化学反应条件的优化—工业合成氨说课
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第三节 化学反应条件的优化——工业合成氨
【议一议】 议一议】 1．化学反应速率快，转化率一定高吗？ ． 学反应速率快，转化率一定高吗？ 答：化学反应速率是描述反应进行快慢的物理量，反应快但转化率 学反应速率是描述反应进行快慢的物理量， 定高，但是单位时间内产物的产量大。 不一 定高，但是单位时间内产物的产量大。 2．在合成氨的适宜条件中，①500℃ ．在合成氨的适宜条件中， ℃ ②采用2×107 Pa～5×107 Pa 采用 × ～ ×
1．化工生产适宜条件的选择原则 ． 化工生产选择适宜条件的目的是尽可能加快反应速率和提高反应进行的程 节约能源和成本。依据外界条件对反应速率及化学平衡影响的规律， 度，节约能源和成本。依据外界条件对反应速率及化学平衡影响的规律， 其原则是： 其原则是： (1)对任一可逆反应，增大反应物浓度，能提高反应速率和部分 或全部 反 对任一可逆反应，增大反应物浓度，能提高反应速率和部分(或全部 或全部)反 对任一可逆反应 应物的转化率。 应物的转化率。实际生产中常利用提高廉价易得原料的浓度来提高另一原 料的转化率，如合成氨中 过量、工业制硫酸中O 过量等。 料的转化率，如合成氨中N2过量、工业制硫酸中 2过量等。
1．合成氨反应是一个 放热 反应，同时也是气体的物质的量 减小 的反应。 ． 反应， 的反应。 因此， 温度、 压强将有利于化学平衡向生成氨的方向移动， 因此， 降低 温度、 增大 压强将有利于化学平衡向生成氨的方向移动， 在一定的温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为 1∶3 时，平衡混 在一定的温度、压强下，反应物氮气、 ∶ 合物中氨的含量最高。 合物中氨的含量最高。 2．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： ．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) 。 ＝
【化学课件】化学反应条件的优化——工业合成氨ppt课件
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH ＝-92.4 kJ·mol-1
根据外界条件对反应速率和反应限度的影响，
请为工业合成氨选择合适的条件： 使生产氨气快 （速率分析） 压强 温度 催化剂 高压 高温 使用 使生成氨气多 （平衡分析） 高压 低温 不影响
让我好好想想？
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH＝-92.4 kJ·mol-1 考虑催化剂的活性
思考：温度是否越高越好？
压强是否越大越好？
考虑设备的耐压能力
外部条件 压强
温度 催化剂 浓度
工业合成氨的适宜条件
2×107～5×107 Pa 适宜温度（500℃左右） 催化剂活性大 使用铁触媒作催化剂 N2和H2的物质的量比为1:2.8的投料比, 氨
及时从混合气中分离出去
工业上利用某可逆反应生产产品有哪些注意事项？ 1.一般要使用催化剂：
加快化学反应速率，提高生产效率，提高经济效益； 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，还要综合考虑设备
等。
例.(双选)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（ BC ）
A.不断将NH3分离出来 B.使用催化剂 C.采用700 K左右的高温 D.采用2×107～5×107 Pa的压强
合成氨工业简述：
1.主要流程：
原料气制取→净化 →压缩 →合成→分离→液氨 （造气） （净化） 2.原料气制取： 制氮气: 常用压缩液态空气 制氢气: 水蒸气
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) Δ H ＝－92.4 kJ/mol
2.4化学反应条件的优化工业合成氨课件上学期高二化学选择性必修1
既要注意外界条件对反应速率和平衡影响的一 致性,又要注意外界条件对二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析
增加易得廉价原料,提高难得高价原料的利用率, 从而降低生产成本
从实际生产能力分析
如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析
注意温度对催化剂活性的影响
第1讲 描述运动的基本概念 第2章 化学反应的方向、限度与速率
工业生产中,主要从反应限度和反应速率两个角度选择适宜条件,既要考虑增大反应物的转 化率,充分利用原料,又要考虑增大反应速率,提高单位时间内的产量,同时还要考虑设备的 要求和技术条件。
第1讲 描述运动的基本概念 第2章 化学反应的方向、限度与速率
外部条件 温度 压强 浓度
催化剂
工业合成氨适宜条件的选择
第1讲 描述运动的基本概念 第2章 化学反应的方向、限度与速率
