【选修3】§2.4《化学反应条件的优化——工业合成氨》学案(鲁科版)
鲁科版高中化学第二章 《第4节 化学反应条件的优化--工业合成氨》教学设计
第4节化学反应条件的优化－－工业合成氨【学习目标】1.应用化学反应速率和化学平衡原理来选择适宜的化工生产条件的一般原则。
2.了解合成氨生产的主要流程。
3.通过对资料和事实的处理，培养学生的科学抽象思维能力，自学能力。
4.渗透辩证唯物主义观点；关心环境、能源。
【教学策略】授课时数：1课时教学重点：结合反应速率和平衡转化率进行合成氨工业条件的选择。
教学难点：如何根据反应的限度和反应速率综合分析合成氨的条件。
【知识梳理】工业生产中要使经济效益最大化，既要考虑平衡转化率，使原料利用率较高，又要考虑反应速率，使反应进行的较快，合成氨工业是充分利用上述原理进行的工业化生产。
一、合成氨反应的限度【分析·研讨】合成NH3反应的热化学方程式为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH(298K)＝－92.2kJ·mol－1ΔS＝－198.2J·K－1·mol－1试分析，该反应在298K下能否自发进行，利用化学平衡移动的知识，分析有利于NH3合成的条件。
1、反应的方向根根合成NH3反应的焓变和熵变可进行计算：ΔH－TΔS＝kJ·mol－1 0可知，反应能自发进行。
2、反应的限度（1）合成氨反应中ΔH＝－92.2kJ·mol－1＜0。
为反应，则温度有利于化学平衡向生成NH3的方向移动。
（2）该反应为气体物质的量减小的反应，压强有利于化学平衡向生成NH3的方向移动。
（3）由方程式中N2、H2反应的物质的量之比为1∶3时能恰好完全反应。
故所配原料气中N2、H2的浓度之比为1∶3时，平衡混合物中NH3的合量较高。
工业合成NH3除需考虑反应的限度，还要考虑反应的速率。
二、合成氨反应的速率1、浓度对合成NH3反应速率的影响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＝K c(N2)c(H2)1.5c(NH3)－1由该关系式知，合成氨反应的速率与N2浓度的1次方成正比，与H2浓度的1.5次方成正比，与NH3浓度的1次方成反比。
化学反应条件的优化——工业合成氨教案鲁科版
-游戏：设计一个关于合成氨反应条件的互动游戏，让学生在游戏中学习。
3.确定教学媒体和资源的使用
- PPT：使用PPT展示合成氨的反应原理、反应条件和优化方法的基本概念。
-视频：播放关于工业合成氨生产的视频，让学生了解实际生产过程。
-在线工具：使用在线模拟软件，让学生模拟不同条件下的合成氨反应。
-催化剂的选择和再生：如何选择合适的催化剂，以及如何进行催化剂的再生和更换。
7.勒夏特列原理的应用：通过勒夏特列原理分析反应条件的改变对平衡位置和产率的影响，从而优化反应条件。
8.数学模型的应用：使用数学模型来模拟和预测合成氨反应的结果，帮助优化反应条件。
教学反思与改进
我发现学生们在理解催化剂的作用机理方面有些困难，他们对于催化剂如何降低活化能的概念并不是很清晰。因此，我计划在未来的教学中，通过更具体的例子和动画演示，来帮助学生更好地理解这一概念。
5.催化剂的作用机理：催化剂通过降低活化能，提高反应速率，从而加快合成氨的反应进程。催化剂在反应过程中不消耗，但需要定期更换或再生。
6.实际工业生产中的挑战：
-原料气的处理：如何有效地处理原料气，提高氮气和氢气的纯度和稳定性。
-设备的腐蚀：合成氨反应产生的腐蚀性气体如何对设备造成腐蚀，如何选择合适的材料和防护措施。
回顾旧知：
简要回顾上节课学习的化学平衡知识，帮助学生建立知识之间的联系。
提出基础。
（三）新课呈现（预计用时：25分钟）
知识讲解：
清晰、准确地讲解工业合成氨的反应原理、反应条件和优化方法的基本概念。
突出重点，强调难点，通过对比、归纳等方法帮助学生加深记忆。
```
在实际的教学中，教师需要根据学生的实际情况，通过提问、讨论、实验、案例分析等多种教学方法，帮助学生理解和掌握这些重点和难点。同时，教师应该设计相应的练习和作业，让学生在实践中巩固所学知识。
鲁科版第四章第四节化学反应条件的优化学案
第四节化学反应条件的优化——工业合成氨学案学案编辑人:吕荣海2010.9学习目标：1. 了解工业生产条件选择的依据和原则。
2. 认识合成氨的化学原理，逐步掌握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。
学习重点：从反应速率与化学平衡分析合成氨的条件。
学习方法：小组合作自主学习学习过程：【化学史实】弗里茨·哈伯与合成氨合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约150年的时间。
德国科学家哈伯在10年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，2年间他们就进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了一种合适的催化剂，使合成氨的设想在1913年成为工业现实。
鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。
选取适应的反应条件的依据1、2、一、合成氨的反应限度【交流研讨】合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。
已知298 K时：△H==一92．2 kJ·mol-1 △S=一198．2 J·K一1·mol一1[来源:学科网ZXXK] 1．请你根据正反应的焓变和熵变分析298 K下合成氨反应能否自发进行。
