课题2　人工固氮技术──合成氨新颖的课程导入教案

人工固氮技术——合成氨

教学设计

一、

教学目标

知识与技能：

1.

了解合成氨对人类发展的意义。

2.

利用所学的化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题。

3.

了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义。

过程与方法：

1.

通过实验学习合成氨反应原理，利用化学反应速率和化学平衡移动原理分析和讨论合成氨反应条件。

2.

结合合成氨的基本生产过程及合成氨工业发展，理解实际生产中的问题。

情感态度与价值观：

1.

能够说出环境污染的主要方面及防止污染的一些措施，增强环境意识，做环境保护的宣传者和行动者。

2.

通过本节的学习，说明工业生产中加快反应，提高原料利用率，节约能源及环境保护的一些措施和方法。

二、

教学重点

合成氨的反应原理、合成氨生产的适宜条件。

三、

教学难点

合成氨生产的适宜条件、合成氨原料的制备。

四、

教学方法

讨论探究 多媒体

五、

课时安排

1课时

六、

教学过程

【课程引入】大家都知道在地壳中氮的含量只有0.04％，而大气中氮的体积分数为78％。空气中游离态的氮不能被庄稼吸收，必须将其转化成氮的化合物才能被吸收。将游离态的氮转化成化合态的氮方法叫氮的固定。大家请看教材第10页，看下氮在自然界的循环。那怎样才能利用廉价的自然资源来生产氮的化合物？请阅读思考与交流事实2部分。

【投影并板书】人工固氮技术——合成氨

一、氮的固定：将游离态的氮转化成化合态的氮方法叫氮的固定。

【教师提问】固氮的方法有哪几种？

【学生回答教师板书】

1.自然固氮

2.生物固氮

3.人工固氮

【教师讲述】我们平时说的

“雷雨发庄稼”，是指在雷雨天气中，放电条件下空气中的氮气和氧气发生反应

【讨论归纳】N2+O2

2NO+O2＝2NO2

3NO2+H2O＝2HNO3+NO

2NO

【教师】上边就是自然固氮的过程，而生物固氮是指根瘤菌固氮。我们今天主要学习的是人工固氮。由于氮气的性质很不活泼，直到20世纪初才研究出一些固氮方法，其中合成氨是最有效且便于工业化的方法，本节课我们就来探讨这一内容。

【投影并板书】

二、合成氨的反应原理

【投影实验】分析课本11 页的实验，结合有关物质物理和化学性质总结试管口处试纸的变化，推测有关反应。

【师生】加热试管后PH试纸变蓝，说明有氨气生成。

【投影并板书】N2(g)+3H2(g)

催化剂

高温高压

2NH3 (g)

【小习题】在合成氨工业中，为增加氨气的日产量，在实现此目的的过程中与平衡移动无关的是

（A）不断将氨分离出来

（B）

使用催化剂

（C）

采用500℃的高温

（D）采用10-30Mp的压强

【学生作答】选BC 【阅读】读课本12 页内容，结合已学化学平衡内容回答下列问题。

1、压强怎么选？

【师生】①增大压强既可以增大v，又能提高平衡转化率，所以理论上压强越大越好。②但压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力大，因此压强也不宜过高。最适合的压强：10MPa~30MPa 2、温度怎么选？

【师生】①降温有利于提高平衡转化率；②升温有利于提高反应速率；③催化剂需要适宜温度。温度：400~500℃

3、浓度怎么选？

【师生】

实际生产中的处理方法：及时将氨气冷却液化而分离出去；及时补充氮气和氢气，使其保持一定的浓度。

4、催化剂的作用是什么？

【师生】加快反应速率。

【教师】应注意催化剂的几个特点：

﹙1﹚选择性

﹙2﹚灵敏性

﹙3﹚高效性

【讲述并板书】接下来我们探讨合成氨的过程，根据前面的知识大家一起来说是那几个步骤？

【学生讨论并回答】造气, 净化，合成，分离

【讲述】下面我们一步一步来分析。首先要制备合成氨的原料气

【板书】制取N2：物理方法为将空气液化，蒸发分离出氧气 化学方法为碳在空气中燃烧，O2充分反应后除去CO2制取 N2。

【板书】(2)制取H2：

水蒸气通过赤热的煤层，使水蒸气与碳反应制得。主要反应为

①C+H2O

高温

CO+H2

②也可用石油、天然气、焦炉气、炼厂气中的碳氢化合物与水蒸气在催化剂作用下制备。主要反应为CH4＋H2O===3H2＋CO ，

CH4＋2H2O===4H2＋CO2 。 【讲述】最后得到的原料气再净化，防止催化剂中毒。

【板书】

原料气的净化

【讲述】净化后燃料气经过压缩机压缩至高压，进入氨合成塔，使氨气和氢气在高温高压催化剂条件下合成氨，最后将合成后的混合气体液化分离液态氨，并将剩余的氨气和氢气循环送回合成塔中进行反应。

【板书】氨的合成与分离

【投影】用图示表示合成氨的流程。

【讲述】最后，我们一起来学习合成氨工业的发展，请大家阅读教材14到15 页，最后总结归纳。

【练一练】1．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）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2×107～5×107Pa的压强

2、合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应而制得，其中一步的反应为：

CO（g）+H2O（g）

CO2（g）+H2（g）（正反应放热），下列措施中，能提高CO转化率的是（

）

A、增大压强

B、降低温度

C、增大水蒸气浓度

D、增大CO浓度

3.在一定条件下,合成氨反应达到平衡后,混合

气体中NH3的体积占25%,若反应前后条件保持

不变,则反应后缩小的气体体积与原反应物体

积的之比是(

) A

1/5

B

1/4

C

1/3

D

1/2 4、在合成氨时，可以提高H2转化率的措施是（

）

(A)延长反应时间

(B)充入过量H2

(C)充入过量N2

(D)升高温度

5、关于氨的合成工业的下列说法正确的是

（

）

(A)从合成塔出来的气体，其中氨一般占15%，所以生产氨的工业的效率都很低

(B)由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则总的说来氨的产率很高

(C)合成氨工业的反应温度控制在500 ℃左右，目的是使平衡向正反应方向进行

(D)合成氨工业采用20

MPa__50MPa ，是因该条件下催化剂的活性最好

七、课后作业：课后习题