思路点拨 选取适宜的化工生产条件时,主要从反应速率和化学平衡移动两方面考虑,同时 考虑化工生产中的动力、材料、设备、催化剂等因素的影响。 解析 催化剂的活性与温度有关,与压强无关,A项错误;氨易液化,N2、H2在实际生产中可 循环使用,总体来说合成氨的产率较高,B项正确;合成氨工业选择700 K左右的反应温度,主 要从反应速率和催化剂活性两方面考虑,合成氨反应的正反应是放热反应,高温不利于氨气 的合成,该温度下催化剂的活性最大,C项错误;增大压强,合成氨反应的平衡正向移动,反应 速率增大,有利于合成氨,但压强太大,对设备、动力的要求更高,D项错误。
说法正确吗? ( ✕ )
提示 虽然从合成塔出来的混合气体中氨气只占13%~14%,但由于氮气、氢气是循环 使用的,总体来讲氨的产率比较高。
第1讲 描述运动的基本概念 第2章 化学反应的方向、限度与速率
化学反应条件的优化工业合成氨优秀课件
❖ A、0.2 mol.L-1.min-1
B 、 0.6 mol.L-1.min-1
❖ C、0.1 mol.L-1.min-1
D、 0.3 mol.L-1.min-1
二、合成氨工业简述：
1、主要流程：
原料气制取 净化 压缩
（造气）
（净化）
2、原料气制取：
制氮气:
合成 分离
（合成氨）
液氨
压缩 液态空气 蒸发 N2(先逸出) 物理方法 空气 碳 CO2(+N2) 分离出CO2 N2 化学方法
1× 105 Pa 15.3
3000C 4000C 5000C 6000C
2.2 0.4 0.1 0.05
1× 107 Pa 81.5
2× 107 Pa 86.4
3× 6× 1× 107 107 108 Pa Pa Pa
89.9 95.4 98.8
52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4
制氢气:
炽热碳
水蒸气 CO+H2
H2O(气)
分离出CO2
CO2+H2
H2
C(S)+H2O(g) CO(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
我国合成氨工业的发展情况：
解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂； 1949年全国氮肥产量仅0.6万吨； 1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高 的国家之一。
化学反应条件的优化工业合成 氨优秀课件
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，约经历了150年的时间。
《化学反应条件的优化——工业合成氨》教案3
化学反应条件的优化工业合成氨》教案教学目标知识目标：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。
能力目标：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。
情感目标：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。
教学过程［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2和H2合成NH3,但直到1913年才建成了大型合成氨厂。
为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的发展过程呢？今天我们来学习工业合成氨生产条件的选择。
［提问］1. 在化学必修2 中我们已经学习了工业合成氨的反应原理，是什么呢？答：原理：N2 + 3H2? 2NH3 （正反应为放热反应）2. 合成氨反应的特点？答：反应特点：①可逆反应②正反应气体体积缩小③正反应是放热反应3. 选择生产条件的目的是什么？答：尽可能加快反应速率和提高产物产率4. 选择生产条件的依据是什么？答：外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响［课堂习题］教师讲解1压强。
增大压强，有利于氨的合成，但在实际市产中，压强不可能无限制的增大，因为压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，势必增大生产成本，降低综合经济效益。
因此，受动力、材料、设备等条件的限制，目前我国合成氨厂一般采用的压强为低压（1xi07pa）,中压（2 xio7pa—3 xi07Pa）,高压（8.5 107Pa—1 xi08Pa）三种类型。
2•温度。
合成氨为放热反应，低温有利于氨的生成。
但是温度越低，反应速率就慢，到达平衡所需要的时间越长，因而单位时间内产量低，这在工业生产中是很不经济的。
高中化学_第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨教学设计学情分析教材分析课后反思
教学设计第 4 节 化学反应条件的优化——工业合成氨1.知道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.初步学会应用化学原理选择化工生产条的思想和方法。
