课题2　人工固氮技术──合成氨教案和课堂实录

人工固氮技术-合成氨教学设计

教学目标：

1.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；

2.了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义。

教学重难点：

1、合成氨的反应原理、合成氨生产的适宜条件

2、合成氨生产适宜条件

教学过程：

【课前预习】通过高一的知识和阅读教材填写导学案：

1.什么是氮的固定？

2.写出“雷雨发庄稼”的原因？

3.固氮工业化的必要性和重要性？

【过渡】家作物每年从土壤中摄取大量含氮化合物，为了补偿土壤中减少的氮，必须施加氮肥。必须人工固氮。由于氮气的化学性质很不活泼，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，本节课我们就一起来探讨这一内容。

【板书】人工固氮技术----合成氨

【讲述】合成氨的反应原理是什么？请同学们结合教材一起回答。

【投影并板书】

一．合成氨的反应原理：

N2+3H2 2NH3

【学生活动】P10-11科学史话，结合已学化学平衡知识分析下面的问题

（1）合成氨中，催化剂的主要作用是什么？合成氨方案的主要优点是什么？

（2）合成氨反应是一个可逆、放热、气体分子总数减少的反应，根据勒夏特列原理分析工业适宜的条件。

（3）试从原料、能源、设备等方面，分析和推测合成氨反应在实际生产中可能遇到哪些问题？

【学生回答】

1.合成氨中催化剂的主要作用是提高化学反应速率，而原料中的氢气和氮气简单易得。

2.

从化学平衡来说应该选择低温高压，但是同时考虑化学反应速率则应选择高温高压，而400度以上可以达到催化剂的最高活性。

3.

原料主要是氢气的获取比较麻烦；能源方面则是工业天然气的限制使用等等，云天化周围也有自身相应的配套设施，比如电厂；在设备方面，设备要承受高压，所以需对设备定期进行检修。

【讲述】工业上常采用以铁为主的催化剂，在400～500℃和10Mpa～30Mpa的条件下合成氨。同学们可以在课余的时候了解合成氨的科学史话——哈伯和哈伯法合成氨。

【讲述】接下来我们来探讨工业合成氨的基本过程，根据前面所学的知识，大家一起来说是哪几个步骤？

【学生阅读】造气、净化、合成和分离。

【提问】下面我们一步一步的来分析。首先要选择制备所需要的原料气，根据我们已有的知识，合成氨需要氮气和氢气，那么怎样获取这两种气体？

【学生】由空气液化分离所得氮气。氢气则来源于水。

【板书】1.制备原料气：C+H2O=CO+H2

【讲述】我们还可以利用石油、天然气、焦炉气、炼厂气等含有大量碳氢化合物的物质，在一定条件下制备氢气。例如：

CH4+H2O=3H2+CO；

CH4+2H2O=4H2+CO2

【过渡】在制取原料气的过程中往往会掺杂一些杂质，其中一些会使催化剂中毒，因此必须除去，这一过程就称为原料气的净化。

[讲述并板书]2.原料气的净化：

NH3·H2O+H2S=NH4HS+H2S CO+H2O=CO2+H2

K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3

用醋酸，铜和氨配制的溶液来吸收一氧化碳，二氧化碳，氧气，硫化氢等少量有害气体。

【讲述】净化后的原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和催化剂条件下合成氨，最后将合成后的混合气体液化分离出液态氨，并将剩余的氨气与氢气循环送回合成塔中进行反应。

【板书】3.氨的合成与分离

【投影】用图式表示合成氨的流程

【学生讨论】

1.为什么要循环操作？

2.根据合成氨的生产过程，请举例说明合成氨工业还可以进行哪些联合生产？

【学生回答】

1.

提高原料的利用率

2.

比如硝酸工业

【阅读教材】最后，我们一起来学习合成氨工业的发展，大家请阅读教材14-15页，最后归纳总结。

(1)原料及原料气的净化

(2)催化剂的改进

(3)环境保护——三废处理

【课堂小结】

工业合成氨: (1)原理: (2)条件: (3)生产过程: (4)三废处理: