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-鲁科版高二选修4化学教案VIP专享VIP免费

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)298K时ΔH＝－92.2kJ·mol－1ΔS＝－198.2J·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＝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1×107～1×700K左右铁触媒(铁)使气态NH3变成液态NH3并及108Pa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ΔH<0低温兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度ΔH>0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)Δνg<0高压在设备条件允许的前提下，尽量采取高压Δνg>0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)ΔH<0，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...