第一章合成氨教学设计

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《第一章 合成氨》教学设计

一、教材分析和教学设想

本章内容包括化学反应的方向、限度、速率和化学反应条件的优化四部分内容。前

三节教材内容安排的是化学反应的方向和限度，化学反应速率的知识， 分别从化学热力学角度介绍化学反应方向的判据以及浓度、温度等外界条件对化学平衡的影响，从化学

动力学角度介绍影响化学反应速率的因素并进行定量研究和理性分析。而在实际生产中，从化学热力学角度实现高转达化率所需的条件往往与从化学动力学角度实现高速率所需的条件相互矛盾。 为了以较高速率获得较好的转化率，人们通常对这两方面的研究

结果进行综合分析， 即进行反应条件的优化。 本节内容就是对前两部分知识的综合应用，以工业合成氨为例探究化学反应条件优化的选择方法，体现化学反应的方向、限度、速

率等理论在优化选择化学反应条件方面的作用， 使学生了解化学理论的学习对生产实际的指导作用。本节课的教学设想为：在教学过程中，为学生提供关于合成氨反应的热力

学、动力学实验数据，使他们能够利用这些资料就合成氨反应的热力学、动力学问题分别展开讨论， 初步尝试利用理论分析化工生产中的实际问题，引导学生考虑合成氨生产中动力、设备、材料生产效率等因素；再结合生产中的数据向学生介绍合成氨的实际生产条件， 对合成氨的适宜条件进行选择，使他们在解决实际问题的过程中提升对化学反应的价值的认识；课堂中通过“动手”“动脑”“动口”等师生互动的方法来完成教与学的任务，达成教与学的目标。

二、教学设计思路

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三、教案

课题 化学反应条件的优化——合成氨 授课人 杨薇

知识与技能

1. 使学生理解如何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。

2. 使学生了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。过程与方法

教学 1. 教学时应以化学反应速率和化学平衡原理为主线， 以合成氨知识为中心， 结

目标 合工业生产的实际情况，将知识串联、拓展、延伸，培养学生的归纳思维能力。

2. 在运用理论的过程中，可以进一步加深学生对所学理论的理解和提高知识

的实际应用能力。

情感态度与价值观

1. 通过了解合成氨的全过程，可以激发学生爱科学、探索科学的热情。

2. 通过合成氨前景的展望，激发学生学习兴趣，使学生体会化学学科中逻辑

结构严谨深刻的科学美。

重点 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

难点

教学 讲授法、小组讨论法

方法

教学 电脑、白板

用具

教学

教师活动预设 学生活动预期 设计意图 过 程

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【引入】自 1784 年发现氨气以后， 人

们一直在研究如何利用化学方法由 N

2 引入新课，激 和 H2 合成 NH3，但直到 1913 年才建成

发兴趣。 了大型合成氨厂。合成氨的工业化生

产经历了如此漫长的发展过程。今天

我们来学习工业合成氨生产条件的选

新 择。 回答：降低成本，提高

课 【板书】化学反应条件的优化——工 产品产量和质量

引 业合成氨 通过事例分 入 【过渡】 现在工厂合成氨气，应怎样

讨论后回答：选择生产

选择生产条件呢？ 析指出本节

条件的目的是加快速

【设问】利用化学反应速率和化学平 重点及学习

率，提高产率。选择生

衡移动知识，从生产目的、选择的依 方法，明确学

产条件的依据为外界条

据和原则角度考虑这个问题，选择生 生的学习方

件对化学反应速率和化

产条件的目的是什么？选择生产条件 学平衡影响 向

的依据是什么？

为讨论合成

学生讨论分析反应特

判断 点： 氨适宜生产

条件做准备。 合成 【交流·研讨】合成氨反应是一个可

合成氨反应为放热、气

氨反 逆反应： N(g)+3H (g) 2NH(g) 已 使学生体会 态物质系数减少的可逆

2 2 3 一般的研究 应能 知 298K 时，△ H=·mol-1 反应。 思路：第一步 否自 △ S=·K-1 · mol-1 △ H-T△S

是进行化学 发进 请根据正反应的焓变和熵变分析 298K =· mol-1 -298K× 热力学分析。 行 下合成氨反应能否自发进行。

（· K-1 ·mol-1 ）＜ 0

先判断反应

298K 时，合成氨反应是

可以自发进行的。 的方向，再利

用平衡移动

【活动探究】请同学们根据合成氨反

应的特点，利用影响化学平衡移动的

因素，分析什么条件有利于氨的合

成？ 学生讨论回答：

【板书】一、合成氨反应的限度 降低温度、增大压强有

合成 利于化学平衡向生成氨

氨反 【讲述】如图 2-4-3 所示，在不同反 原理分析如 的方向移动； N、H 的体

2 2

应的 应温度、压强下反应达平衡时，平衡 何提高氨的

积比为 1：3 时平衡混合

限度 混合物中氨含量的测定结果与上述理 产量。

物中氨的含量最高。

论分析结果一致。 学生观看图 2-4-3 进行

进一步研究发现，在一定的温度、压 分析。

强下，反应物氮气、氢气的体积比为

1： 3 时平衡混合物中氨的含量最高。

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【过渡】在寻找最佳的生产条件时，除了考虑反应的限度时，还需要研究采取哪些措施来提高化学反应速率。【板书】二、合成氨反应的速率

