生产中反应条件的控制国家优质课一等奖

选修2 化学与技术

第一单元 走进化学工业

第一节

化工生产中的基本问题

第二课时 生产中反应条件的控制

一、教学目标

（一）知识与技能

1、理解如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择工业生产的适宜条件；

2、了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。

3、了解化工生产与科学实验的不同

（二）过程与方法

1、

以化学反应速率和化学平衡原理为主线，以二氧化硫的催化氧化为中心，结合工业上生产的实际情况，将知识串联、拓展、延伸，培养归纳思维能力。

2、培养读图、读表能力，学会应用“控制变量法”对图表信息进行分析整合。

3、培养对知识的理解能力，及理论联系实际的应用能力和分析问题、综合应用知识解决实际问题的能力。

（三）情感与价值观

1、通过领悟理论知识对生产实践的指导作用，树立理论和实践相结合的思想认识；并通过知识的运用培养创新精神和科学方法。

2、培养实际工作能力，激发爱科学、探索科学的热情。体会化学学科形成的内容丰富，逻辑结构严谨深刻的科学美，运用此科学创造美。

二、教材分析

本节教材体现了化学反应速率和平衡移动原理等理论对工业生产实践的指导作用，同时在运用理论的过程中，也可进一步加深学生对所学理论的理解。教材主要是通过讨论引导学生运用化学反应速率和化学平衡原理等知识，并考虑工业生产硫酸中的重要步骤——二氧化硫的催化氧化中动力、设备、材料等的实际情况，合理地选择生产条件。教材针对学生可能还未学习选修四《化学反应原理》中有关化学反应速率和化学平衡的相关知识，介绍了化学平衡的概念以及影响因素。教材又设置了二氧化硫催化氧化反应的一些实验数据：表1—1不同温度下SO2的平衡转化率以及表1—2压强对SO2平衡转化率的影响，引导学生据实验数据讨论为提高SO2平衡转化率所应采取的方法，选择该反应的合适温度和压强。另外在第二节《人工固氮技术——合成氨》的课题一部分，也提及该反应放热以及该反应在工业中所采用

的实际生产条件。这一部分实际是对第一节内容的延续与补充，拓宽学生了的思路，主要目的不在于知识本身，而更多地应侧重于培养学生的理论联系实际以及科学的学习方法，深入体会理论对实践的指导作用。

教材还通过“思考与交流”部分引导学生在实际生产中要考虑温度对催化剂催化活性的影响以及加压对设备以及成本和能耗的要求，立足现实考虑反应条件的选择。

三、学法指导

1、提出问题，对工业生产硫酸中的重要反应—二氧化硫的催化氧化反应，需要研究的两个问题：速率和平衡问题。

2、复习提问，外界条件对化学反应速率及化学平衡的影响。

3、组织讨论：

（1）提高单位时间内三氧化硫产量的方法。

（2）提高平衡混合物中三氧化硫物质的量的方法。

（3）理论与实际结合，以实验数据为指导，具体的研究反应条件的选择。

4、通过问题的讨论，注重所学理论知识在实际中的应用，培养分析问题、解决问题的能力，也激发学习化学的兴趣。

三、教学重点

化工生产过程中的基本问题；二氧化硫催化氧化的原理；平衡移动原理及其对化工生产中条件控制的意义和作用

四、教学难点

化工生产过程中的基本问题；利用图表数据确定生产条件

五、教学方法

讨论探究 多媒体

六、课时安排

1课时

七：教学过程

八、教学建议

1．提出问题：针对合成氨的反应，首先需要研究如何在单位时间里提高 的产量，这是一个化学反应速率问题。

2．复习提问：浓度、压强、温度、催化剂对化学反应速率影响的结果。

3．组织讨论：

①为使二氧化硫的催化氧化反应速率增大，应采取的方法。

②该反应是可逆反应，在实际生产中，仅仅考虑单位时间里的产量问题（化学反应速率问题）还不行，还需要考虑如何最大限度地提高平衡混合物中 的含量问题（化学平衡的移动问题）。

③针对二氧化硫的催化氧化反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应，要求学生利用已学过的知识，讨论为最大限度地提高平衡混合物中 SO3

的含量所应采取的方法。

4．阅读图表实验数据印证理论：学生通过阅读表1-1的实验数据可知，应用平衡移动原理得出的结论与科学实验的结果是完全一致的，这会大大提高学生的学习兴趣。

5．综合上面的讨论情况，同时综合考虑生产中动力、设备、材料等的实际情况，具体地研究问题。此外，要结合生产过程的视频模拟，简单提及浓度对生产的影响以及原料的循环使用等问题，以使学生理解应以提高综合经济效益为目的。

