高中化学优质课 化学反应条件的优化——工业合成氨

第4节化学反应条件的优化————工业合成氨【教学目标】１.了解如何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；２.了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异；３通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的控制在工业生产中的重要作用。

【教学重难点】：应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件。

【课前预习区】假如你是合成氨工厂的厂长，根据所学知识，讨论如何加快合成氨反应的速率？若要提高合成氨的产量，还应该考虑什么？【课堂互动区】【交流·研讨1】分析合成氨反应的特点:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知298K时: △H= -92.2KJ·mol—1，△S = -198.2J·K—1·mol—1【结论】：一、合成氨反应特点（1）__ ___反应（2）正反应为__ ___反应（3）正反应为气体体积___ 的反应（4）常温下(298K)为___ __（“可以”“不可以”）自发的反应【问题】分析工业生产主要考虑哪些问题？另外还要考虑生产中的消耗能源、原料来源、设备条件、环境保护等因素。

【温故知新】影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些?（表一）【学以致用】（表二）工业合成氨适宜条件的选择【交流·研讨2】（表三）【数据支持】催化剂对合成氨反应速率的影响【思考.自学.解决】1实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应的物质的浓度的关系为: ν =κC(N2)C1. 5(H2)C—1(NH3) ，阅读课本第68页，分析下列问题，完善下表（1）各物质的浓度对反应速率有哪些影响？（2）增大哪种反应物的浓度对反应速率影响更大一些？氨为什么要及时分离？（3）氮气和氢气投料比为什么是 1:2.8 ?（4）氮气氢气为什么循环使用？【结论】（表四）二、合成氨的适宜条件的选择条件工业合成氨的适宜条件压强温度催化剂浓度【小结·反思】工业上利用某可逆反应生产产品：1、一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；2、选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度；3、选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。

化学反应条件的优化――――工业合成氨[知识要点]：一、合成氨的化学平衡分析：工业合成氨是可逆反应：N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) 已知298K时△H=－92.2KJ·mol-1△S=－198.2 J·K―1·mol―1可知，该反应在298K时是一个能进行的反应，同时也是气体的物质的量的减反应。

[结论] 因此温度压强将有利于化学平衡向生成的方向移动，在一定的温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为时，平衡混合物的氨的含量最高。

二、合成氨的反应速率分析：特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度关系为v=kC (N2)C1.5(H2)C―1(NH3),可知，合成氨反应的速率与氨气浓度的次方成，在反应过程中，随着氨气的浓度的增大，反应速率会逐渐，因此为保持足够高的反应速率，应适时将从混和气中分离出来。

使用___________可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍，此外温度越高，反应速率。

[结论] 有利于提高合成氨反应速率的措施有：①提高反应温度②使用催化剂③适当提高氮氢比④适时分离反应产物氨三、提高合成氨反应的平衡转化率和反应速率的措施四、实际生产中采取的措施：目前，合成氨生产中一般选择作为催化剂。

控制反应温度在左右，根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，大致可分为（1×107Pa）、（2×107～3×108Pa）、(8.5×107~1×108Pa)三种类型，通常采用氮气与氢气物质的量之比为的投料比。

且氮气氢气循环使用。

目前的工艺条件下，合成氨厂出口气的氨含量一般为。

五、合成氨生产流程合成氨的整个工业生产包括造气、净化、合成氨三大部分氮气来自于空气，将空气，先得液态，气体为造气氢气来自于含氢的天然气，煤、炼油产品，反应可表示为净化目的氨的分离（方法将液化）合成氨氮气、氢气的循环使用反馈练习1、合成氨工业的生产中，应采取的适宜条件是（）A、高温高压B、适宜的温度，高压催化剂C、低温低压D、高温，高压催化剂2、在一定温度和压强下，合成氨反应达到平衡时，下列操作不会使平衡发生移动的是（）A、恒温恒压时充入氨气B、恒温恒容时充入氮气C、恒温恒容时充入氦气D、恒温恒压时充入氦气3、工业合成氨一般采用700K左右的温度，其原因是（）①适当提高氨的合成速率②提高氢气的转化率③提高氨的产率④催化剂在700K时活性最大A、①B、①②C、②③④D、①④4、在合成氨工业中，达到下列目的的变化过程中与平衡移动无关的是（）A、为增加NH3的日厂量，不断将NH3分离出来B、为增加NH3的日产量，使用催化剂C、为增加NH3的日产量而采用1×107Pa～1×108Pa 的压强D、为增加NH3的日产量，采用700K左右的高温5、二氧化氮存在下列平衡：2NO2(g)N2O4(g)(正反应为放热反应)。