（难点）3.形成用辩证唯物主义观点（对立统一 的观点）看待物质 、看待世界的习惯 。
重点： 知道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。
难点：初步学会应用化学原理选择化工生产条的思想和方法。
自主学习 合作交流 多媒体教师活动 学生活动【复习回顾】我们前面学习了化学 反应方向和限度，化学反应速率的 知识，首先对前三节的知识进行简 单复习提名让学生回答 ，并点评 指导把复习回顾内容用于分析合 成氨反应指导学生阅读学习目标 图片导入氮肥 ， 引入合成氨 阅读一篇小文章，引入氨从发现到 工业化生产为什么耗时那么长？ 拓宽思路【板书】化学反应条件的优化 ——工业合成氨【 引导】氨从发现到工业化生产为 耗时那么长是因为要综合考虑的 问题比较多引出目的： 多、快、好、省口述填写表格 观看本节学习目标 阅读文章学生回答：化学反应限度、速率、能耗、环 保…… 学生听讲重点难点教学方法 教学用具 教学过 程 复习回顾导入新知 新 课 引 入设计意图学习目标判断合成氨反应能否自发进行合成氨反应的限度合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)已知298K 时，△H=-92.2kJ ·m ol-1△S=-198.2J · K-1· mol- 1 根据正反应的焓变和熵变分析298K 下合成氨反应能否自发进行。
从焓变角度考虑容易自发进行，但从熵变角度考虑又出现矛盾?如何考虑呢？【板书】合成氨反应的方向△H-T△S＜0 能自发进行引导学生从多开始探讨反应条件【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，理论分析什么条件有利于氨的合成？【板书】一、合成氨反应的限度【点拨】给与数据资料支持，如图2-4-3 所示，在不同反应温度、压强下反应达平衡时，平衡混合物中氨含量的测定结果与上述理论分析结果一致。
高二《化学反应原理》第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨 优质课示范课
64.2 38.2 19.1 9.1
71.0 47.0 26.4 13.8
84.2 65.2 42.2 23.1
92.6 79.8 57.5 31.4
【想一想】
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH ＝-92.2 kJ·mol-1
根据外界条件对反应速率和反应限度的影响，
请为工业合成氨选择合适的条件：
Pa
Pa
Pa
Pa
15.3 2.2 0.4 0.1 0.05
81.5 52.0 25.1 10.6 4.5
86.4 64.2 38.2 19.1 9.1
89.9 71.0 47.0 26.4 13.8
95.4 84.2 65.2 42.2 23.1
98.8 92.6 79.8 57.5 31.4
【想一想】思考相同压强时升高温度，反反应应的的程程度度减如小何。变化？
体会课堂探究的乐趣， 汲取新知识的营养， 让我们一起 走 进 课 堂 吧！
【拓展视野】
19世纪以前，有远见的化学家曾指出：考虑到将来的 粮食问题，为使子孙后代免于饥饿，必须寄希望于科学家 能实现大气固氮——将空气中丰富的氮固定下来并转化为 可被利用的形式。德国化学家哈伯在1913年实现了合成氨 的工业生产，满足了20世纪人口由30亿增至 60亿对粮食的需求，因此人们赞扬哈伯是 “用空气制造面包的圣人”。
弗里茨·哈伯
利用氮气、氢气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，约经历
了150年的时间。
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过程？合成氨
2.4 化学反应条件的优化—工业合成氨
T—思考考虑：催温化度剂是的否活越化高温越度好，？必须保持高活性；
P—考虑设备的耐压能力；
考虑催化剂的活性
C—考虑反压应强物是的否最越佳大的越投好料？比例，一般为系数比，及时移出产物；
催化剂—①催化剂中毒，及使用寿命
②催化剂的活化温度范围考，虑催设化备活的性耐最压高能的力点。
还需要考虑哪些问题？
【研讨结果】
浓度 压强 温度 催化剂
使生产氨气快 （速率分析） 增加反应物浓度
高压 高温 使用
使生成氨气多 （平衡分析） 增加反应物浓度
高压 低温
无影响
n(N2)︰n(H2)= 1︰在2.特8 定条件下，合成氨反应的速率与反应的物质的浓
NH3%
度的关系为: ν =kC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)
请你根据关系式分析：各物质的浓度对反应速率有哪
外部条件 压强
工业合成氨的适宜条件 1×107～1×108 Pa
温度 催化剂
浓度
适宜温度（700K左右） 催化剂活性大
使用铁触媒作催化剂 N2和H2的物质的量比为1︰2.8的投料比, 氨及时 从混合气中分离出去
知识拓展：工业合成氨的生产流程
Thank you for watching !
