化学反应条件的优化-合成氨教学设计.docVIP

化学反应条件的优化——工业合成氨合成氨工业对化学工业、国防工业和我国实现农业现代化具有重要意义。本节教材体现化学反应速率和化学平衡移动原理等理论对工业生产实践的指导作用，也可进一步加深对所学理论的理解。通过本节课的学习，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。 生感觉不容易理解，在学习过程中需要老师去引导，循序渐进在复习知识的基础上，讨论合成氨反应的特点，探讨工业生产所需的合适条件【】影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些？ 2、A+B C A B+C 3A B+C 平衡后分别通1molA，A的转化率怎么变？ 【学生】回答 【】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合成氨实现工业化【】弗里茨·哈伯【学生】 【教师讲解】 【提问】观察合成氨的化学反应，说明合成反应的特点： 【投影】N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H ＝-92.2kJ/mol 【学生】可逆反应 熵减小 气态物质系数减小 放热反应 ·研讨】 1、请根据正反应的焓变和熵变，分析298K下合成氨反应能否自发进行？P65 ２、请利用化学平衡移动的知识分析，什么条件有利于氨的合成？ 【】【交流·研讨】请利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成。P65 【投影】 【学生】【】 降低 温度、 增大 压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动，N2、H2体积比为 1：3 时平衡混合物中氨的含量最高。 【】【交流·研讨】P66 1、你认为可以通过控制那些反应条件来提高合成氨反应的速率？ 2、实验研究表明，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: ν =κC(N2)C1. 5(H2)C—1(NH3) ， 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应速率？ 3、请你根据下表所给的数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响： 条件 E /KJ/mol k(催)/k(无) 无催化剂 335 3.4×1012(700k) 使用Fe催化剂 167 催【学生回答】 1.升高温度 增大压强 增大反应物浓度 使用催化剂 2.增大N2、H2浓度,将氨及时从混合气中分离出去3.使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。 【】合成氨的适宜条件【交流·研讨】 【分析】1、压强合成氨增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。 压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力大。 【结论】综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。 【分析】2、温度是放热的反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。 温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。 【思考】你又得到什么结论？ ③特殊因素：催化剂要在一定温度下催化活性最大。 【结论】综合以上因素:实际生产中温度一般选择在700K左右（主要考虑催化剂的活性）。 【分析】3、催化剂经济效益和社会效益要求化学反应速度要快，单位时间的产量要高。 【结论】实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在700K时活性最高。 【分析】4、浓度 N2和H2的比例 【思考】上述图像，你又得到什么结论？ 【学生分析】增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。 【结论】实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度。 【投影】研讨的结果 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强 温度 适宜温度 700K左右 催化剂 使用铁触媒作催化剂 浓度 N2和H2的物质的量比为1：2.8的投料比, 氨及时从混合气中分离出去 【】【小结】 【教师小结】 工业上利用某可逆反应生产产品： 1、一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益； 2、选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度； 3、选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。 【】 工业制造硫酸的主要反应为: 2S