【交流·研讨】

1、结合影响反应速率的因素， 思考什

么条件能提高合成氨反应的速率？

合成 2、实验表明，在特定条件下，合成氨

氨反 反应的速率与参与反应的物质的浓度

应的 的关系为 v =kc(N 2)(H 2)c -1 (NH3)

速率 请你根据关系式分析：各物质的浓度对反应速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？

3、请你根据下表所给的数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响：

【补充】除此之外，温度对合成氨反应的速率也有显著影响：温度越高，反应进行得越快。

【板书】三、合成氨的适宜条件

【交流·研讨】根据合成氨反应的特 结合 点，应分别采取什么措施提高反应的 生产 平衡转化率和反应速率？请将你的建 实际 议填入下表。 选择 在合成氨生产中，达到高转化率与高 合成 反应速率所需要的条件有时是相互矛 氨的 盾的。由理论分析再结合生产实际 （高 适宜 压对设备材质、加工制造的要求和所 条件

需能耗多少、温度对催化剂活性的影响等）讨论：⑴既然降低温度有利于

学生分析回答：

1、升高温度

增大压强

增大反应物浓度使用催化剂

2、增大 N2、H2 浓度，将

氨及时从混合气中分离出去

3、分析下表所给的数据

使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。

表 2-4-1

学生讨论后完成下表

外界条 使 NH3 生产

件 的多

平衡分析

压强 高压

温度 低温

催化剂 无影响

反应物 增大

浓度

生成物 减小

浓度

让学生从整

体上对影响

化学反应速

率的各种影

响进行定性

分析。

使 NH3 生产的快

速率分析

高压

高温

使用

增大

减小

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平衡向生成氨的方向移动，那么生产

中是否温度越低越好？

⑵既然增大压强既可提高反应速率，

又可提高氨的产量，那么在合成氨工 复习、整理关于化学反

业中压强是否越大越好？ 应的方向、限度和速率

【讲述】因此，选择合成氨的条件时， 的理论知识并查阅资

既不能片面地追求高转化率，也不能 料回答：

只追求高反应速率，应该寻找以较高 ⑴低温虽然有利于平

的反应速率获得适当平衡转化率的反 衡向生成氨的方向移

应条件。此外，还应该考虑原料的价 动，但低温时反应速率

格、未转化的合成气的循环使用、反 低，所以生产中温度不

应热的综合利用等问题。 是越低越好。 考虑到催

【总结】合成氨的适宜条件： 化剂活性，应选择适宜

选择铁做催化剂； 反应温度在 700K 左 的温度。

右；根据反应器可使用的钢材质量及 ⑵虽然增大压强既可

综合指标来选择压强，大致分为低压 提高反应速率， 又可提

（1× 107Pa）、中压（ 2×107～３× 高氨的产量， 但是我们

107Pa）和高压（× 107～ 1×108Pa）三 应该考虑到反应器材

种类型； n(N2) ： n(H2)=1 ：。 质及综合指标来选择

压强，并非是越大越

好。

【板书】合成氨的生产流程

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（1）原料气的制备 N 2 来自空气， H2 来

4 2 2 自水中 CH+H O=CO+3H 合成 学生认真听讲， 观看课 CO+H2O=CO2+H2 氨的 本合成氨工艺生产流 (2) 净化 消除造气过程中夹带着的杂 生产 程图。 质，防止催化剂中毒。 流程

（3）合成氨

【知识拓展】简单介绍我国合成氨工

业的发展情况。

【知识前沿】化学模拟生物固氮 学生听讲，思考。 根瘤菌，固氨。常温常压下进行。成

本低、转化率高、效率高。

模拟的功能，把的功能原理用于工业

通过交流研讨

使学生体会这

是用理论解决

实际总是的一

个重要步骤，

需要综合评价

热力学与动力

学的研究结

果，还必须考

虑实际工艺技

术等各方面因

素。

归纳出合成氨

生产的适宜条

件，引导思考

的方向，结合

生产数据介绍

合成氨实际生

产条件，使学

生在解决实际

总是的过程中

进一步加深对

所学理论的理

解。

加深学生对化

工生产的了

解。

让学生了解我

国合成氨工业

发展历程，目

前我国合成氨

工业从生产能

力和产量上都

位居世界前

列，对他们进

行情感态度与

价值观教育。

让学生了解科

学前沿和科技

发展动态。

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