高中化学《化学反应条件的优化——工业合成氨》精品教案一、教学目标：1. 让学生了解工业合成氨的反应原理和过程。

2. 使学生掌握化学反应条件的优化方法。

3. 培养学生的实验操作能力和科学思维。

二、教学内容：1. 工业合成氨的反应原理及过程。

2. 影响化学反应速率的因素。

3. 化学反应条件的优化方法。

4. 实验操作技巧及注意事项。

三、教学重点与难点：1. 工业合成氨的反应原理及过程。

2. 影响化学反应速率的因素。

3. 化学反应条件的优化方法。

四、教学方法：1. 采用多媒体课件辅助教学，直观展示反应原理和过程。

2. 进行实验操作演示，引导学生动手实验。

3. 采用问题驱动教学，引导学生思考和探讨。

五、教学过程：1. 导入新课：介绍工业合成氨的重要性和应用领域。

2. 讲解反应原理：阐述工业合成氨的反应过程及化学方程式。

3. 分析影响反应速率的因素：温度、压力、催化剂等。

4. 讲解化学反应条件的优化方法：如何提高反应速率，降低成本。

5. 实验操作演示：引导学生动手进行实验，观察实验现象。

7. 布置作业：巩固所学知识，提高学生的实际应用能力。

六、教学评价：1. 采用课堂问答、讨论的形式，评估学生对工业合成氨反应原理的理解程度。

2. 通过实验操作，评价学生对化学反应条件优化方法的掌握情况。

3. 布置课后作业，评估学生对课堂所学知识的吸收和应用能力。

七、教学资源：1. 多媒体课件：用于展示工业合成氨的反应原理、过程及影响因素。

2. 实验器材：用于引导学生动手实验，优化化学反应条件。

3. 教学参考书：提供更深入的理论知识，帮助学生拓展视野。

八、教学进度安排：1. 第1-2课时：介绍工业合成氨的反应原理及过程。

2. 第3-4课时：分析影响化学反应速率的因素。

3. 第5-6课时：讲解化学反应条件的优化方法。

4. 第7-8课时：实验操作演示与实践。

九、教学反思：在教学过程中，关注学生的学习反馈，及时调整教学方法和节奏。

针对学生的薄弱环节，加强针对性辅导。

化学反应条件的优化—工业合成氨发展目标体系构建1.结合生产实例，讨论化学反应条件的选择和优化，形成从限度、速率、能耗的多角度综合调控化学反应的基本思路，发展“绿色化学”的观念和辩证思维的能力。

2.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题。

1．合成氨反应的限度(1)反应原理N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1。

(2)反应特点(3)影响因素①外界条件：温度、压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。

②投料比：温度、压强一定时，N2、H2的体积比为时平衡混合物中氨的含量最高。

微点拨：合成氨反应中，为了提高原料转化率，常采用将未能转化的N2、H2循环使用的措施。

2．合成氨反应的速率(1)提高合成氨反应速率的方法(2)浓度与合成氨反应速率之间的关系在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由速率方程可知：N2或H2的浓度，NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。

微点拨：温度升高k值增加，会加快反应速率；同时加入合适的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使合成氨反应的速率提高。

3．合成氨生产的适宜条件(1)合成氨反应适宜条件分析工业生产中，必须从和两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的，同时还要考虑设备的要求和技术条件。

(2)合成氨的适宜条件序号影响因素选择条件1 温度反应温度控制在左右2 物质的量N2、H2投料比3 压强1×107～1×108 Pa4 催化剂选择铁做催化剂5 浓度使气态NH3变成液态NH3并及时分离出去，同时补充N2、H2(3)合成氨的生产流程的三阶段1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。