2．请你利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成。
二. 合成氨的反应速率【交流研讨】（1）、你认为可以通过控制哪些条件能提高合成氨反应的速率？（2）、请你根据关系式：ν=κc(N2) c1.5(H2) c-1(NH3)，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）、根据下表所给数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响。
条件Ea／kJ·mol-1k(催)/k(无)无催化剂3353.4×1012(700 K)使用铁催化剂167三、合成氨的适宜条件【交流研讨】根据合成氨反应的特点，应分别采取什么措施提高反应的平衡转化率和反应速率?请将你的建议填入下表。
鲁科版高中化学选修四2.4《化学反应条件的优化——工业合成氨》 省一等奖教案
2.4《化学反应条件的优化---工业合成氨》【教材分析】普通高中课程标准实验教科书化学反应原理（鲁科版）第2章第4节“化学反应条件的优化——工业合成氨”的内容是前三节“化学反应的方向”、“化学反应的限度”、“化学反应的速率”的延续，是对前三节知识的综合应用。
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，是重要的化学工业之一；同时氮气、氢气合成氨反应也是一个学生熟悉的、典型的平衡体系。
本节以合成氨反应为研究对象，有利于学生应用化学平衡理论和化学反应速率理论尝试综合选择化工生产的适宜条件，从而体会化学理论的学习对生产实践的指导作用。
【学情分析】学生在前面的学习中，对化学平衡理论和化学反应速率理论有了一定程度的认识。
经过高中一年的训练，学生善于质疑、主动思考、积极获取知识的学习习惯已基本养成，参与意识、合作意识已有较明显提高。
他们正处于生理的高速发展期，认识能力和知识水平都达到了较高的层次，他们正经历着从习惯于感性思维、形象思维向更加关注理性思维、抽象思维的转轨期，所以在教学中注意引导学生分析、讨论，使他们的认识过程从直观的体验和想象上升到理性的思维阶段。
【设计思想】根据本节内容，先让学生就合成氨反应的热力学、动力学问题分别进行讨论，再综合考虑工业生产中的各种因素，对合成氨反应的适宜条件进行选择。
将本节的教学过程分为三个环节：①分别利用学过的化学平衡和化学反应速率理论讨论合成氨的适宜条件；②综合考虑合成氨生产中动力、设备、材料、生产效率等因素，寻找工业合成氨的优化生产条件；③展望合成氨的发展前景，拓宽学生的视野。
在讨论时注意问题设置的难度，利用平衡移动原理对反应转化率的探讨只局限在定性分析的水平上，而对于化学反应速率的研究则从半定量的角度进行。
【教学目标】知识与技能：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调控在工业生产中的重要作用。
高中化学鲁科版化学反应原理第二章第四节《化学反应条件的优化——工业合成氨》学案
第4节化学反应条件的优化——工业合成氨学案高二化学组 2014、10、26学习目标：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思路和方法，体验实际生产条件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。
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。
学习过程：【复习回顾】1反应能否自发进行的判断依据？2影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些？怎样影响的？【交流·研讨】教材P65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·mol—1，△S = -198.2J·K—1·mol—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？（298K下合成氨反应的平衡常数K为4.1×１０６（mol·L-1)-2）请利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成。
一、合成氨反应的限度【信息】【小结】温度、压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动，N2、H2体积比为时平衡混合物中氨的含量最高。
【巩固练习】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)升高温度二、合成氨反应的速率【交流·研讨】教材P661、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，合成氨反应的速率与反应的物质的浓度的关系为:ν =κC(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：【巩固练习】1.在化工生产中，如果要加快反应速率，应该优先考虑的科研方向是( )A.提高设备强度，以便加压B.选择适宜的催化剂C.采用高温 D .用块状反应物代替粉末状反应物二、合【【小结】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。
鲁科版选修四《化学反应条件的优化—工业合成氨》word学案
鲁科版选修四《化学反应条件的优化—工业合成氨》word 学案学习目标1．明白得如何应用化学反应速率和化学平稳原理，选择合成氨的适宜条件。
2．了解应用化学原理选择化工生产条件的思维和方法。
