《化学反应条件的优化-工业合成氨》教学设计

《工业合成氨》教学设计高二化学李琳2011/10/11【课程分析】合成氨工业对化学工业、国防工业和我国实现农业现代化具有重要意义。

本节教材体现了化学反应速率和化学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，也可进一步加深对所学理论的理解。

通过本节课的学习，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；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。

【学情分析】学生通过对前两节的学习，已经掌握了温度、浓度等外界条件对化学平衡的影响和影响化学反应速率的因素，具有了相应的知识基础。

学生刚刚学完这部分内容感觉比较抽象，不容易理解，在学习过程中需要老师去引导，循序渐进，在复习基础知识的基础上，讨论合成氨反应的特点，从而探讨出工业生产所需的合适条件.但对于如何处理从化学热力学角度实现高转化率所需的条件与从动力学角度实现高速率所需的条件的矛盾，以及实际生产中还要考虑成本、经济效益的等多方面因素存在疑问。

【设计思路】新课程理念倡导学生能够从问题和任务出发，积极主动地通过自主学习、交流研讨、合作探究等活动，以获取知识和技能、发展能力、培养情感体验为目的的学习方式，本课例是以此为指导思想展开的。

本节课的重点是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，教学主旨是使学生了解应用化学反应原理选择化工生产条件的思路和方法，初步形成从多方面综合思考问题的意识。

1、通过自主学习，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交流研讨，引导学生应用化学反应原理选择化工生产条件的思路和和方法3达标练习，学以致用了解化学理论在实际生产中的应用。

在本节课的各教学环节中，力争做到（1）联系生活实际，合理创设情境，激发学生学习兴趣；（2）强化学生主体地位，引导学生积极参与；（3）采用自主、合作、探究的方式，并对学生进行全方位、多角度的启发和指导，让学生真正成为学习的主人。

根据诱思探究理论，结合学生已有的知识储备和学习内容的特点，本节课设计主要分为三个认知层次：一、创设情境，激发兴趣从化学反应N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)看起来十分简单而氮、氢为原料合成氨从第一次实验室研制到工业化投产，经历了约130年漫长的发展过程入手，然后[投影] 合成氨的车间外貌和生产设备图提出质疑：合成氨工厂为什么需要那么庞大而复杂的生产设备和特殊的生产条件？让学生心中产生疑问，从而激发学生的学习兴趣。

二、自主学习与合作探究，分析问题本质（1）自主学习，选择合成氨的优化条件让学生通过自主学习课本65页和66页交流研讨，依据合成氨反应的特点分别从化学平衡的角度和反应速率的校对探讨合成氨的有利条件。

这样在给学生提供“动脑想”“动手做”“动口说”的机会同时，又对前面化学平衡移动和反应速率的相关知识进行了巩固，提高了对知识的迁移应用能力。

（2）合作探究，把握规律学生在自主学习的基础上，合作探讨合成氨的适宜条件，并从工业上合成氨的条件及设备，总结归纳如何处理从化学热力学角度实现高转化率所需的条件与从动力学角度实现高速率所需的条件的矛盾，以及实际生产中还要考虑哪些方面的因素，形成应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。

三、迁移应用，巩固提高通过几道练习题进一步提高学生将化学反应原理应用于生产实际的能力。

【学习目标】1．能从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调控在工业生产中的重要作用。

【教学流程】一创设情境，激发兴趣{课件投影} 利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难的课题，从第一次实验室研制到工业化投产，经历了约130年的时间。

化学反应N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)看起来十分简单，为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的发展过程？合成氨工厂为什么需要那么庞大而复杂的生产设备和特殊的生产条件？展示合成氨的车间外貌和生产设备图。

要求：学生对提出问题进行思考，并浏览合成氨的车间外貌和生产设备图片设计意图:从工业合成氨的漫长发展过程和复杂设备入手，联想质疑，激发学生心中的疑问，让学生带着问题进入本节课的学习，增强学习兴趣。

二、自主学习与合作探究，分析问题本质【自主学习】{课件投影}1.请同学们阅读课本65页交流研讨，观察合成氨反应思考以下问题：N 2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 。

已知298K时：△H = -92.2 kJ·mol-1，△S =-198.2 J·K-1·mol-1合成氨反应有什么特点？（从△H和△v（g）分析）请利用化学平衡移动移动的知识分析什么条件有利于氨的合成？{课件投影}2. 请同学们阅读课本66页交流研讨，思考以下问题：（1）你认为可以通过控制那些反应条件来提高合成氨反应的速率？（2）实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率和参与反应的物质的浓度的关系式为：ν = k c (N2) c1.5(H2) c -1(NH3)。

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）请你根据表2-4-1所给的数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响：要求：学生先独立思考，分析合成氨的有利条件，完成学案上相应的题目，时间10分钟。

