2017-2018学年高中化学 第二章 化学反应的方向、限度与速率 第四节 化学反应条件的优化——工业合成氨教案 鲁科版选修4.docVIP

第四节 化学反应条件的优化——工业合成氨 【教学目标】 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调控在工业生产中的重要作用。 过程与方法： 1．通过对合成氨适宜条件的研究选择，学会把握主要矛盾、统筹兼顾解决问题的能力，培养理论联系实际的能力； 2．在运用理论解决问题的过程中，进一步加深对所学理论的理解，提高实际应用能力； 3．通过讨论、交流发现问题和解决问题，体验合作学习的过程和乐趣。 情感态度与价值观： 1．初步形成从多方面综合思考问题的意识； 2．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。 【教学过程】 合成氨的车间外貌和生产设备图。（浏览图片） 一、合成氨反应的限度 1．反应原理 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　298 K时　ΔH＝－92.2 kJ·mol－1　ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 2．反应特点 合成氨反应是一个能自发进行的、放热的、气体体积减小的可逆反应。 3．有利于氨生成的措施 (1)降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动。 (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。 二、合成氨反应的速率 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＝k c(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 使用催化剂，可显著降低反应的活化能，使反应速率提高上万亿倍。 3．温度 温度对合成氨反应的速率也有显著影响：温度越高，反应进行得越快。 4．压强 压强越大，反应进行得越快。 三、合成氨的适宜条件 1．合成氨反应条件的选择 工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。 2．合成氨的适宜条件 反应 条件 压强 温度 催化剂 浓度 1×107～1× 108Pa 700 K左右 铁触媒(铁) 使气态NH3变成液态NH3并及时从平衡混合物中分离出去，及时补充N2和H2 四、工业生产中化学反应条件优化的原则 外界 条件 有利于加 快速率的 条件控制 有利于平 衡移动的 条件控制 综合分析结果 浓度 增大反应 物的浓度 增大反应物的浓度，减小生成物的浓度 不断地补充反应物，及时地分离出生成物 催化 剂 加合适的 催化剂 无影响 加合适的催化剂 温度 高温 ΔH0 低温 兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度 ΔH0 高温 在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并选取适宜的催化剂 压强 高压(有气 体参加) Δνg0 高压 在设备条件允许的前提下，尽量采取高压 Δνg0 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的压强 五、合成氨的工业流程 『特别提醒』在制备原料时，要注意反应的可行性，同时要注意反应的速率和限度。 六、氮的固定 将空气中游离态的氮转化为氮的混合物的过程叫氮的固定，主要的固氮方法： 1.生物固氮 一种主要的自然固氮反应。如豆科植物在根瘤菌作用下直接吸收空气中的N2转化为氨等，进一步合成蛋白质。 2.自然固氮 如闪电产生的巨大电压，其电火花足可以破坏氮气分子的叁键，促使其与氧气反应生成NO，进而生成NO2和HNO3等。 3.化学固氮 如合成氨反应、放电条件下使氮气与氧气反应生成NO等。 4.人工模拟生物固氮 通过化学方法，制备出类似生物“固氮菌”的物质，使空气中的氮气在常温常压下与水及二氧化碳等反应，转化为硝态氮或铵态氮，进而实现人工合成大量的蛋白质等，最终实现工业化生产蛋白质食品。 『特别提醒』判断某过程是否为氮的固定时，可以通过看反应物中是否有N2分子，生成物中是否有氮的化合物，都符合的属于氮的固定。 七、检测题 1. 对于可逆反应N2(气)＋3H2(气)2NH3(气)　ΔH0，下列说法正确的是（ ） A．达到平衡时反应物和生成物浓度一定相等 B．达到平衡后加入氨气，重新达到平衡时，氨气的浓度比原平衡时大 C．达到平衡时，升高温度加快了吸热反应的速率，降低了放热反应的速率，所以平衡向逆反应的方向移动 D．加入催化剂可以缩短到达平衡的时间，这是因为加快了正反应的速率，而减慢了逆反应的速率 2. 在合成氨时，既要使氨的产率增大，又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有（　　） ①增大体积