-33.14 kJ·mol-1＜0 因为ΔH-TΔS ＜0 ，298 K下合成氨反应能自发进行。 合成氨反应298K时的平衡常数K=4.1×106（mol·L-1)-2
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH ＝-92.2 kJ·mol-1
根据外界条件对反应速率和反应限度的影响， 请为工业合成氨选择合适的条件：
0.6
些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？
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明确研究思路：
假如你是一个工厂的厂长，对工业生产你主要应考
虑哪些问题？
经济效益和社会效益：
原料的利用率高 单位时间内产率高
增大化学反应限度 增大化学反应速率
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。
提
高 综 合
原 理 探 讨
单位时间里提高合成氨的产量 （从化学反应的速率考虑）
10分钟
合作探究—合成氨条件的优化
20分钟
课堂小结—生产条件选择的思路和方法
5分钟
迁移应用—课堂达标练习
7分钟
一、创设情境，激发兴趣
用空气制造面包的人
19世纪以前，一些有远见的化学家指出：考 虑到将来的粮食问题，为了使子孙后代免于饥饿， 我们必须寄希望于科学家能实现大气固氮。因此 将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的 形式，在20世纪初成为一项受到众多科学家注目 和关切的重大课题。德国化学家哈伯就是从事合 成氨的工艺条件试验和理论研究的化学家之一, 他终于在1913年实现了合成氨的工业生产，满足 了20世纪人口由30亿增至60亿对粮食的需求，因 此人们赞扬哈伯是“用空气制造面包的圣人”
3 催化剂对化学平衡的移动没有影响， 要不要用催化剂？
在合成氨工业中要不要使用催化剂，为 什么？
4各物质浓度对反应速率有哪些影响？ 浓度怎么定？ N2
和H2的比例怎么定？
铁 触 媒 催 化 能 力
图表1
NH3%
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2
0.1
1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6
图表2
N2:H2
精讲点拨-工业生产条件的选择
1、压强怎么选？根据反应器可使用的钢材质量及综 合指标来选择压强。实际生产中压强一般选择在200～ 500大气压之间。
2、温度怎么选择？实际生产中温度一般选择在700K左 右（主要考虑催化剂的活性）。
3、用不用催化剂？实际生产中选用铁为主体的多成分 催化剂（铁触媒），它在700K时活性最高。
A 将NH3分离出来 C 700K左右的高温
B 使用催化剂 D 2×107～5×107Pa的压强
3 在合成氨时，可以提高H2转化率的措施是（ ）
A延长反应时间
B充入过量H2
C充入过量N2
D升高温度
4 合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应而制得，其中 一步的反应为：
CO(g)+H2O（g） CO2(g)+H2(g)（正反应放热），下列措 施中，能提高CO转化率的是（ ）
设计思路
由教学实际需要和学生已有的知识储备，将本节课设置 为两个探究点 探究点一：合成氨的生产条件 探究点二：合成氨条件的优化 三个认知层次 一、创设情境激发学习兴趣 二、自主学习与合作探究，分析问题本质 三、迁移应用，课堂达标练习
教学流程及时间安排
创设情境激发学习兴趣
3分钟
自主学习—合成氨的生产条件
提高平衡混合物中氨的含量 （从化学平衡的移动考虑）
经
济实
效
际对上述理论探讨进一步论证， 以得出合理的结论。
二、自主学习与合作探究，分析问题本质
分析：合成氨的反应特点
N2+3H2
2NH3
反 __可__逆_反应
应 特
正反应为_放__热__反应
点 正反应为气体体积_减__小__的反应
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 (有N哪2) 些c1.影5(H响2？) c可-1以(N采H3取)。哪各些物措质施的来浓提度高对反反应应速速率率？ （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
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。本章内容分为三部分，第一部分内容是化学反应的 方向和限度，第二部分内容是化学反应速率的知识，这部分是
对前两部分的综合用。
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。但综合考虑问题的意识还没有 形成，需要在教学的过程中加以引导和培养。
4、浓度怎么确定?适当提高廉价反应物的浓度，原料 循环利用，提高原料的利用率。
工业合成氨的适宜条件
外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 温度
催化剂
浓度
三、迁移应用-课堂达标练习
1能使合成氨反应进行程度增大的方法是（ ）
A 升高温度
B 降低压强
C 使用催化剂 D 及时分离出氨气
2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（ ）
教学目标
【知识与技能】合成氨的适宜条件；生产条件选择的一般思路 和方法 【情感态度与价值观】认识化学反应原理在工业生产中的重要 作用，提升学生对化学反应的价值的认识 【重难点】合成氨条件的优化
教法与学法
依据新课程理念和教学内容特点，以学生为主体，采取学案 导学与启发式教学相结合，倡导学生能够从问题和任务出发， 组织和引导学生通过自主学习、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。
合成氨的生产条件
合成氨的反应
正反应为 放热反应
分析角度 反应条件
压强
使合成氨的速 使平衡混合物
率快
中氨的含量高
高压 一致 高压
温度
高温 矛盾 低温
催化剂
使用
不影响
反应物的浓度 增大浓度
增大浓度
生成氨的浓度 减小浓度
减小浓度
❖ 合作探究-合成氨条件的优化 ❖ 交流·研讨 ❖ 1请尝试为合成氨选择合适的条件 ❖ 2在确定合成氨的适宜条件的过程中遇到了哪
些问题？是怎样解决的？
❖ 3为了提高合成氨生产能力，还可以在哪些方 面进一步改进？
【合作探究】
探究的内容
探究的问题
1既然增大压强既可提高反应速率，又可
提高氨的产量，那么在合成氨工业中压 压强怎么定？
强是否越大越好？
2既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向 温度怎么选择？
移动，那么生产中是否温度越低越好？
自主学习-合成氨的生产条件
1.观察合成氨反应思考以下问题： N922(.2g)k+J·3mHo2l(-g1)，2△NHS3(=g-)1。98已.2知J2·K9-81·Km时ol：-1 △H = -
（1）请根据正反应的焓变和熵变分析298K下合成氨 反应能否自发进行？（2）请利用化学平衡移动移 动的知识分析什么条件有利于