设计意图：通过自主学习，可以培养学生的独立思考的能力和自学能力。

学生通过对合成氨的条件的选择，对前面化学平衡移动和反应速率的相关知识进行了巩固，提高了对知识的迁移应用能力。

【精讲点拨】合成氨反应是一个可逆反应、正反应是放热反应、正反应是气体的物质的量减小的反应，降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动。

合成氨反应的速率与氮气浓度的1次方成正比，与氢气浓度的1.5次方成正比，与氨气浓度的1次方成反比。

升高温度、增大压强、增大反应物浓度、使用催化剂可以提高合成氨反应的速率。

【合作探究】总结归纳,把握规律{课件投影}请同学们完成67页交流研讨中的表格,讨论以下问题:(1)在确定合成氨的适宜条件的过程中遇到了哪些问题?阅读课本,结合工业上合成氨的条件看问题是怎么解决的?(2)增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中，压强是否越大越好？(3)降低温度有利于化学平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？(4)在合成氨工业中，反应物N2和H2的浓度比例应该如何确定？要求:学生完成表格后,进行小组讨论,然后小组汇报讨论结果,通过对工业上合成氨条件的选择归纳总结出应用化学反应原理选择化工生产条件的一般思路和和方法，时间20分钟设计意图:合成氨的条件选择时机要解决实现高转化率所需的条件与从动力学角度实现高速率所需的条件的矛盾,还要考虑实际生产中还要考虑成本、经济效益、设备要求的等多方面因素,学生通过对问题的解决，掌握应用化学反应原理选择化工生产条件的一般思路和和方法。

在此过程中，通过合作探究，培养小组合作的意识，选出小组代表发言。

既锻炼了学生的思维能力又锻炼了语言表达能力。

{课件投影}外部条件工业合成氨的适宜条件压强适当高压，一般在2×107～5×107Pa温度适宜温度，700K左右催化剂使用铁催化剂浓度适时将产物氨液化分离，未转化的N2和H2进行循环利用。

适当提高氮氢比，n(N2)：n(H2)=1：2.8。

[小结]关于合成氨的工业化生产（1）合成氨的工业条件的选择——反应速率和化学平衡共同作用的结果（2）选择合成氨的条件时，既不能片面地追求高转化率，也不能只追求高反应速率，而应该寻找以较高的反应速率获得适当平衡转化率的反应条件。

（3）此外，还应该考虑原料的价格、未转化的合成气（氮气和氢气）的循环使用、反应热的综合利用等问题。

三、迁移应用、巩固提高{课件投影}请同学们进行这节课的知识整理后，完成下列题目，时间8分钟1．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列变化过程不能使平衡向右移动的是（）。

A．不断将NH3分离出来 B．使用催化剂C．采用700K左右的高温 D．采用2×107～5×107 Pa的压强2.合成氨厂所需 H2可由煤与水反应制得，其中有一步反应为CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)+Q欲提高CO转化率可采用的方法是①降低温度；②增大压强；③使用催化剂；④增大CO浓度；⑤增大水蒸气浓度（A）①②③（B）④⑤（C）①⑤（D）⑤设计意图:复习平衡移动的知识，对前面的知识进行巩固。

3．工业合成氨的反应是在500℃左右进行，主要原因是（）A.500℃时反应速率最快B.500℃时 NH3的平衡浓度最大C.500℃时N2的转化率最高 D.500℃时催化剂能发挥最大效力设计意图:工业上合成氨条件选择,需要综合考虑反应速率、转化率、对催化剂等因素的影响，培养学生严密的思维逻辑能力。

4．下列平衡体系CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)+Q为了增加甲醇产量，工厂应采取的正确措施是（）（A）高温，高压（B）适宜温度，高压、催化剂（C）低温，低压（D）低温，高压，催化剂5．工业上用氨和二氧化碳反应合成尿素：2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O已知下列物质在一定条件下均能与水反应产生H2和CO2，H2是合成氨的原料，CO2供合成尿素用。

若从充分利用原料的角度考虑，选用（填序号）物质作原料较好。

作出选择的依据是（A）CO （B）石脑油（C5H12、C6H14）（C） CH4（D）焦碳2．工业制硝酸需经过下面两个可逆反应：2NO+O22NO2（正反应是放热反应），3NO2+H2O2HNO3+NO（正反应是放热反应）如果要生产较大浓度的硝酸，可采取的措施是。

3．合成氨工业中，原料气（ N2、H2及少量CO、NH3的混合气体）在进入合成塔之前常用醋酸二氨合铜（Ⅰ），即 [Cu（NH3）2]Ac溶液来吸收原料气中的CO，以免使催化剂中毒，其反应是：[Cu（NH3）2]Ac+CO+NH3[Cu（NH3）2]Ac .CO（正反应放热），请回答：有利于吸收CO的生产适宜条件是。

设计意图:通过对甲醇、尿素、CO生产条件的选择，提高学生的迁移应用能力，引导学生将所学的理论知识与合成氨工业的实际问题相联系，做到学以致用，初步形成应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。