生产中反应条件的控制全国优秀课堂实录

第4节

化学反应条件的控制优化

知识与技能：

1.

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。

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。

过程与方法：

1.

教学时应以化学反应速率和化学平衡原理为主线，以合成氨知识为中心，结合工业

生产的实际情况，将知识串联、拓展、延伸，培养学生的归纳思维能力。

2.

在运用理论的过程中，可以进一步加深学生对所学理论的理解和提高知识的实际应

用能力。

情感态度与价值观：

1.

通过了解合成氨的全过程，可以激发学生爱科学、探索科学的热情。

2.

通过合成氨前景的展望，激发学生学习兴趣。. 【教学过程】

[引入] 首先问大家一个问题:大家想不想当老板?

(为什么想当老板?) [板书] 第4节

化学反应条件的优化——工业合成氨

[学生活动] 了解学习目标

，内容框架

[提问] 1.

在化学必修—2中我们已经学习了工业合成氨的反应原理，是什么呢？

2.

合成氨反应的特点？

3.

选择生产条件的目的是什么？

4.

选择生产条件的依据是什么？

答案：

1

原理：N2 + 3H2

2NH3

（正反应为放热反应）

2

反应特点：①

可逆反应

②

正反应是放热反应

③

正反应气体体积缩小

3尽可能加快反应速率和提高产物产率

4外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响

[学生活动] 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？ (只需要估算即可) [知识回顾] 运用所学有关知识填写下表：

温度

压强

催化剂

浓度

化学反应速率

化学平衡

[教师引导并总结] 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提高氨的产率？

[板书] 有利于提高氨的产率的方法：低温 高压 增大N2

或H2的浓度 减小NH3的浓度

[学生合作交流并展讲] 课本P66 “交流与研讨”

[教师带领学生分析] 1、

既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？ 2、

既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？

3、

在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？

4、

能否用过量氮气提高氢气转化率？工业合成氨是否采用此方法？

[教师讲解] 1．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700K的温度。原因：速率较快，转化率适中，催化剂活性最大。

2．压强。增大压强，有利于氨的合成，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为低压（1×107Pa），中压（2×107Pa—3×107Pa），高压（8.5×107Pa—1×108Pa）三种类型。

3．催化剂。由于N2

分子非常稳定，N2

和H2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。为了加快反应速率，降低反应所需要的能量，合成氨工业普遍使用铁做催化剂，使反应物在较低温度下较快的进行反应。

4．

浓度。在实际生产中，不断补充N2

、H2（增大反应物的浓度），采取迅速冷却的方法（减小生成物的浓度），使气态氨变成液态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NH3的方向移动。

工业上合成氨时主要需要考虑的因素为经济效益和社会效益：速度要快，原料的利用率要高，单位时间内的产量要高。另外还要考虑生产中耗费的能源、原料、设备条件等因素。

[例题讲解] 已知2SO2(g)+O2(g)

2SO3 (g) △H＜0其实验数据见表

(1)

应选用的温度是______。

(2)

应采用的压强是______，理由是___________ [ 本节小结] [ 当堂检测] 1. 氨的合成反应，生产中采用的适宜条件是（ ）

A、低温、高压、适当的催化剂 B、高温、常压

C、尽可能高温、高压

D、适当的温度、适当的高压、适宜催化剂

2．在合成氨工业中，为增加NH3日产量，下列变化过程能使平衡向右移动的是（

）

A.不断将NH3分离出来

B.使用催化剂

C.采用700K左右的高温

D.采用低压

【板书设计】

第4节

化学反应条件的优化——工业合成氨

1．原理：N2 + 3H2

2NH3

（正反应为放热反应）

2．反应特点：

①

可逆反应

②

正反应是放热反应

③

正反应气体物质系数减小

3．

压强

温度

催化剂

浓度

使氨生产多

（平衡分析）

高

压

低

温

无影响

使氨生产快

（速率分析）

高

压

高

温

加

快

实际生产中适宜条件

1×107Pa—1×108Pa 700K

铁

N2

：H2=1：2.8；

及时将NH3分离出去

增大N2

、H2浓度；

增大N2

、H2浓度, 减小NH3浓度

同时减小NH3浓度

4．生产过程简介

造气———净化———合成氨