［板书］第四节
［师］请大家写出合成氨的化学方程式。
［一个学生板演］N2+3H22NH3
［师］请大家结合我们章所学知识，说出这个反应有何特点？
［生］学生甲：反应物和生成物全为气体。学生乙：是气体体积缩小的可逆反应。学生丙：正反应是放热反应。
［教师提示］该反应常温常压下容易进行吗？为什么？
［生］N2分子结构稳定，N≡N不易断裂。
［讨论］如果你是一个合成氨工厂的技术人员，为了提高经济效益，即提高氨气的产量，你首先要考虑什么问题？
结论：1.如何加快反应速率；2.如何提高NH3在平衡混合气中的含量。
［师］那么我们要快合成氨的反应速率而且还要使平衡尽可能正向移动，可以采取哪些措施呢？请同学们讨论以后填写下表。
［投影］
目的
选择
条件使NH3生产得快使NH3生产得多
压强
温度
催化剂
浓度
说明：有条件的学校可把上表制成多媒体，学生讨论后，边回答，边显示出正确答案，最后得出如下结果：目的
选择
条件使NH3生产得快使NH3生产得多
压强增大压强增大压强
温度升高温度降低温度
催化剂使用催化剂无影响
浓度增大反应物浓度增大反应物浓度减小生成物浓度
［师］下面我们就根据上表和化工生产的实际情况，来分析一下合成氨的适宜条件。
［板书］一、合成氨的条件选择
压强
［师］从上表可以看出，从反应速率和化学平衡移动分别来考虑，对压强的要求是一致的，增大压强，既能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，又能提高氨气在平衡混合气中的含量，那么是不是压强越大越好？一般采取多大压强？请同学们打开课本，阅读P50。
［生］因为压强越大，需要的动力越高，对材料的强度和设备的制造要求也越高，这会大大增加投资，并可能降低综合经济效益。目前合成氨厂一般采用的压强是20Pa～50Pa。
［板书］20Pa～50Pa
［师］下面我们再看温度的选择
［板书］2.温度
［师］从上表分析，高温有利于加快反应速率，但却降低了平衡时氨气在混合气体中的含量，低温可以提高氨气在平衡混合气中的含量，但反应速率慢，需要很长时间才能达到平衡状态，这在化工生产上也是很不经济的。所以温度不能太低，也不能太高，工业上一般在500℃左右的温度下进行。
［板书］500℃左右
［师］选择500℃左右的温度，还与另外一个因素有关，那就是催化剂的使用。
［板书］3.催化剂
［师］合适的催化剂能成万倍的增大化学反应速率，缩短反应达到平衡需要的时间，但催化剂的活性与温度有关，对于合成氨使用的催化剂，在500℃左右时活性最大，因此选择500℃左右的温度。
那么合成氨工业采用什么催化剂呢？1909年德国化工专家哈伯发现了锇催化剂，但锇是贵重金属，以锇为催化剂不利于合成氨的普及，后来，德国化学家波施经过两万多次的实验，终于得到了理想的以Fe为主体，含少量、g、Al和ca的多成分催化剂，一直使用到今天，工业上称为铁触媒。
［板书］铁触媒——以铁为主体的多成分催化剂。
［师］工业上在上述温度、压强和催化剂作用下，可使平衡混合气中NH3的体积分数达到多大呢？请同学们打开课
本49页，看表2—5，看一下在500℃、20Pa～50Pa时NH3的体积分数大约为多少？
［生］26.4%左右。
［师］显然，NH3的产率并不太高，那么还需要采取什么措施来提高NH3的产率呢？
［生］改变浓度。
［师］对，从前边的分析可知，增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，均可使化学平衡正向移动，那么工业上是如何增大反应物浓度减小生成物浓度的呢？下面请大家注意看合成氨的录像，注意看工业上为提高反应物转化率，在浓度方面采取了什么措施？合成氨的反应在什么设备中进行的，这个设备有何特点？气体在其中是如何流动的？
［师］从录像中看出，为提高原料的利用率，在生产过程中还采取了哪些措施？
［生］把NH3液化分离出去，N2、H2混合气体循环使用，及时补充N2和H2。
［板书］4.浓度：分离出NH3后的N2、H2循环使用，并及时补充原料气。
［问］大家注意到补充原料气时N2和H2的比例了吗？
［生］1∶3。
［师］对，N2和H2开始以1∶3的体积比进入合成塔,分离出来的气体中N2和H2仍为
∶3，再以1∶3的体积比补充原料气，就可以使反应物始终保持一定的浓度，避免了不断调整反应物配比的麻烦。
那么，从平衡混合气中分离出NH3，利用了氨气的什么性质呢？
［生］易液化。
［师］合成氨是在什么设备中进行的？
［生］合成塔。
［展示］合成塔模型
［师］请大家结合刚才的录像，说一说合成塔结构上有什么特点？
［生］①有耐高压的厚壁；②安放有厚层的催化剂；③有热交换器。
［师］由于合成氨的反应是放热反应，通过热交换器，可以预热氮、氢混合气体，使热量得到充分利用，那么这样的设备是不是最好的设备呢？将来还有可能有更好的设备吗？请同学们阅读课本——合成氨工业的发展前景。
［板书］二、合成氨工业的发展前景
［师］看完后请同学们讨论一下，如果你是一位工程师，你想采取什么办法来进一步提高氨产量？或降低合成氨的成本？
［生］①研制新的能承受高压的材料。②研制新的能产生高压的设备。③研制合成新的催化剂。
［师］是与科学进步、动力、材料、设备等条件的改善紧密联系的，随着科技的发展，我国合成氨工业已有迅速发展，1949年全国氮肥产量仅0.6万吨，而1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一。目前一些科学家正努力研制新的催化剂，试图使合成氨的反应在较低温度下进行。那么，如果新的催化剂研制成功，会不会减缓合成氨生产中对压强的要求而减少设备制造的投资呢？
［学生讨论后可能得出以下两种结论］一、不会。因为催化剂只能加快反应速率而不能引起平衡移动，而增大压强是为了使平衡向正反应方向移动，以增大NH3的产量。二、会，因为新催化剂可以使反应在较低温度下就有很大的反应速率，这样降低了反应所需温度，低温有利于平衡正向移动，增大NH3的产量，这样就可以减缓生产中对压强的要求而减少设备制造的投资。
［教师总结］同学们说得都有道理，增大压强和降低温度都有利于提高NH3的产量，并不矛盾，所以若能研制出新的催化剂，降低反应所需温度，又能研制出能承受高压且廉价的新材料，岂不更好？希望同学们好好学习，为我国合成氨工业的发展更上一个新台阶做出贡献。
下面请同学们回忆一下合成氨化工生产条件的选择依据，回答下列问题：
［投影］在制硫酸的工业生产中，有以下反应：
2So2+o22So3，反应温度为450℃，使用V2o5为催化剂。在此条件下，如果压强为0.1Pa，So2的转化率为97.5%；压强为10Pa，So2转化率为99.3%，回答：
工业生产中选择450℃左右的温度，原因是什么？
增大压强时合成So3是否有利？在实际生产中应如何选择压强？为什么？
生产中要用过量的空气，为什么？
［答案］为了加快反应速率且使催化剂活性最强，所以选择450℃。
