2019-2020年鲁科版高中化学选修4第二章 第4节 化学反应条件的优化-工业合成氨教学设计1.doc

2019-2020年鲁科版高中化学选修4第二章 第4节 化学反应条件的优化-工业合成氨教学设计1【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H92.2 kJmol1S198.2 Jmol1K1。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13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vk c(N2)c1.5(H2)c1(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11071108Pa700 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H0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)g0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)H0，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（）增大体积使压强减小减小体积使压强增大升高温度降低温度恒温恒容，再充入等量的N2和H2恒温恒压，再充入等量的N2和H2及时分离产生的NH3使用合适的催化剂A B C D3. 工业合成氨的正反应是放热反应，下列关于N2(g)3H2(g) 2NH3(g)反应的图像中，错误的是（）4. 采用循环操作可提高原料的利用率，下列工业生产中，没有采用循环操作的是()A硫酸工业B合成氨工业C硝酸工业 D氯碱工业5. 已知合成氨反应的正反应是气体体积减小的放热反应，合成氨工业的工艺流程如下：下列关于合成氨工业的说法中不正确的是（）A混合气进行循环利用遵循绿色化学思想B合成氨反应需在低温下进行C对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率D原料气之一的氢气可由天然气和水反应制得6. 下列化工生产中所发生的主要化学反应，不涉及氧化还原反应的是（ ）A氯碱工业B接触法制硫酸 C制造普通玻璃 D工业合成氨参考答案1. 【解析】往往错选C、D，原因：对升高温度可以使平衡向吸热反应方向移动的原因认识不清；对使用催化剂可缩短到达平衡所用时间的原因认识不清；正确选项为B。【答案】B2. 【解析】减小压强，产率降低，速率变慢，所以正确；升温平衡左移，降温速率变慢，所以错；相当于加压，正确，错；反应速率变慢；对平衡无影响。【答案】C3. 【解析】合成氨的正反应是放热反应，升温，正、逆反应速率都增大，但逆反应增大的程度大，A正确；在T1时NH3%最大，达到平衡，再升高温度，平衡逆向移动，NH3%减小，B正确；低温下达到平衡，NH3的含量大，C错误；增大压强，平衡向右移动，NH3%增大，D正确。【答案】C4. 【解析】硫酸工业，循环操作提高二氧化硫利用率；合成氨工业，循环操作提高氮气和氢气利用率；硝酸工业，循环操作提高氨的转化率；氯碱工业，电解饱和氯化钠溶液，没有循环操作。【答案】D5. 【解析】合成氨反应虽是放热反应，但是温度低时，反应速率太慢，适宜温度需在500左右，且该温度下催化剂的活性最大。【答案】B6. 【解析】各选项涉及的主要反应为：A项，2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2；B项，4FeS211O22Fe2O38SO2,2SO2O22SO3，SO3H2O=H2SO4；C项，SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2；D项，N23H2高温、高压催化剂2NH3。【答案】C