文登天福山中学高二化学备课组学案新授第二章第四节化学反应条件的优化－工业合成氨导学案【学习目标】1. 明白工业生产条件选择的依据和原理2. 知道合成氨原理，逐步学会用化学平衡和化学反应速率的有关知识选择合成氨的条件。

【重点、难点】工业合成氨条件的选择过程【自主学习】（一）合成氨的工业生产：1. 反应特点：N 2（g）＋3H2（g）2NH3（g）________反应，正向△H______0，正向△n（g）______02. 反应的自发性和限度【算一算】已知在298K时，合成氨反应的△H＝－92.2kJ·mol－1，△S＝－198.2J·K－1·mol －1计算该反应在298K时能否自发进行（二）选取合适的反应条件的依据1. 从可逆性、反应前后气体的体积变化、焓变三个角度分析化学反应的特点。

2. 据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响，从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。

浓度：温度：压强：催化剂：3. 各种外界条件对速率和平衡的具体影响：（1）压强：温度一定时，增大混合气体的压强对合成氨的速率和平衡都有利，但压强越大需要的动力越大，对材料和设备的制造要求越高，一般采用2×107~5×107Pa（2）温度：从平衡的角度考虑，合成氨低温有利，但是温度过低反应速率很慢，需要很长时间才能达到平衡，很不经济，所以实际生产中，采用700K左右的适宜温度（在此温度时催化剂的活性最大）。

（3）催化剂：为了加快反应速率，采用以铁为主的铁催化剂。

（4）浓度：不断的补充氢气和氮气，及时的分离出氨气。

4. 合成氨的适宜条件：500℃、铁触媒、2×107~5×107Pa；原料气循环操作过程；N2与H2浓度比约为1∶2.8【总结】：1、合成氨反应有何特点？2、工业合成氨的适宜条件有哪些？【自我检测】1、有平衡体系CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g），△H＜0。

化学反应条件的优化——工业合成氨教案一、教案概述本节课是关于化学反应条件优化的实践教案，以工业合成氨为例进行讲解。

通过本课的学习，学生将了解到工业合成氨反应的原理、反应条件以及反应条件优化的重要性。

二、教学目标1.理解工业合成氨反应的原理；2.熟悉工业合成氨反应的常见条件；3.了解如何优化工业合成氨反应的条件。

三、教学内容及安排1.工业合成氨反应的原理介绍（10分钟）1.1反应方程式：N2+3H2→2NH31.2反应原理：利用铁催化剂，在高压和高温条件下将氮气和氢气反应生成氨气。

2.工业合成氨反应的常见条件（20分钟）2.1温度条件：常用温度为400-500°C。

2.2 压力条件：反应需要高压环境，常用压力为100-250 atmospheres。

2.3催化剂：常用的催化剂为铁，常与铝、钙等材料进行混合制备。

2.4反应时间：通常需要较长的反应时间，一般为12-24小时。

3.工业合成氨反应条件优化（30分钟）3.1温度优化：随着温度的升高，反应速率会提高，但是也会导致副反应的增加，因此需在速率与选择性中寻找平衡点。

3.2压力优化：随着压力的增加，氮气和氢气的压力差减小，反应动力学变得更有利，但是高压条件下的设备成本较高，需要紧密控制系统的安全性。

3.3催化剂优化：改变催化剂的组成、制备方法和载体等，可以提高反应速率和选择性。

3.4反应时间优化：通常较长的反应时间会使得反应达到平衡，但是长时间反应使得设备利用率较低，需要平衡利用率和产量之间的关系。

4.案例分析及讨论（20分钟）4.1案例一：温度和压力的优化4.2案例二：催化剂优化4.3案例三：反应时间的优化5.课堂小结及延伸（10分钟）5.1课堂小结：总结工业合成氨反应条件的优化方法，并强调其重要性。

5.2延伸学习：推荐学生深入了解其他工业反应条件的优化方法。

四、教学方法及手段1.讲授法：通过讲解工业合成氨反应的原理以及反应条件，向学生传递知识。