知识梳理1．合成氨条件的选择]合成氨反应式____________________；反应特点__________________________________________；速率方程_______________________________※2. 合成氨工业（1）原理__________________________（2）生产过程包括造气、净化、合成氨三部分。
① 造气：N 2来自于___________________，H 2__________________________。
② 净化的目的____________________________________；③ 合成氨包括_____________、_______________、________________等。
学习导航1．方法导引以合成氨为例把握化工生产中适宜条件选择的一样原则：（1）从化学反应速率分析（C 、P 、T 、催化剂）（2）从化学平稳移动分析（C 、P 、T 、催化剂）（3）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，降低成本）（4）从实际生产能力分析（如设备的承温承压能力）总之，实际化工生产中受诸多因素的阻碍，必须综合分析选出适合工厂生产的最适宜条件。
生产要求综合选择 生成NH 3速率大NH 3的平稳浓度大 各物质浓度温度压强催化剂2．例题解析例1．可逆反应3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)；△H＜0，达到平稳后，为了使H2的转化率增大，下列选项中采纳的三种方法都正确的是（）A．升高温度，降低压强，增加氮气 B．降低温度，增大压强，加入催化剂C．升高温度，增大压强，增加氮气 D．降低温度，增大压强，分离出部分氨解析：本题要求增加合成氨反应中氢气的转化率，确实是在不增加氢气的情形下，改变合成氨反应的其他条件，使更多的氢气转化为氨。
鲁科版高中化学选择性必修1第2章第4节化学反应条件的优化—工业合成氨学案
第4节化学反应条件的优化——工业合成氨学习目标1.通过合成氨最优条件的探究,认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。
2.通过学习催化剂在工业生产中的应用,知道催化剂可以改变反应历程,对调控化学反应速率具有重要意义。
学习任务合成氨反应工业生产条件的优化选择1.合成氨反应的特点:反应可逆、正反应是放热反应、正反应熵减小。
2.合成氨反应的热力学数据N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知在298 K时,ΔH=-92.2 kJ·mol-1;ΔS=-198.2 J·K-1·mol-1;ΔG=ΔH-TΔS≈-33.1 kJ·mol-1;平衡常数K=4.1×106。
3.合成氨动力学数据在特定条件下,合成氨速率方程v=k·c(N2)·c1.5(H2)·c-1(NH3)。
E a(无催化剂)=335 kJ·mol-1;E a(铁催化剂)=167 kJ·mol-1;无催化剂时速=3.4×1012(700 K)。
率常数k=9.86×10-4;k(催)k(无)微点拨: 热力学数据主要解决反应的自发性、反应的限度问题;动力学数据可以解决反应快慢(即反应速率)问题。
19世纪以前,农业生产所需氮肥的来源主要是有机物的副产物和动植物的废物等。
德国的化学家哈伯(Haber)和他的学生采用极高昂成本且易爆炸的锇作为催化剂第一次人工用N2、H2合成了氨气。
德国化学家博施(Bosch)继续哈伯的研究,发明了以铁为主的廉价、安全、高效催化剂,并建立了世界第一座合成氨工厂。
探究合成氨反应的自发性、反应限度、反应速率问题1:根据合成氨的热力学数据分析,合成氨的自发性如何?反应限度如何?提示:298 K时,该反应ΔG<0,所以是自发的,无需借助电或光。
反应平衡常数K>105,理论上几乎能进行到底。
鲁科版高中化学选修四2.4《化学反应条件的优化——工业合成氨》教案
2.4《化学反应条件的优化---工业合成氨》【教材分析】普通高中课程标准实验教科书化学反应原理〔鲁科版〕第2章第4节“化学反应条件的优化——工业合成氨”的内容是前三节“化学反应的方向”、“化学反应的限度”、“化学反应的速率”的延续，是对前三节知识的综合应用。
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，是重要的化学工业之一；同时氮气、氢气合成氨反应也是一个学生熟悉的、典型的平衡体系。
本节以合成氨反应为研究对象，有利于学生应用化学平衡理论和化学反应速率理论尝试综合选择化工生产的适宜条件，从而体会化学理论的学习对生产实践的指导作用。
【学情分析】学生在前面的学习中，对化学平衡理论和化学反应速率理论有了一定程度的认识。
经过高中一年的训练，学生善于质疑、主动思考、积极获取知识的学习习惯已基本养成，参与意识、合作意识已有较明显提高。
他们正处于生理的高速发展期，认识能力和知识水平都到达了较高的层次，他们正经历着从习惯于感性思维、形象思维向更加关注理性思维、抽象思维的转轨期，所以在教学中注意引导学生分析、讨论，使他们的认识过程从直观的体验和想象上升到理性的思维阶段。
【设计思想】根据本节内容，先让学生就合成氨反应的热力学、动力学问题分别进行讨论，再综合考虑工业生产中的各种因素，对合成氨反应的适宜条件进行选择。
将本节的教学过程分为三个环节：①分别利用学过的化学平衡和化学反应速率理论讨论合成氨的适宜条件；②综合考虑合成氨生产中动力、设备、材料、生产效率等因素，寻找工业合成氨的优化生产条件；③展望合成氨的发展前景，拓宽学生的视野。
在讨论时注意问题设置的难度，利用平衡移动原理对反应转化率的探讨只局限在定性分析的水平上，而对于化学反应速率的研究则从半定量的角度进行。