教师可结合讨论过程，让学生进行归纳。

教学过程

［视频］硫酸在工业生产中的重要作用。

［引入］硫酸被誉为化学工业之母，在国民经济中发挥着重要作用。作为基础化学工业的重要产品，硫酸是许多企业的生产原料，其发展状况与下游行业息息相关。自建国时年产硫酸50万吨，到2014年全国硫酸产量8846.3万吨，硫酸产量逐年增加。虽然我国近年硫酸产销稳中向好，同时进口量及进口价格也在攀升。在这样的背景下，如果你是硫酸厂的化学工程师，你该如何确定生产过程？

［讨论］学生畅所欲言

［过渡］一个生产工艺的实现，涉及许多问题，如化学反应原理，原料选择、能源消耗、生产设备、工艺流程、环境保护以及综合经济效益等。我们要依据化学反应原理确定生产过程，其中包括：生产条件的选择，生产设备的选择以及废热的利用等等。

［设问］要将实验室中的化学反应实现大规模的工业化生产，环境、设备等因素都与实验室不同，需要将实验过程进行放大，根据实际情况选择合适的反应条件。工业生产的目的是要获得经济效益，在设计生产条件时要考虑什么？

［讨论］学生发言。

［小结］要获得经济效益，既要降低成本，又要提高产品的质量和产量。在选择生产条件时，一方面要考虑尽可能加快化学反应速率，一方面尽可能提高反应进行的程度，提高反应物的转化率以及生成物的产率。另外，要尽可能降低对耐高温设备所需材料的要求，还要注意环保并提高原子的利用率。

［过渡］硫酸工业中非常重要的一步是将SO2催化氧化成SO3，我们来观察这个反应有何特点？

［思考并回答］该反应为可逆反应，且正方向是气体物质的量减小的反应，反应放热。

［追问］可逆反应有何特点？

［思考并回答］不能进行到底，反应物和生成物共存。

［追问］针对该可逆反应，在设计生产条件时，要实现经济效益的最大化，要考虑哪些方面？

［思考并回答］如何通过改变外界条件，加快化学反应速率以及平衡尽量正向移动。

［强调］要使SO3生产的更快，就要提高单位时间内SO3的产量或者缩短达到平衡所需的时间。要使产品更多，就要设法提高SO2的转化率或平衡混合物中SO3的物质的量。

［追问］从提高生产效率的角度考虑，在选择生产条件时，我们一般优先考虑什么？其他依次为？

［回答］催化剂、温度、反应物浓度、压强。

［追问］为何这样考虑？

［回答］催化剂对反应的加速效率最高，其次是温度，从降低成本的角度考虑接下来是浓度，而压强对设备及动力的要求非常高。

［展示］学生完成反应条件对速率和化学平衡的影响。

［设问］高温利于加快化学反应速率，但不利于提高SO2的转化率或者平衡混合物中SO3的物质的量，这种情况如何解决？

［讨论］学生讨论。选择合适的温度。

［追问］到底选择多少度的高温？多大的压强？原料气的比例是多大？催化剂又该怎么选择？

［学生活动］上网查阅资料。

［展示］投影到屏幕。

［学生活动］1、分享工业常见催化剂，及各种催化剂的优劣。

2、根据科学文献的截图，分析合适生产条件的选择。

3、请查找人上前台分析获得的数据及结果。

4、通过网络搜索，确认工业生产实际所采用的反应条件。

5、请学生上前台完成反应方程式：催化氧化机理。

［小结］在化工生产中要同时考虑控制某些反应条件的成本和实际的可行性。工业生产适宜条件的选择原则

(1)既要注意外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性。

(2)既要注意温度.催化剂对速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的限制。

(3)既要注意理论生产，又要注意实际可能性。

［展示］视频播放：二氧化硫的催化氧化。

［拓展］请结合合成氨反应的特点，依据工业生产适宜条件的选择原则，为该反应选择一个合适的反应条件。

［学生活动］小组讨论，并展示讨论成果——请代表阐述选择的理由和结果。

［总结］工业生产一般要选择催化剂，可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，提高经济效益。还要选择合适的温度，该温度是催化剂催化活性最大的温度。另外，要选择合适的原料配比。最后要选择合适的压强，既要考虑对化学反应速率及化学平衡的影响，还要考虑对动力、材料、设备等的要求。

［课堂练习］屏幕展示。