有利。在实际生产中应采取常压，因常压下反应物已有很高转化率，增大压强虽然可提高So2转化率，但对设备要求也高，得不偿失。
用过量的空气，可增大反应物中o2的浓度，从而加快反应速率，并提高So2的转化率。
［布置作业］P50一、二、三、四、五
●板书设计
第四节
一、合成氨的条件选择
压强：20Pa～50Pa
温度：500℃左右
催化剂：铁触媒——以铁为主体的多成分催化剂。
二、合成氨工业的发展前景
●教学说明
应用化学原理选择化工生产条件是本节课的重点内容，因此在本节的教学中我通过引导学生分析合成氨的反应特点，启发学生从加快反应速率和促进平衡正向移动来讨论生产条件，以加深学生对所学知识的理解，并提高其应用所学知识解决实际问题的能力。在教学中，通过放录像和观看合成塔模型，使学生对合成氨的生产过程和设备有所了解，并增强学生的学习兴趣，然后从合成氨的设备引出合成氨的前景讨论，在活跃的课堂气氛中，使学生轻松地掌握本节的知识。
［参考练习］
．工业上合成氨时一般采用500℃左右的温度，其原因是
A．适当提高NH3的合成速率
B．提高H2的转化率
c．提高NH3的产率
D．催化剂在500℃左右活性最大
答案：AD
．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
答案：c
．在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH3的体积占25％，若反应前后
条件保持不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是
A．1／5B．1／4c．1／3D.1／2
答案：A
学科：化学 教学内容：合成氨条件的选择 【基础知识精讲】 1.合成氨反应的理论应用 合成氨反应原理： N2+3H22NH3(正反应为放热反应) 反应特点是：①可逆反应；②气体总体积缩小的反应；③正反应为放热反应. 根据上述反应特点，从理论上分析： (1)使氨生成得快的措施(从反应速率考虑)：①增大反应物的浓度；②升高温度；③加大压强；④使用催化剂. (2)使氨生成得多的措施(从平衡移动考虑)：①增大反应物的浓度同时减小生成物的浓度；②降低温度；③增大压强. 2.合成氨条件的选择 在实际生产中，既要考虑氨的产量，又要考虑生产效率和经济效益，综合以上两方面的措施，得出合成氨的适宜条件的选择： 浓度：一般采用N2和H2的体积比1∶3，同时增大浓度，不加大某种反应物的浓度，这是因为合成氨生产的原料气要循环使用.按1∶3循环的气体体积比，仍会保持1∶3. 温度：合成氨是放热反应，降低温度虽有利于平衡向正反应方向移动，但温度过低，反应速率过慢，所以温度不宜太低，在500℃左右为宜，而且此温度也是催化剂的活性温度范围. 压强：合成氨是体积缩小的可逆反应，所以压强增大，有利于氨的合成，但压强过高时，对设备的要求也就很高，制造设备的成本就高，而且所需的动力也越大，应选择适当的压强，一般采用2×107Pa～5×107Pa. 催化剂：用铁触媒作催化剂，能加快反应速率，缩短达到平衡时间. 可将合成氨的适宜条件归纳为： ①增大氨气、氢气的浓度，及时将生成的氨分离出来；②温度为500℃左右；③压强为2×107Pa～5×107Pa；④铁触媒作催化剂. 3.合成氨的工业简述 合成氨工业的简要流程图： (1)原料气的制取. N2：将空气液化、蒸发分离出N2，或将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2. H2：用水和焦炭(或煤、石油、天然气等)在高温下制取，如
6.3-2《合成氨反应及其反应条件的选择》教学设计 东昌中学林夕勋2011.5.3 教学设计思路： 以“合成氨反应的发生和工业生产反应条件的研究”历史为主线，让学生感受科学家科学探索的过程，体验科学难题研究的方法和态度对于科研研究的重要意义，同时通过对哈伯的科学精神和道德价值的认识，结合目前国内食品添加剂的安全和生产道德，对学生进行科学道德的教育，树立正确的人生价值观；在学习了化学反应速度和化学平衡移动原理以后，用该理论研究工业合成氨生产反应条件的选择，体验科学理论对工业生产的重要指导意义，同时考虑工业生产中设备、材料等的实际情况和综合的经济效益，合理地选择适宜的生产条件；通过对合成氨反应催化剂技术的发展前景的设想，体验科学发展无极限，体验科学创新精神和意识。 第一部分：阅读“勒夏特列、能斯特、哈伯”三位杰出科学家合成氨反应的研究故事，体验科学难题研究的方法和态度对于科研研究的重要意义。 第二部分：合成氨反应条件选择的理论分析和实际生产选择的讨论。引导学生运用化学反应速率和化学平衡原理等知识，从反应速率的角度和从化学平衡的角度来分析，合成氨反应对外界条件（温度、压强、催化剂）的选择要求；再考虑合成氨生产中动力、设备、材料等的实际情况，从实际出发合理地选择合成氨的生产条件；结合合成氨生产过程示意图，简单分析浓度对合成氨生产的影响，以及原料的循环使用等问题，从提高综合经济效益的角度，来理解合成氨反应适宜条件的选择和操作要求。第三部分：合成氨工业发展前景——催化剂技术。（生物技术和催化剂技术——酶。“盐酸酶能把食盐直接变成盐酸”）从拓宽学生的思路出发，主要目的不在于知识本身，而更多地应侧重于培养学生的创新精神和训练科学方法。 一．教学目标 1、知识与技能 （1）掌握工业合成氨的反应条件 （2）掌握工业合成氨反应条件的选择依据 2、过程与方法 （1）通过阅读合成氨反应的发展史，体验科学家探索科学难题的过程和方法。 （2）通过对合成氨反应条件选择的讨论，理解化学理论对实际化工生产的指导意义。 3、情感态度与价值观 （1）通过三位杰出科学家对合成氨反应的研究故事，感悟科学研究的态度和方法； （2）认识哈伯的科学态度和道德价值观，树立科学和道德正确的人生价值观。 (3)激发学生对化学及化学工业的兴趣. 二．教学重点和难点 1、重点： （1）体验科学难题探索的方法和态度，人生价值观教育； （2）合成氨适宜生产条件的选择。 2、难点： 合成氨适宜生产条件的选择。 三．教学方式： 阅读、讲解、问题讨论 四．教学流程 引入：一个化学反应能解决几十亿人的吃饭问题，有人称其为“明星反应”，你知道是哪个
