第4節化學反應條件的優化
工業合成氨
學習目標
知識與技能：
１、能夠運用化學反應速率和化學平衡原理分析合成氨的適宜條件；
２、通過閱讀教材，小組討論、交流，體驗實際生產條件的選擇與理論分析的差異；
３、通過對合成氨適宜條件的分析，認識化學反應速率和化學平衡的控制在工業生產中的重要作用。
過程與方法：
通過對資料資料的分析和處理，培養獲取和處理資訊的能力以及分析推理能力。
情感態度與價值觀：
通過認識化學反應原理在工業生產中的重要作用，提公升學生對化學反應價值的認識，從而讚賞化學科學對個人生活和社會發展的貢獻。
教學重難點：運用化學反應速率和化學平衡原理選擇合成氨的適宜條件。
課型：新授課
課時安排：１課時
教學過程：
【引入】由兩組**引出2023年諾貝爾化學獎得主哈伯和合成氨反應，從而引出課題。
【板書】第四節化學反應條件的優化——工業合成氨
【教師】今天這節課我們就沿著科學家的足跡來體驗工業合成氨條件的優化選擇。
【問題】假如你是乙個化工廠的老闆，對工業生產你主要考慮哪些問題？
【學生】經濟效益和社會效益。 增大化學反應限度，增大化學反應速率 ，另外還要考慮生產中的消耗能源、原料**、裝置條件、環境保護等因素。
【教師】從理論和實際分析如何提高綜合經濟效益。
【交流·研討】
合成氨反應是乙個可逆反應: n2(g)+3h2(g)2nh3(g)
已知298k時: △h= -92.2kj·mol—1 ， △s = -198.2j·k—1·mol—1
請根據正反應的焓變和熵變分析298k下合成氨反應能否自發進行？
【學生】能自發進行 。
【提問】觀察合成氨的化學反應，說明合成反應的特點：
【投影】n2(g) + 3h2(g) 2nh3(g) △h ＝-92.2kj/mol
(1體積) (3體積2體積)
【學生】①可逆反應 ②熵減小的反應 ③正反應氣態物質係數減小 ④正反應是放熱反應
一、合成氨反應的限度
【交流·研討】請利用化學平衡移動的知識分析什麼條件有利於氨的合成。
【投影】
【學生回答】 降低溫度、 增大壓強有利於化學平衡向生成氨的方向移動，n2、h2體積比為 1：3 時平衡混合物中氨的含量最高。
【板書】二、合成氨反應的速率
【交流·研討】
1、你認為可以通過控制那些反應條件來提高合成氨反應的速率？
2、實驗研究表明，在特定條件下，合成氨反應的速率與反應的物質的濃度的關係為:
ν =κc(n2)c1. 5(h2)c—1(nh3) ， 請你根據關係式分析：各物質的濃度對反應速率有哪些影響？可以採取哪些措施來提高反應速率？
3、請你根據下表所給的資料分析催化劑對合成氨反應速率的影響：
【學生回答】
1.公升高溫度增大壓強增大反應物濃度使用催化劑
2.增大n2、h2濃度,將氨及時從混合氣中分離出去
3.使用催化劑可使合成氨反應的速率提高上萬億倍。
【板書】三、合成氨的適宜條件
【投影】合成氨的適宜條件的選擇
【交流·研討】
【分析】1、壓強怎麼選？
①合成氨反應是氣態物質係數減小的氣體反應，增大壓強既可以增大反應速率，又能使平衡正向移動，所以理論上壓強越大越好。
②但是壓強越大，對裝置的要求高、壓縮h2和n2所需要的動力大，因此選擇壓強應符合實際科學技術。
【結論】綜合以上兩點:根據反應器可使用的鋼材質量及綜合指標來選擇壓強。
【分析】2、溫度怎麼選擇？
①因為正反應方向是放熱的反應，所以降低溫度有利於平衡正向移動。
②可是溫度越低，反應速率越小，達到平衡所需要的時間越長，因此溫度也不宜太低。
③催化劑要在一定溫度下催化活性最大。
【結論】綜合以上因素:實際生產中溫度一般選擇在700k左右（主要考慮催化劑的活性）。
【分析】3、用不用催化劑？