【教学目标】知识与技能：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调控在工业生产中的重要作用。
高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨学案 鲁科版选
第4节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：降低温度、增大压强，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1∶3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：增大N2或H2的浓度，减小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，必须从反应速率和反应限度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，提高单位时间内的产量，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700_K左右2 物质的量N2、H2投料比1∶2.83 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“×”。
高中化学鲁科版选修四教案：2.4 化学反应条件的优化——工业合成氨
（2）反应达平衡时，混合气体的体积为716.8L（标准状况下），其中NH3的含量（体积分数）为25%。计算平衡时NH3的物质的量。
（3）原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比（写出最简整数比，下同），n（始）∶n（平）=。
4学生分析合成氨反应有哪些特点？
5.“假设聘你为某合成氨工厂的技术顾问，你将为提高生产效益提供那些参考意见？”（从加快合成氨反应速率和反应限度两个方面考虑）。
填写下列表格。
合成氨反应条件的选择
外界条件
从氨气生成的快角度（即从化学反应速率角度）分析
使氨气生成得多的角度（即从
化学平衡的角度）分析
压强
温度
惠阳中山中学课时教案
高三化学备课组主备人：龚永忠2015.12.2
教学内容
化学反应条件的优化——工业合成氨
课题
化学反应条件的优化——工业合成氨
教
学
目
标
知识
与技能
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；
B．高压比低压条件更有利于合成氨的反应
C．500℃左右比室温更有利于合成氨的反应
D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率
2．工业上合成氨时一般采用500℃左右的温度，其原因是（）
⑴适当提高氨的合成速率⑵提高H2的转化率
⑶提高氨的产率⑷催化剂在500℃时活性最大
A．只有⑴B．⑴⑵C．⑵⑶⑷D．⑴⑷
习
1.利用平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的产量？
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化学反应条件的优化——工业合成氨（导学案）
【学习目标】
1、了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、了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。
【学案导学】
一 、合成氨反应的特点
合成氨反应是一个可逆反应：N 2(g)+3H 2(g)2NH 3(g) △H ＜0
已知298K 时：△H —T △S= —33.14 kJ ·mol —1，请根据已知信息分析该反应的特点。
二、外界条件对合成氨反应的影响
据合成氨反应的特点应分别采取什么措施提高反应的平衡转化率和反应速率？请填写下表
三、合成氨的适宜条件
【当堂达标】
1、有如下平衡体系：CO(g)+2H 2(g) CH 3OH(g)（正反应放热），为了增加甲醇的产量，应采取的正确措施是（ ）
A ．高温、高压
B ．低温、低压
C ．适宜的温度、高压、催化剂
D ．高温、高压、催化剂
2、从化学反应速率和化学平衡两个角度考虑，合成氨应采用的条件是 （ ） A ．
低温、高压、催化剂 B ．低温、低压、催化剂 C ．适当温度、高压、催化剂 D ．高温、高压、催化剂 3、促使化学平衡N 2(g)+3H 2(g) 2NH 3(g) (正反应放热)向右移动的措施是（ ） A ．通入惰性气体
B ．通入N 2
C ．通NH 3
气 D ．容器体积增大 4、合成氨所需的H 2可由煤和水蒸气反应而制得，其中一步的反应为： CO(g)+ H 2O(g) CO 2(g)+H 2(g) (正反应放热)，下列措施中，能提高CO 转化率的是（ ） A ．增大压强 B ．升高温度 C ．增大水蒸气浓度 D ．增大浓度 5、已知2SO 2(g)+O 2(g)2SO 3(g) △H ＜0其实验数据见表
(1) 应选用的温度是_________。
(2) 应采用的压强是______，理由是_________________________________________________ _________________________________________________________________________________。
反应特
点
_____自发进行的反应 正反应为_____反应 正反应为气体体积_____的反应
_____反应。