合成氨条件的选择 第四节 从容说 合成氨工业对化学工业和我国实现农业现代化具有重要意义。本节内容体现了化学反应速率和平衡移动原理等理论对工业生产实践的指导作用。能够培养学生理论联系实际的意识。通过本节课的学习，也可进一步加深学生对所学理论的理解。从内容上分，本节共介绍了两个知识点。其一主要是通过讨论引导学生运用化学反应速率和化学平衡原理等知识，综合考虑合成氨生产中动力、设备、材料等的实际情况，合理地选择合成氨的生产条件；其二是拓宽思路，探讨合成氨的发展前景。当然，前者是本节教学的重点和难点。 在教学中，针对合成氨反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应，首先要求学生运用已学过的知识，讨论增大合成氨的化学反应速率所应采取的措施。在此基础上，再要求学生根据提供的有关实验数据，讨论提高平衡混合物中NH3的含量所应采取的方法。然后，结合合成氨生产中动力、材料、设备、催化剂活性等实际情况，通过具体分析，得出合成氨时压强、温度、催化剂等的最佳条件。此外，应通过合成氦生产过程示意图、浓度等条件对合成氨的影响，原料的循环使用等问题，使学生理解应以提高经济效益为目的。
本节第二部分内容的教学，其目的不在于知识本身，而是更多地侧重了培养学生的创新精神和科学方法的训练，教学过程中应适度把握。 ●教学目标 使学生理解如何应用化学反应速率和化学平衡的原理，选择合成氨的适宜条件。 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。 通过运用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件，培养学生分析问题解决问题的能力以及对所学理论的应用能力。 通过对合成氨工业未来的展望，激发学生热爱祖国、刻苦学习的激情。 ●教学重点 应用化学反应速率和化学平衡的原理选择合成氨的适宜条 ●教学难点 使学生理解如何用化学反应速率和化学平衡的原理选择合成氨的适宜条 ●课时安排 一课时 ●教学方法
合成氨条件的选择 姓 名 _________ 一. 重点、难点 1. 使学生理解合成氨的化学原理，并能应用化学反应速率和化学平衡理论，选择合成氨的适宜条件，从而培养学生分析问题和解决问题的能力。 2. 了解合成氨工业生产的主要流程。 3. 向学生介绍我国解放后合成氨工业的发展情况，对学生进行爱国主义教育。 二. 具体内容 自学提纲：1. 影响化学反应速率的因素有哪些？是如何影响的？2. 影响化学平衡的条件有哪些？是如何影响的？3. 应用化学平衡原理分析，要制得更多的氨，可以采用哪些措施？ （一）原理 唯物辩证法告诉我们：一切从实际出发，要全面地分析问题．综合考虑化学反应速率和化学平衡移动的条件，再根据工业生产的特点和实际需要，才能正确地选择合成氨工业的适宜条件。 （二）适宜条件的选择 1. 压强。增大压强，有利于3NH 的合成，但在实际生产中，压强不可能无限制的增大，因为压强越大， 需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，势必增大生产成本，降低综合经济效益。因此，受动力、材料、设备等条件的限制，目前我国合成氨厂一般采用的压强是 MPa 20～MPa 50。 2. 温度。合成氨为放热反应，低温有利于氨的生成。但是温度越低，反应速率就慢，到达平衡所需要的时间越长，因而单位时间内产量低，这在工业生产中是很不经济的。综合考虑各种因素，在实际生产上，采用500℃的温度，此时催化剂的活性最大。 3. 催化剂。由于2N 分子非常稳定， 2N 与 2H 的化合十分困难，即使采用了加热与高压的条件，合成 氨的反应还是十分缓慢。为了加快化合反应速率，降低反应所需要的能量，合成氨工业普遍使用铁触媒作催化剂。合成氨的化学反应原理可以用以下化学方程式表示： （三）生产过程简介1. 原料气的制备：N 2来自空气H 2： 原料：空气、水和燃料 据反应条件，使用合适的催化剂——防止催化剂“中毒”——原料气要净化．高压生产——氮、氢混合气要用压缩机压缩到高压。 2. 氨的合成：氮、氢混合气经过净化压缩以后进入合成塔。合成塔生产的特点和条件： ① 高压 ② 发生在催化剂存在下的放热反应 ③ 适当的温度 为了符合这些条件，合成塔的构造应该： ① 有耐高压的厚壁 ② 有能够安放厚层触媒的设备（接触室） ③ 塔壳外用绝热材料包裹，塔内有进行热交换的设备（热交换器）展示 挂图（一种合成塔的内部构造示意图）依次看氨合成塔的部构造模型。 3. 氨的分离 在实际生产中，不断补充、（增大反应物浓度），采取迅速冷却的方法（减小生成物浓度）， 使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，以促使化学平衡不断地向着生成 的方向移动。
第4节化学反应条件的优化—工业合成氨 1．有关合成氨工业的说法中，正确的是( ) A．从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂的效率都很低 B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在500 ℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D．合成氨厂采用的压强是2×107～5×107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最大 解析：合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时，原料的转化率并不高，但生成的NH3分离出后，再将未反应的N2、H2循环利用，这样处理后，可使生产氨的产率都较高，故A 项错误，B项正确；合成氨工业选择500 ℃左右的温度，是综合了多方面的因素确定的，因 合成氨的反应是放热反应，低温才有利于平衡向正反应方向移动，故C项错误；无论从反应 速率还是化学平衡考虑，高压更有利于合成氨，但压强太大，对设备、动力的要求更高，基 于此选择了2×107～5×107 Pa的高压，催化剂活性最大时的温度是500 ℃，故D项错误。 答案：B 2．工业合成氨的反应是在500 ℃左右进行的，这主要是因为( ) A．500 ℃时此反应速率最快 B．500 ℃时NH3的平衡浓度最大 C．500 ℃时N2的转化率最高 D．500 ℃时该反应的催化剂活性最大 解析：工业合成氨反应采用500 ℃的温度，有三个方面的原因：①有较高的反应速率； ②反应物有较大的转化率；③催化剂的活性最大。 答案：D 3．合成氨时，既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率增快，不可采取的方法是( ) A．补充N2B．升高温度 C．增大压强 D．分离出NH3 解析：补充N2、增大压强既能加快反应速率，又能促进平衡向生成氨的大向移动；分离 出NH3，能使平衡向生成氨的方向移动，反应速率是提高的；升高温度能加快反应速率，但 不利于氨的生成。 答案：B 4．(双选题)合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，在673 K、30 MPa下n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图 所示。下列叙述正确的是( ) ?
