1、第2章 第4节 导学案【章节】化学反应原理 第2章 第4节【课题】化学反应条件的优化工业合成氨【课型】新授课 【课时】1课时 【学习目标】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。过程与方法1通过对合成氨适宜条件的研究选择，学会把握主要矛盾、统筹兼顾解决问题的能力，培养理论联系实际的能力。2在运用理论解决问题过程中，进一步加深对所学理论的理解，提高实际应用能力。3通过讨论、交流发现问题和解
2、决问题，体验合作学习的过程和乐趣。情感态度与价值观1初步形成从多方面综合思考问题的意识。2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，从而赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献。【重点难点】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：如何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。【方法导引】1学会使用反应方向的判据、影响化学平衡和化学反应速率的外界条件来综合分析工业生产条件的优化选择。2树立工业生产的成本意识。了解工业合成的研究发现和发展前景对工业生产的导向作用和积极影响。【合作探究】一、合成氨反应的限度【感悟体验】阅读课件上合成氨
3、的发展史，体会科研创新的艰巨性和为人类社会发展所产生的巨大贡献。【交流研讨1】已知298K时，合成氨反应: N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的H=92.2kJmol1和S =198.2JK1mol1请回答下列问题：（1）合成氨反应为 （填“可逆”或“不可逆”）反应；（2）合成氨正反应为 （填“吸热”或“放热”）反应；（3）合成氨正反应为 （填“熵增大”或“熵减小”）的反应；（4）298K时，合成氨反应的HTS = kJmol1（注意：H单位中的“kJ”和S的单位中的“J”要统一）。请根据判据来判断合成氨反应在298K时为 （填“可自发”或“不可自发”）反应。【交流研讨2】请根据反应条件对
4、化学平衡的影响，回答下列问题：（1） （填“增大”或“减小”）N2和H2的浓度，有利于氨的合成；（2） （填“升高”或“降低”）温度，有利于氨的合成；（3） （填“增大”或“减小”）压强，有利于氨的合成；（4）分析教材P66中“图2-4-3”，进一步验证上述结论与科研数据 （填“具有”或“不具有”）一致性。（5）分析课件所展示工业数据表格，进一步验证上述结论与科研数据 （填“具有”或“不具有”）一致性。【交流研讨3】 分析课件所展示图片，推出在一定温度、压强下，反应物N2、H2的体积比为 时，平衡混合物中NH3的含量最高。二、合成氨反应的速率【交流研讨4】请根据反应条件对化学反应速率的影响，回
5、答下列问题：（1） （填“增大”或“减小”）N2和H2的浓度，有利于提高合成氨的速率；（2） （填“升高”或“降低”）温度，有利于提高合成氨的速率；（3） （填“增大”或“减小”）压强，有利于提高合成氨的速率；（4） （填“使用”或“不适用”）催化剂，有利提高合成于氨的速率。【交流研讨5】根据教材P60中介绍的反应速率常数（k）与温度（T）之间经验公式：k =可知，Ea0，温度越高时，k 越大，反应速率越大。已知：合成氨反应的Ea0。利用合成氨反应的速率与各物质的浓度关系式：= kc(N2)c1.5(H2)c1(NH3)，回答下列有关问题。（1） （填“增大”或“减小”）N2和H2的浓度，有利
6、于提高合成氨的速率；（2）随着NH3浓度的增大，反应速率 （填“增大”或“减小”），因此，为保持足够高的反应速率，在达到一定转化率时，将氨从混合气中 ；（3）当温度一定时，压缩气体来增大压强会使N2和H2的浓度 （填“增大”或“减小”）有利于提高合成氨的速率；（4）当升高温度时，合成氨的速率方程中的k （填“增大”或“减小”），化学反应速率 （填“增大”或“减小”）；（5）结合教材P67中“表2-4-1”，分析使用催化剂会 （填“升高”或“降低”）反应的活化能（Ea），所以，使用催化剂， （填“有利于”或“不利于”）提高合成氨的速率。三、合成氨的适宜条件【交流研讨6】根据对合成氨的化学反应限度
7、和化学反应速率的研究，完成下面表格提高反应的平衡转化率提高化学反应速率外界条件措施外界条件措施浓度浓度压强压强温度温度催化剂催化剂 （1）通过上面表格总结，在 （填外界条件）方面采取的措施是一致的。（2）通过上面表格总结，在 （填外界条件）方面采取的措施是不一致的。【交流研讨7】（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强选择是否越大越好？原因是什么?（2）既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，但是生成氨的速率会降低，那么温度我们应该如何选择？（3）既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，在合成氨工业中是否使用催化剂？（4）由于氮气在催化剂上的吸附为总反应中最难
8、发生的步骤，即影响反应速率的关键步骤。为了保证氮气占有一定份额的催化剂活性中心并提高吸附速率，应适当提高氮的分压p(N2)，在工业合成氨中我们应该如何调整N2和H2的体积比？（5）即使在700K和30MPa时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只有26.4%，转化率仍不够大，那么剩余的N2和H2该如何处理呢？【研讨成果】根据以上三个角度的综合研讨，请用下面表格总结合成氨的条件选择。外界条件工业合成氨的适宜条件浓度压强温度催化剂【拓展视野】工业生产时，条件选择需注意的问题1一般要使用合适的催化剂能够降低反应的活化能，加快化学反应速率，提高生产效率，提高经济效益。2选择合适的温度既要考虑催化剂活
9、性温度要求，又要考虑生产成本，一般所选的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压强对化学反应速率和化学平衡的影响，还要综合考虑动力成本和对设备的要求等。【学以致用】已知：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) H0其实验数据见下表 （1）应选用的温度是 。（2）实际生产条件采用的压强是1.01105Pa ，理由是 。【我的收获】【课堂评价】1合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义，原合成氨需要20MPa、700K，用铁做催化剂，最近美国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为transFe(DMeOPrPE)2的催化剂，常温下用N2和H2合成了氨。下列有关说法正确的是( )A原合
10、成氨是吸热反应，而新法合成氨为放热反应B新法合成比原合成节约能源，具有很好的发展前景C新法能在常温下进行是因为不需要破坏化学键D加压不利于新法合成氨2不能用化学平衡移动原理说明的事实是( )A合成氨在高压下进行是有利的B温度过高对合成氨不利C使用催化剂能使合成氨速率加快D及时分离从合成塔中出来的混合气，有利于合成氨3根据合成氨反应的特点分析，当前最有前途的研究发展方向是()A研制耐高压的合成塔 B采用超大规模的工业生产C研制耐低温复合催化剂 D探索不用H2和N2合成氨的新途径4(2011年山东卷)研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。实际生产条件控制在250、1.3104kPa左右，选择此压强的理由是 。【课后作业】1完成教材P70迁移应用。2通过查阅资料了解合成氨的发展前景和其他合成氨的方法，比如电化学合成氨等先进技术。