课题2　人工固氮技术──合成氨优质课教案推荐

人工固氮技术---合成氨

教学设计

一、教材分析和教学设想

化学选修四中我们已经学过化学反应的方向、限度、速率和化学平衡四部分的内容。化学反应的方向和限度，化学反应速率的知识，分别从化学热力学角度介绍化学反应方向的判据以及浓度、温度等外界条件对化学平衡的影响，从化学动力学角度介绍影响化学反应速

率

的

因

素并进行

定

量

研

究

和

理

性

分

析。而在

实

际

生

产

中，从化学

热

力

学

角

度

实

现高转达化率所需的条件往往与从化学动力学角度实现高速率所需的条件相互矛盾。为了以较高速率获得较好的转化率，人们通常对这两方面的研究

结果进行

综合分析，即进行反应条件的优化。本节内容就是对前两部分知识的综合应用，以工业合成氨为例探究化学反应条件优化的选择方法，体现化学反应的方向、限度、速率等理论在优化选择化学反应条件方面的作用，使学生了解化学理论的学习对生产实际的指导作用。

本节课的教学设想为：在教学过程中，为学生提供关于合成氨反应的热力学、动力学实验数据，使他们能够利用这些资料就合成氨反应的热力学、动力学问题分别展开讨论，初步尝试利用理论分析化工生产中的实际问题，引导学生考虑合成氨生产中动力、设备、材料生产效率等因素；再结合生产中的数据向学生介绍合成氨的实际生产条件，对合成氨的适宜条件进行选择，使他们在解决实际问题的过程中提升对化学反应的价值的

认识课堂中通过“动手”“动脑”“动口”等师生互动

的方

法来完

成

教与学的任务，达成教与学的目标。

二、教学设计思路

题 目

教学目标

知识与技能

人工固氮技术---合成氨

1.理解如何应用化学反应速率和化学平衡移动原理，选择合成氨的适宜条件。

2.应用化学原理选择化工生产条件的思想、方法。

过程与方法

1.以化学反应速率和化学平衡移动原理为主线，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.加深学生对所学理论的理解，提高知识的实际应用能力，增强责任担当意识。

情感态度与价值观

1.了解合成氨的全过程，激发学生爱科学、探索科学的热情。

2.展望合成氨的前景，激发学习兴趣，体会化学学科中逻辑结构严谨深刻的科学美。

重点难点

教学方法

教学用具

教学过程

新

课

引

入

应用化学反应速率和化学反应原理选择合成氨的适宜条件

合作探究法、自学法

多媒体、导学案

教 师 活 动

学 生 活 动

雷雨发庄稼原因的探讨，引出“哈伯”

----由空气制取面包的圣人：1784年发现氨气后，人们一直在研究如何利用化

学方法由N2和H2合成NH3，但直到1913年才建成了大型合成氨厂。今天我们来

探究合成氨生产条件的选择：

【板书】人工固氮技术——合成氨

设

计

意

图

引入新课，激发兴趣

【设问引入】假如您是企业的负责人，

对畅销产品的生产效率、成本有何要

求？

回答：降低成本，提【过渡】现在工厂合成氨气，应怎样选高产品产量和质量

择生产条件呢？

讨论后回答：选择生【设问】利用化学反应速率和化学平衡产条件的目的是加移动原理，从生产目的、选择的依据和快速率、提高产率；原则角度来考虑，选择生产条件的目的选择生产条件的依据是外界条件对化是什么？选择生产条件的依据是什学反应速率和化学么？

平衡的影响

通过事例分析指出本节学习重点，明确学习方法

判断合成氨反应是否自发进行

【交流•研讨】合成氨发应是一个可逆反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。已知298 K时，ΔH＝－92.2 kJ•mol－1，ΔS＝－198.2 J•k－1•mol－1。

请根据正反应的焓变和熵变分析298K时合成氨反应能否自发进行？

学生讨论分析反应为讨论合成氨特点：合成氨反应为适宜生产条件放热、气态物质系数做准备，体会减少的可逆反应： 一般的研究思ΔG＝ΔH－TΔS＜0 路：首先进行化学热力学分298 K时合成氨反应析，判断化学是可以自发进行的。

反应的方向。

【活动探究】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

学生讨论回答：降低素，选择合成氨适宜条件。 增大压强有利【板书】一、合成氨反应的限度 温度、合成【讲述】进一步研究发现，在一定的温于化学平衡向生成氨反度、压强下，反应物N2、H2的体积比为氨的方向移动；N2、应的1:3时平衡混合物中NH3的含量最高。H2的体积比为1:3限度

【过渡】在寻找最佳的生产条件时，除时平衡混合物中NH3了考虑反应的限度，还需要研究采取哪的含量最高。

些措施来提高化学反应速率？

【板书】二、合成氨反应的速率 【交流•研讨】1.结合影响反应速率的因素思考什么条件能提高合成氨反应速率？

再利用平衡移动原理分析如何调高氨的产量。

学生分析回答：

1.升高温度、增大压

强、增大反应物浓

度、使用催化剂。

让学生从整体上对影响化学2.实验表明，在特定条件下，合成氨反2.增大N2、H2的浓合成应的速率与参与反应的物质的浓度的度、将NH3及时从混反应速率的各氨反合气中分离出去。 种影响进行定1.51关系为请根vkc(N2)c(H2)c(NH3)应的向分析。

速率

据关系式分析：各物质的浓度对反应速率有3.分析下表所给的哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速数据使用催化剂可

率？

使合成氨反应速率提

高上万亿倍。

3.请根据下表给出的数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响？【补充】除此之外，温度对合成氨反应速率也有显著影响：温度越高，反应进行得越快。

条件

（无）

-1K(催)/KE/kJ·mol

A335 167 3.4×1012无催化剂

使用催化

剂

（700K）

结合生产实际选择合成氨的适宜条件

学生讨论后完成下表：

【板书】三、合成氨的适宜条件

【交流•研讨】根据合成氨反应的特点，使NH3

生产的快

使NH3

生产的多

应分别采取什么措施提高反应的平衡外界

平衡分析

转化率和反应速率？请将您的建议填条件

速率分析

入下表。 压

强

高

压

高

压

在合成氨生产中，达到高转化率与高反

使 用

应速率所需要的条件有时是相互矛盾催化剂

无影

响

的。由理论分析再结合生产实际（高压温

度

低

温

高

温

对设备材质、加工制造的要求和所需能反应物

增

大

增

大

耗多少、温度对催化剂活性的影响等）浓度

讨论：

生成氨

减

小

减

小

（1）既然降低温度有利于平衡向生成的浓度

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？ 复习、整理关于化学

反应的方向、限度和

速率的理论知识并【讲述】因此，选择合成氨的条件时，查阅资料回答：

既不能片面地追求转化率，也不能只追

求高反应速率，应该寻找以较高的反应（1）低温时虽然有通过交流研讨速率获得适当平衡转化率的反应条件。利于平衡向生成氨使学生体会这此外，还应考虑原料的价格、未转化的的方向移动，但低温是用理论解决合成气循环利用、反应热的综合利用等时反应速率低，所以实际问题的一问题。 反应温度不是越低个重要步骤，

越好。考虑到催化剂需要综合评价

活性，应选择适宜温热力学和动力

度。

学的研究结【总结】合成氨的适宜条件：选择铁做果，还必须考

催化剂；反应温度在700K左右；在工虑实际工艺技

业实际的生产中，要根据反应器使用的（2）虽然增大压强术等方面因钢材质量及综合指标来选择压强，大致既可提高反应速率，素。

分为三种类型：

又可提高氨的产量，

低压（1×107Pa）、 但是工业生产还应该考虑到反应器材

77质及综合指标来选中压（2×10～3×10Pa）、 择压强，并非越大越

好。

高压（8.5×107

～1×108Pa）。

加深学生对化

【板书】合成氨的生产流程

（1）原料气的制备 N2来自空气，H2

来自水CH4+H2O=CO+3H2 CO+H2O=CO2+H2

合成（2）净化

消除造气过程中夹带的杂学生认真听讲，观看氨的质，防止催化剂中毒。 课本合成氨工艺生生产产流程图。

流程

（3）合成氨

【知识拓展】简单介绍我国合成氨工业的发展情况

工生产的了解，了解我国合成氨工业发展历程，目前我国合成氨工业从生产能力和产量上都位居世界前列，对学生进行情感态度与价值观教育。

课堂

小结

课

堂

练

习

（1）应选用的温度是______。

（2）应采用的压强是______，理由是_____ ______。

结合理论依据和生产实际适宜的合成氨条件为：铁催化剂、700K、根据反应器选择压强、n( N2)：n（H2）= 1:2.8 1、能使合成氨反应进行程度增大的方法是（ ）

A.升高温度 B.降低压强 C.使用催化剂 D.及时分离出氨气

2、在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列变化过程不能使平衡向右移动的是（

）

A.将NH3分离出来 B.使用催化剂 C.500℃

左右的高温 D.2×107～5×107Pa的压强

3、已知2SO2(g)+O2(g)

2SO3 (g) △H＜0

板

书

设

计

第一单元走进化学工业

第2节 人工固氮技术----合成氨

一、合成氨反应的限度

有利于化学平衡向生成氨的方向移动的影响因素：降低温度、增大压强、n( N2)：n（H2）= 1:3 二、合成氨反应的速率

有利于加快生成氨速率的影响因素：升高温度、增大压强、使用催化剂、增大反应物浓度、减小生成物浓度。

三、合成氨的适宜条件

结合生产实际，适宜的合成氨的条件为：

铁催化剂、700K、根据反应器选择压强、n( N2)：n（H2）= 1:2.8

课

后

反

思

本节课的教学环节设计合理，教学方法得当，课堂互动效果好，完成了教学任务，教学目标落到实处。

本节课为学生提供了关于合成氨反应的热力学、动力学实验数据，学生就合成氨反应的热力学、动力学问题分别进行讨论得出相应结论。“交流研讨”环节学生讨论充分。学生了解了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，同时也了解了应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法。在理论分析的基础上结合生产实际选择合成氨的适宜条件，引导学生综合考虑合成氨生产中动力、设备、材料、生产效率等因素，认识化学反应原理在工业生产中的作用，提升学生对化学反应的价值认识，从而欣赏对个人生活和社会发展的贡献。合成氨适宜条件选择是一个综合性很强的问题引领和陪伴学生共同讨论，最终达成共识。

要善于处理好教学中知识传授与能力培养的关系，巧妙地创设能引导学生主动参与的活动及情境，学生在实践中学习，不断地激发学生的学习积极性与主动性，培养学生的学习兴趣，又培养学生的思维能力、想象力和创新精神，使每一个学生的身心都得到充分发展。在今后的教育教学中还要不断地反思来提高自己的教学水平和创新能力。