资源信息表
§化工生产能否做到又快又多（共一课时） [设计思想] 本节教材体现了化学反应速率和勒夏特列原理等理论对工业生产实践的指导作用，同时在运用理论的过程中，也可进一步加深学生对所学理论的理解。 本节课的教学分为两部分：第一部分主要简单了解接触法制硫酸的工业原理及其生产过程。第二部分可作为重点，通过讨论，引导学生充分运用化学反应速率和勒夏特列原理等知识，并考虑合成氨生产中动力、设备、材料等实际情况，合理地选择合成氨适宜的生产条件。此外，在教学中，使学生建立化工生产条件的选择应以提高综合经济效益和减少环境污染为目的的思想。 一．教学目标 1、知识与技能 工业生产上（合成氨、制硫酸）反应条件的选择依据（B） 2、过程与方法 （1）通过制硫酸、合成氨工业生产的学习，认识化学原理在化工生产中的重要应用。 （2）通过制硫酸、合成氨生产中动力、设备等条件的讨论，认识工业生产上反应条件的选择依据。 3、情感态度与价值观 感悟化学原理对生产实践的指导作用，并懂得一定的辩证思维和逻辑思维。 二．教学重点和难点 1、重点 硫酸工业生产过程；选择合成氨适宜的生产条件 2、难点 选择合成氨适宜的生产条件 三．教学用品 多媒体、实物投影仪
四．教学流程 1、流程图 2、流程说明 引入课题： 展现课题，明确化工生产所要关注的问题。 学生活动1：阅读课本62页相关内容。引出硫酸工业生产原理。应用所学知识分析提高二氧化 硫转化率的可能途径。 师生互动 1：共同分析表1。 表1 学生活动4表2 归纳小结2：表3——合成氨中理论和实际生产条件的对比。 表3 理论和实际生产条件的对比
第四节合成氨条件的选择（一） 教学目标： 使学生理解合成氨的化学原理，并能应用化学反应速率和化学平衡理论指导合成氨条件的选择，从而培养学生分析问题、解决问题的能力。 通过本节课的教学，让学生明确工业生产中生产条件的选择。 教学设想： 课本通过对合成氨反应特点的分析，引导学生通过P49的两个讨论问题，让学生结合反应速率和平衡移动原理对合成氨条件的选择。接下来指出工业生产中由于条件的限制，分析工业生产中合成氨的具体条件。应该说，课本中已经体现一定的探究教学思想。为此，教学过程中把教学模式定位在引导学生探究模式上（即采取“创设情景——提出问题——探讨研究——归纳总结”程序），以培养学生分析问题、解决问题的能力。 教学过程： 第一步、复习回顾 通过以下三个问题的回顾，激活学生原有认知结构中的知识。问题： 1、写出工业上合成氨的反应； 2、回顾氮气的化学性质； 3、简单回顾外界条件对化学反应速率、化学平衡的影响。 第二步、引导探究 首先，引导学生分析合成氨反应的特点（可逆、体积减小、正反应放热、反应较难进行——因为氮气很稳定）。 其次、提出问题：“假设聘你为某合成氨工厂的技术顾问，你将为提高生产效益提供那些参考意见？”（学生也许会从不同角度展开讨论，教师应有意识的把学生限定在加速合成氨反应速率和提高产率两个方面）。 第三、让学生变讨论边填写下列表格。 第五、提出问题、引导探究 问题1、从反应速率的角度，反应要求在高温下进行有利于加快反应速率；从化学平衡的角度，反应要求在低温度下进行有利于平衡右移。如何解决这一矛盾？ 问题2、资料表明，合成氨工业生产中，采用的条件一般是“20~50MPa、500℃、铁触媒”。如何理解这一反应条件的选择？
高考化学考点解析全程复习考点：合成氨条件的选择 1．复习重点 1．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.了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。 2．难点聚焦 1．合成氨条件的选择 工业上用N 2和H 2合成氨： N 2+3H 2 2NH 3+Q 从反应速率和化学平衡两方面看，选择什么样的操作条件才有利于提高生产效率和降低成本呢？ 从速率看，温度高、压强大（即N 2、H 2浓度大）都会提高反应速率； 从化学平衡看，温度低、压强大都有利于提高N 2和H 2的转化率。 可见，压强增大，从反应速率和化学平衡看都是有利于合成氨的。但从生产实际考虑，压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，将使成本增大。故一般合成氨厂采用的压强是20~50MPa 帕斯卡。 而温度升高，有利于反应速率但不利于N 2和H 2的转化率。 如何在较低的温度下保持较大转化率的情况下，尽可能加快反应速率呢？选用合适的催化剂能达到这个目的。那么，较低的温度是低到什么限度呢？不能低于所用催化剂的活性温度。目前使用的催化剂是以铁为主体的多成分催化剂——又称铁触媒。其活性温度为450℃~550℃，即温度应在450~550℃为宜。将来如制出活性温度更低、活性也很在的新型催化剂时，合成氨使用的温度当然比现在要低，转化率就能更高了。 选择适宜的条件：根据N 2+3H 2 2NH 3+Q 这一反应的特点，运用化学反应速 率和化学平衡的理论来选择适宜条件。该反应为可逆、体积减小、正反应为放热等特点。 （1）适宜的压强：为何强调适宜？压强越大、有利于NH 3的合成，但太大，所需动力大，材料强度高，设备制造要求高，成本提高，选择2×107~5×107Pa 压强。 思考：工业上生产H 2SO 4：2SO 2(g)+O 2(g) 2SO 3(g)为何不采用加压方法？（因为在常压下SO 2的转化率已达91%，不需要再加压） （2）适宜的温度：温度越低越有利于NH 3的合成，为何还要选择5000C 高温？因为温度越低，反应速率越小，达平衡时间长，单位时间产量低，另外5000C 时，催化剂活性最大。 （3）使用催化剂 （4）及时分离出NH 3，并不断补充N 2和H 2（N 2要过量，提高成本较高的H 2转化率） 小结：合成氨的适宜条件： 压强：20~50MPa 帕斯卡 温度：500℃左右 催化剂：铁触媒 2．合成氨工业简述 1．原料气的制备、净化 ① 制N 2： 物理方法： 空气 液态空气 N 2 化学方法： 空气 CO 2+N 2 N 2 ②制H 2： 压缩 蒸发 炭 H 2O 燃烧 （去CO 2）
第四节化学反应条件的优化——工业合成氨 [教学目标] 1、研究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、研究应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法. [教学过程] 分析:合成氨的反应特点 N2+3H22NH3正反应为放热反应正反应为气体体积减小的反应 请根据正反应的焓变和熵变分析在298K下合成氨反应能否自发进行能自发进行 一、自主获取信息 (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。 交流·研讨参阅66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 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67页交流研讨 条件 Ea／kJ·mol一1k(催)/k(无) 无催化剂 335 3.4×1012(700 K) 使用铁催化剂 167 [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