經濟效益和社會效益要求化學反應速度要快， 原料的利用率要高，單位時間的產量要高。
【結論】實際生產中選用鐵為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在700k時活性最高。
【分析】4、濃度怎麼定？ n2和h2的比例怎麼定？
增大反應物的濃度可以增大反應速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動。從化學平衡的角度分析，在氮氣和氫氣的物質的量比為1：3時，平衡轉化率最大，但是實驗測得適當提高n2的濃度，即n2和h2的物質的量比為1：
2.8時，更能促進氨的合成。
【結論】實際生產中的處理方法：及時將氣態氨冷卻液化分離出去；及時將氮氣和氫氣迴圈利用，使其保持一定的濃度。
【投影】研討的結果
【小結】
【教師小結】
工業上利用某可逆反應生產產品：
1、一般要使用催化劑：這樣可以大大加快化學反應速率，提高生產效率，也提高了經濟效益；
2、選擇合適的溫度：該溫度是催化劑活性最大的溫度；
3、選擇合適的壓強：既要考慮化學反應速率和化學平衡，還要考慮動力、材料、裝置等。
【教師】我國合成氨工業的發展情況：
解放前我國只有兩家規模不大的合成氨廠；
2023年全國氮肥產量僅0.6萬噸；
2023年達到五千七百多萬噸，成為世界上產量最高的國家之一。擁有多種原料、不同流程的大、中、小合成氨廠1000多家。
【投影】合成氨的工業前景
1、催化劑
2、化學模擬生物固氮
現在，世界上好多國家（包括我國）的科學家，都在研究模擬生物固氮，即尋找人工製造的有固氮活性的化合物。
3、超聲波固氮：
【遷移應用】
在硫酸工業中，通過下列反應使so2氧化成so3：2so2(g)＋o2(g) 2so3 (g) δh＝－198 kj· mol－1。下表為不同溫度和壓強下so2的轉化率(%)
(1)從理論上分析，為了使二氧化硫盡可能轉化為三氧化硫，可控制的條件是
(2)實際生產中，選定400～500 ℃作為操作溫度，其原因是___。
(3)實際生產中，採用的壓強為常壓，其原因是
(4)在生產中，通入過量空氣的目的是
(5)尾氣中有so2必須**是為了
【作業設計】分層訓練：必做1～11，13；選做12、14。
【板書設計】
第四節化學反應條件的優化——工業合成氨
一、 合成氨反應的限度
提高限度：增大壓強、降低溫度
二、 合成氨反應的速率
提高速率：公升高溫度、 增大壓強、增大反應物濃度、適當催化劑、適時分離出產物
三、 合成氨的適宜條件
壓強溫度催化劑濃度
第八講化學反應條件的優化
第八講化學反應條件的優化 工業合成氨 知識與技能 了解如何應用化學反應速率和化學平衡原理分析合成氨的適宜條件 了解應用化學反應原理分析化工生產條件的思路和方法，體驗實際生產條件的選擇與理論分析的差異 通過對合成氨適宜條件的分析，認識化學反應速率和化學平衡的控制在工業生產中的重要作用。過程與方法 在化...
優化工業設計方法
在計算機領域中，藍芽技術的應用使得人們在使用電腦時，不需要再坐在離電腦螢幕很近的地方，從而改變了人們傳統的使用電腦的方式，使人們可以更舒適地工作和學習。技術優化不是簡單的新技術替代，它需要綜合考慮產品功能和技術原理之間的關係，以及它能夠給使用者使用所帶來的方便程度等。二 功能優化 功能優化就是根據特...
化學反應的快慢
第二章第二節化學反應的快慢編號14 編寫人宋新審核人王希健 學習目標 1.掌握化學反應速率的概念 表示方法，並能進行簡單的計算。2.掌握外界條件對化學反應速率的影響。課前預習 1.試舉一例 需點燃或加熱的反應 需光照的反應 無條件的反應 有催化劑的反應 2.寫出下列反應的化學方程式，並比較化學反應的...