合成氨条件的选择 合成氨条件的选择合成氨条件的选择 教学目标知识目标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；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。能力目标培养学生对知识的理解能力，及理论联系实际的应用能力和分析问题、解决问题的能力。情感目标通过学生领悟理论知识对生产实践的指导作用，使学生树立理论和实践相结合的思想认识；并通过知识的运用培养学生的创新精神和科学方法。 教学建议教材分析本节教材体现了化学反应速率和平衡移动原理等理论对工业生产实践的指导作用，同时在运用理论的过程中，也可进一步加深学生对所学理论的理解。 教材分为两部分：第一部分主要是通过讨论引导学生运用化学反应速率和化学平衡原理等知识，并考虑合成氨生产中动力、设备、材料等的实际情况，合理地选择合成氨的生产条件。第二部分是拓宽思路方面的内容，主要是探讨合成氨的发展前景。 在第一部分内容中，教材针对合成氨的反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应，首先要求学生利用已学过的知识，讨论为使合成氨的化学反应速率增大所应采取的方法。在此基础上，又据实验数据讨论为提高平衡混合物中的含量所应采取的方法。在两个讨
论的基础上，教材又结合合成氨生产中动力、材料、设备、催化剂的活性等实际情况，较具体地分析了合成氨时压强、温度、催化剂等的选择情况。此外，还结合合成氨生产过程示意图，简单提及浓度等条件对合成氨生产的影响，以及原料的循环使用等问题，以使学生理解应以提高综合经济效益为目的。 第二部分教学在第一部分的基础上讨论合成氨的发展前景，拓宽学生的思路，主要目的不在于知识本身，而更多地应侧重于培养学生的创新精神和训练科学方法。教学建议 第一部分“”的教学：1．提出问题：针对合成氨的反应，首先需要研究如何在单位时间里提高的产量，这是一个化学反应速率问题。 2．复习提问：浓度、压强、温度、催化剂对化学反应速率影响的结果。 3．组织讨论： ①为使合成氨的反应速率增大，应采取的方法。 ②合成氨反应是可逆反应，在实际生产中，仅仅考虑单位时间里的产量问题（化学反应速率问题）还不行，还需要考虑如何最大限度地提高平衡混合物中的含量问题（化学平衡的移动问题）。 ③针对合成氨的反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应，要求学生利用已学过的知识，讨论为最大限度地提高平衡混合物中的含量所应采取的方法。 4．阅读图表实验数据印证理论：学生通过阅读表2－4的实验
第4节化学反应条件的优化——工业合成氨 知识与技能： １.了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件； ２.了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异； ３通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的控制在工业生产中的重要作用。 过程与方法： 在化学反应的方向、限度、速率等理论为指导的基础上带领学生选择适宜的反应条件，引导学生考虑合成氨生产中动力、设备、材料生产效率等因素，寻找工业合成氨生产的最佳条件。情感态度与价值观： 认识化学反应原理在工业生产中的重要作用，提升学生对化学反应的价值的认识，从而赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献。 教学重难点：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。 课型：新课 课时安排：１课时 教学过程： 【提问】影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些？ 【学生】回答 【注意】催化剂只能改变化学反应速率，不能改变化学平衡状态。 【教师】今天这节课我们就看看如何利用化学反应的有关知识将一个化学反应实现工业化，我们以工业合成氨为例。首先我们看看合成氨的有关背景。 【投影】展示弗里茨·哈伯的图像 【投影】弗里茨·哈伯与合成氨 合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约150年的时间。德国科学家哈伯在10年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，2年间他们就进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了一种合适的催化剂，使合成氨的设想在1913年成为工业现实。鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。
第四节合成氨条件的选择 从容说课 合成氨工业对化学工业和我国实现农业现代化具有重要意义。本节内容体现了化学反应速率和平衡移动原理等理论对工业生产实践的指导作用。能够培养学生理论联系实际的意识。通过本节课的学习，也可进一步加深学生对所学理论的理解。从内容上分，本节共介绍了两个知识点。其一主要是通过讨论引导学生运用化学反应速率和化学平衡原理等知识，综合考虑合成氨生产中动力、设备、材料等的实际情况，合理地选择合成氨的生产条件；其二是拓宽思路，探讨合成氨的发展前景。当然，前者是本节教学的重点和难点。 在教学中，针对合成氨反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应，首先要求学生运用已学过的知识，讨论增大合成氨的化学反应速率所应采取的措施。在此基础上，再要求学生根据提供的有关实验数据，讨论提高平衡混合物中NH3的含量所应采取的方法。然后，结合合成氨生产中动力、材料、设备、催化剂活性等实际情况，通过具体分析，得出合成氨时压强、温度、催化剂等的最佳条件。此外，应通过合成氦生产过程示意图、浓度等条件对合成氨的影响，原料的循环使用等问题，使学生理解合成氨条件的选择应以提高经济效益为目的。 本节第二部分内容的教学，其目的不在于知识本身，而是更多地侧重了培养学生的创新精神和科学方法的训练，教学过程中应适度把握。 ●教学目标 1. 使学生理解如何应用化学反应速率和化学平衡的原理，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。 3. 通过运用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件，培养学生分析问题解决问题的能力以及对所学理论的应用能力。 4. 通过对合成氨工业未来的展望，激发学生热爱祖国、刻苦学习的激情。 ●教学重点 应用化学反应速率和化学平衡的原理选择合成氨的适宜条件 ●教学难点 使学生理解如何用化学反应速率和化学平衡的原理选择合成氨的适宜条件 ●课时安排 一课时 ●教学方法 1. 通过复习化学反应速率和化学平衡移动的有关知识，启发学生得出应用化学原理选择化工生产条件的思路和依据，并结合生产实际，讨论得出合成氨的适宜条件。 2. 通过观看合成氨的录像，使学生了解浓度对合成氨的影响及原料气的循环使用等问题。 3. 通过阅读和讨论，使学生明确化工生产条件并非一成不变，激励学生为选择更好的合成氨条件而努力学习。 ●教具准备 合成氨录像带、合成塔模型、投影仪、胶片 ●教学过程 ［复习提问］ 1. 影响化学反应速率的因素有哪些？ ［生］浓度、温度、压强、催化剂等。 2. 要使一个化学平衡发生移动，可改变哪些条件？
考点30合成氨条件的选择 1．复习重点 1．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.了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。 2．难点聚焦 1．合成氨条件的选择 工业上用N 2和H 2合成氨： N 2+3H 2 2NH 3+Q 从反应速率和化学平衡两方面看，选择什么样的操作条件才有利于提高生产效率和降低成本呢？ 从速率看，温度高、压强大（即N 2、H 2浓度大）都会提高反应速率； 从化学平衡看，温度低、压强大都有利于提高N 2和H 2的转化率。 可见，压强增大，从反应速率和化学平衡看都是有利于合成氨的。但从生产实际考虑，压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，将使成本增大。故一般合成氨厂采用的压强是20~50MPa 帕斯卡。 而温度升高，有利于反应速率但不利于N 2和H 2的转化率。 如何在较低的温度下保持较大转化率的情况下，尽可能加快反应速率呢？选用合适的催化剂能达到这个目的。那么，较低的温度是低到什么限度呢？不能低于所用催化剂的活性温度。目前使用的催化剂是以铁为主体的多成分催化剂——又称铁触媒。其活性温度为450℃~550℃，即温度应在450~550℃为宜。将来如制出活性温度更低、活性也很在的新型催化剂时，合成氨使用的温度当然比现在要低，转化率就能更高了。 选择适宜的条件：根据N 2+3H 2 2NH 3+Q 这一反应的特点，运用化学反应速 率和化学平衡的理论来选择适宜条件。该反应为可逆、体积减小、正反应为放热等特点。 （1）适宜的压强：为何强调适宜？压强越大、有利于NH 3的合成，但太大，所需动力大，材料强度高，设备制造要求高，成本提高，选择2×107~5×107Pa 压强。 思考：工业上生产H 2SO 4：2SO 2(g)+O 2(g) 2SO 3(g)为何不采用加压方法？（因为在常压下SO 2的转化率已达91%，不需要再加压） （2）适宜的温度：温度越低越有利于NH 3的合成，为何还要选择5000C 高温？因为温度越低，反应速率越小，达平衡时间长，单位时间产量低，另外5000C 时，催化剂活性最大。 （3）使用催化剂 （4）及时分离出NH 3，并不断补充N 2和H 2（N 2要过量，提高成本较高的H 2转化率） 小结：合成氨的适宜条件： 压强：20~50MPa 帕斯卡 温度：500℃左右 催化剂：铁触媒 2．合成氨工业简述 1．原料气的制备、净化 ① 制N 2： 物理方法： 空气 液态空气 N 2 化学方法： 空气 CO 2+N 2 N 2 ②制H 2： 水蒸气 CO+H 2 CO 2+H 2 H 2 反应方程式为： C+H 2O （g ）==== CO+H 2；CO+H 2O （g ）==== CO 2+H 2 压缩 蒸发 炭 赤热炭 H 2O 催化剂 （去CO 2） 燃烧 （去CO 2） 催化剂 △ △
化学·选修/化学反应原理(鲁科版) 第4节化学反应条件的优化—工业合成氨 1．有关合成氨工业的说法中，正确的是( ) A．从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂的效率都很低 B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在500 ℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D．合成氨厂采用的压强是2×107～5×107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最大 解析：合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时，原料的转化率并不高，但生成的NH3分离出后，再将未反应的N2、H2循环利用，这样处理后，可使生产氨的产率都较高，故A项错误，B项正确；合成氨工业选择500 ℃左右的温度，是综合了多方面的因素确定的，因合成氨的反应是放热反应，低温才有利于平衡向正反应方向移动，故C项错误；无论从反应速率还是化学平衡考虑，高压更有利于合成氨，但压强太大，对设备、动力的要求更高，基于此选择了2×107～5×107 Pa的高压，催化剂活性最大时的温度是500 ℃，故D项错误。 答案：B 2．工业合成氨的反应是在500 ℃左右进行的，这主要是因为( ) A．500 ℃时此反应速率最快 B．500 ℃时NH3的平衡浓度最大
C．500 ℃时N2的转化率最高 D．500 ℃时该反应的催化剂活性最大 解析：工业合成氨反应采用500 ℃的温度，有三个方面的原因：①有较高的反应速率；②反应物有较大的转化率； ③催化剂的活性最大。 答案：D 3．合成氨时，既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率增快，不可采取的方法是( ) A．补充N2B．升高温度 C．增大压强 D．分离出NH3 解析：补充N2、增大压强既能加快反应速率，又能促进平衡向生成氨的大向移动；分离出NH3，能使平衡向生成氨的方向移动，反应速率是提高的；升高温度能加快反应速率，但不利于氨的生成。 答案：B 4．(双选题)合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应：N2(g)＋ ? 3H2(g)2NH3(g)，在673 K、30 MPa下n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图所示。下列叙述正确的是( )
2019-2020年高中化学《合成氨条件的选择》第一课时教案大纲人教版 从容说课 合成氨工业对化学工业和我国实现农业现代化具有重要意义。本节内容体现了化学反应速率和平衡移动原理等理论对工业生产实践的指导作用。能够培养学生理论联系实际的意识。通过本节课的学习，也可进一步加深学生对所学理论的理解。从内容上分，本节共介绍了两个知识点。其一主要是通过讨论引导学生运用化学反应速率和化学平衡原理等知识，综合考虑合成氨生产中动力、设备、材料等的实际情况，合理地选择合成氨的生产条件；其二是拓宽思路，探讨合成氨的发展前景。当然，前者是本节教学的重点和难点。 在教学中，针对合成氨反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应，首先要求学生运用已学过的知识，讨论增大合成氨的化学反应速率所应采取的措施。在此基础上，再要求学生根据提供的有关实验数据，讨论提高平衡混合物中NH3的含量所应采取的方法。然后，结合合成氨生产中动力、材料、设备、催化剂活性等实际情况，通过具体分析，得出合成氨时压强、温度、催化剂等的最佳条件。此外，应通过合成氦生产过程示意图、浓度等条件对合成氨的影响，原料的循环使用等问题，使学生理解合成氨条件的选择应以提高经济效益为目的。 本节第二部分内容的教学，其目的不在于知识本身，而是更多地侧重了培养学生的创新精神和科学方法的训练，教学过程中应适度把握。 ●教学目标 1. 使学生理解如何应用化学反应速率和化学平衡的原理，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。 3. 通过运用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件，培养学生分析问题解决问题的能力以及对所学理论的应用能力。 4. 通过对合成氨工业未来的展望，激发学生热爱祖国、刻苦学习的激情。 ●教学重点 应用化学反应速率和化学平衡的原理选择合成氨的适宜条件 ●教学难点 使学生理解如何用化学反应速率和化学平衡的原理选择合成氨的适宜条件 ●课时安排 一课时 ●教学方法 1. 通过复习化学反应速率和化学平衡移动的有关知识，启发学生得出应用化学原理选择化工生产条件的思路和依据，并结合生产实际，讨论得出合成氨的适宜条件。 2. 通过观看合成氨的录像，使学生了解浓度对合成氨的影响及原料气的循环使用等问题。 3. 通过阅读和讨论，使学生明确化工生产条件并非一成不变，激励学生为选择更好的合成氨条件而努力学习。 ●教具准备 合成氨录像带、合成塔模型、投影仪、胶片 ●教学过程 ［复习提问］ 1. 影响化学反应速率的因素有哪些？ ［生］浓度、温度、压强、催化剂等。
2019-2020年高中化学鲁科版选修4教学案：第2章-第4节-化学反应条件的优化——工业合成氨(含答案)
第4节化学反应条件的优化——工业合成氨 [课标要求] 1．了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件。 2．了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异。 3．认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用。, 1．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.2 kJ·mol－1。理论上增大 反应物浓度和增大压强及时分离出NH3及降低温度有利于氨气的合成。 2．升高温度，增大压强，加入合适催化剂能提高化学反应速率。
成氨的方向移动。 (2)在一定的温度和压强下，反应物中N2和H2的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。 1．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒·夏特列原理解释的是() A．使用铁触媒，有利于N2和H2反应合成氨B．高压比常压条件更有利于合成氨反应C．500 ℃左右比室温更有利于合成氨反应D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率 解析：选B催化剂不影响平衡移动；合成氨反应的正反应是气体分子数减小的反应，高压条件有利于平衡正向移动；工业合成氨采用500 ℃是综合考虑反应速率、转化率及催化剂的活性温度后确定的；采用循环操作与平衡移动无关。2．利用原料气在合成塔中合成氨时，为提高
N2的转化率所采取的措施是() A．高温B．高压 C．使用催化剂D．增大N2的浓度 2019-2020年高中化学鲁科版选修4教学案：第 2章第4节化学反应条件的优化——工业合 成氨(含答案) 降低。 合成氨反应的速率及适宜条件的选择 1．外界条件对速率的影响 (1)浓度 在特定条件下，合成氨反应的速率与参加反应 的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－ 1(NH3)，由关系式可知，增大N2或H2的浓度， 减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨的速率。(2)催化剂
高二化学合成氨条件选择教案 Teaching plan of condition selection for chemical ammonia syn thesis in Senior 2
高二化学合成氨条件选择教案 前言：本文档根据题材书写内容要求展开，具有实践指导意义，适用于组织或个人。便于学习和使用，本文档下载后内容可按需编辑修改及打印。 教学目标 知识目标 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;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。 能力目标 培养学生对知识的理解能力，及理论联系实际的应用能 力和分析问题、解决问题的能力。 情感目标 通过学生领悟理论知识对生产实践的指导作用，使学生 树立理论和实践相结合的思想认识;并通过知识的运用培养学 生的创新精神和科学方法。 教学建议 教材分析
本节教材体现了化学反应速率和平衡移动原理等理论对工业生产实践的指导作用，同时在运用理论的过程中，也可进一步加深学生对所学理论的理解。 教材分为两部分：第一部分主要是通过讨论引导学生运用化学反应速率和化学平衡原理等知识，并考虑合成氨生产中动力、设备、材料等的实际情况，合理地选择合成氨的生产条件。第二部分是拓宽思路方面的内容，主要是探讨合成氨的发展前景。 在第一部分内容中，教材针对合成氨的反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应，首先要求学生利用已学过的知识，讨论为使合成氨的化学反应速率增大所应采取的方法。在此基础上，又据实验数据讨论为提高平衡混合物中的含量所应采取的方法。在两个讨论的基础上，教材又结合合成氨生产中动力、材料、设备、催化剂的活性等实际情况，较具体地分析了合成氨时压强、温度、催化剂等的选择情况。此外，还结合合成氨生产过程示意图，简单提及浓度等条件对合成氨生产的影响，以及原料的循环使用等问题，以使学生理解合成氨条件的选择应以提高综合经济效益为目的。
化学反应条件的优化——工业合成氨 （讲义） 一、知识点睛 1.工业合成氨反应的限度 （1）反应原理 _________________________________ 已知298 K时，△H = -92.2 kJ·mol-1 △S = -198.2 J·mol-1·K-1（2）反应方向的判断 △H-T△S_____0，该反应在常温下_____自发进行。 （3）反应的限度分析 ①______温度、______压强，有利于化学平衡向生成 氨的方向移动； ②在一定温度、压强下，反应物N2、H2的体积比为1:3， 反应达到化学平衡时，混合物中NH3的含量最高。 2.工业合成氨反应的速率 （1）合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系v = k c(N2) c1.5(H2) c-1(NH3) （2）反应的速率分析 ①增大_________的浓度，有利于提高反应速率； ②将_________及时分离，有利于提高反应速率； ③______温度，有利于提高反应速率； ④使用合适的_______，有利于提高反应速率。 3.工业合成氨的适宜条件 （1）合成氨条件选择的理论分析 外界条件有利于提高 反应速率 有利于平衡 正向移动 综合分析 浓度增大反应物浓度 减小生成物浓度 增大反应物浓度 减小生成物浓度 不断补充反应物， 及时分离生成物 催化 剂 加合适催化剂不需要加合适催化剂 温度高温低温兼顾反应速率和化学平衡，考虑催化剂的活性 压强高压高压在设备允许情况下，尽量采用高压
（2）合成氨的实际条件 ①压强：低压1×107 Pa 中压2×107 ~3×107 Pa 高压8.5×107 ~1×108 Pa ②温度：700 K左右 ③催化剂：铁 ④浓度：N2与H2的物质的量之比为1:2.8 4.工业合成氨的主要生产流程 （1）造气 原料气中的N2来自于空气。 原料气中的H2来自于含氢的天然气、煤和炼油产品。 以天然气为原料时，反应可简单表示为： CH4+H2O CO+3H2、CO+H2O CO+H2（2）净化 消除造气过程中夹带的杂质，防止催化剂中毒。 （3）合成氨 这部分包括NH3的分离，N2和H2的循环使用，利用 反应产生的热预热合成气等。 5.工业生产中化学反应条件的优化 需考虑的因素有：化学反应速率快、原料利用率高、催化剂活性高、现实设备允许。 二、精讲精练 1.合成氨反应的特点是（） ①可逆②不可逆③正反应放热④正反应吸热 ⑤正反应气体体积增大⑥正反应气体体积减小 A．①③⑤B．②④⑥ C．①③⑥D．④⑤⑥ 2.在合成氨时，可以提高H2转化率的措施是（） A．延长反应时间B．充入过量H2 C．充入过量N2D．升高温度
第六章合成氨 湄洲湾职业技术学校化工专业组叶焕英 1. 合成氨工业 (1)简要流程 (2)原料气的制取 N2：将空气液化、蒸发分离出N2或将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。 H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气)在高温下制取。用煤和水制H2的主要反应为： (3)制得的H2、N2需净化、除杂质，再用压缩机制高压。 (4)氨的合成：在适宜条件下，在合成塔中进行。 (5)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将没有完全反应的N2和H2循坏送入合成塔，使之充分利用。 2.合成氨条件的选择 (1)合成氨反应的特点：合成氨反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应： (2)合成氨生产的要求： 合成氨工业要求： ○1反应要有较大的反应速率； ○2要最大限度的提高平衡混合物中氨气的含量。 (3)合成氨条件选择的依据: 运用化学反应速率和化学平衡原理的有关知识，同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。
(5)合成氨的适宜温度： ○1温度：500℃左右 ○2压强：20MPa—50MPa ○3催化剂：铁触媒 除此之外，还应及时将生成的氨分离出来，并不断地补充原料气，以有利合成氨反应。 (6)合成氨生产示意图 3.解化学平衡题的几种思维方式 (1)平衡模式思维法(三段思维法) 化学平衡计算中，依据化学方程式列出“起始”“变化”“平衡”时三段各物质的量(或体积、或浓度)，然后根据已知条件建立代数式等式而进行解题的一种方法。 如反应，令A、B的起始量为amol、bmol，达到平衡后A 的转化率为x。 (2)差量法(或差值法) 利用化学反应(或物理变化)中某化学量从始态到终态的差量，作为已知量或未知量的对应关系列比式进行计算的一种常用方法。 (3)极限思维法(极值法) 极值法是将可逆反应看作处于完全反应和完全不反应的中间状态，接替使用这两个极端点，根据题目巧设假设某一种物质100%消耗,求出另一方的最大值(最小值，从而得出可逆反应达到某平衡状态时的取值(或取值范围)的方法。
化学反应条件的优化—工业合成氨 编稿：宋杰 审稿：张灿丽 【学习目标】 1、能用平衡移动原理（勒夏特列原理）解释一些生活、生产问题； 2、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； 3、了解合成氨生产的适宜条件和工艺流程。 【要点梳理】 要点一、合成氨反应原理和特点。 1、反应原理：N 2（g ）+3H 2（g ） ,高温高压催化剂 2NH 3（g ）。 2、反应特点。 ①可逆反应；②正反应是放热反应；③正反应是气体体积缩小的反应；④氨很容易液化。 要点二、合成氨适宜条件的选择。 1、适宜生产条件选择的一般原则。 对任一可逆反应，增大反应物浓度，能提高反应速率和转化率，故生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率，如合成氨中氮气与氢气的配比为1∶2.8。 选择条件时既要考虑反应的快慢——反应速率越大越好，又要考虑反应进行的程度——使化学平衡尽可能向正反应方向移动，来提高氨在平衡混合物中的体积分数。 2、合成氨条件选择的依据。 运用化学反应速率和化学平衡原理的有关知识，同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。 [归纳] 合成氨的适宜条件： （1）温度：500℃左右； （2）压强：20 MPa ～30 MPa ； （3）催化剂：铁触媒（500℃时其活性最强）。 除此之外，还应及时将生成的氨分离出来，并不断地补充原料气（N 2和H 2），以有利于合成氨反应。 要点三、合成氨工业的简介。 合成氨工业的简要流程：
合成氨生产示意图2-4-1： 1、原料的制取 氮气：将空气液化、蒸馏分离出氮气或者将空气中的氧气与碳作用生成CO 2，除去CO 2后得氮气。 氢气：用水和燃料（煤、焦炭、石油、天然气等）在高温下制取。主要反应有： C+H 2O （g ）高温 CO+H 2 CO+H 2O （g ）? 催化剂 CO 2+H 2 CH 4+H 2O （g ）700C 900C ??催化剂CO+3H 2 2CH 4+O 2 950C ?催化剂2CO+4H 2 2、制得的氮气和氢气需净化、除杂质，再用压缩机压缩至高压。 3、氨的合成：在适宜的条件下，在合成塔中进行。反应原理为N 2+3H 2 ,高温高压催化剂 2NH 3。 4、氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将未反应的氮气和氢气循环送入合成塔，使其充分被利用。 要点诠释：①循环操作过程是没有转化为生成物的反应物又重新回到反应设备中参加反应的过程。显然循环操作过程可以提高反应物的转化率，使反应物尽可能地转化为生成物，提高经济效益。 ②由于存在循环操作过程，从理论上讲，即使是可逆反应，反应物最终全部转化为生成物。 5、合成氨生产的发展前景。 合成氨条件的选择与科技进步、动力、材料、设备等条件的改善紧密相连，并将随之作相应改变。目前，人们正在研究使合成氨反应在较低温度下进行的催化剂以及研究化学模拟生物固氮等，以进一步提高合成氨的生产能力。 【典型例题】 类型一、勒夏特列原理及其应用 例1、（2015 宜昌期末）下列事实，不能用勒夏特列原理解释的是（ ）。 A ．在溴水中存在如下平衡：Br 2+H 2O HBr+HBrO ，当加入NaOH 溶液后颜色变浅 B ．对2HI(g) H 2(g)+I 2(g)平衡体系增加压强使颜色变深