《第4節(jié)化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨》教學(xué)設(shè)計(jì)課題化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨授課人教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能1.使學(xué)生理解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理，選擇合成氨的適宜條件。2.使學(xué)生了解應(yīng)用化學(xué)原理選擇化工生產(chǎn)條件的思路和方法。過(guò)程與方法1.教學(xué)時(shí)應(yīng)以化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理為主線，以合成氨知識(shí)為中心，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，將知識(shí)串聯(lián)、拓展、延伸，培養(yǎng)學(xué)生的歸納思維能力。2.在運(yùn)用理論的過(guò)程中，可以進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)所學(xué)理論的理解和提高知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力。情感態(tài)度與價(jià)值觀1.通過(guò)了解合成氨的全過(guò)程，可以激發(fā)學(xué)生愛科學(xué)、探索科學(xué)的熱情。2.通過(guò)合成氨前景的展望，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生體會(huì)化學(xué)學(xué)科中邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)深刻的科學(xué)美。重點(diǎn)難點(diǎn)應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理選擇合成氨的適宜條件教學(xué)方法講授法、小組討論法、自學(xué)法教學(xué)用具電腦、白板教學(xué)過(guò)程教師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)期設(shè)計(jì)意圖新課引入【引入】同學(xué)們，你們聽說(shuō)過(guò)用空氣制造面包嗎？【板書】化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨【展示資料】用空氣制造面包的圣人【展示圖片】合成氨廠的設(shè)備圖片【問題】合成氨從第一次實(shí)驗(yàn)室合成到實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)為什么經(jīng)歷了150多年的時(shí)間？回答

閱讀

觀察思考引入新課，激發(fā)興趣。

通過(guò)事例分析指出本節(jié)重點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法，明確學(xué)生的學(xué)習(xí)方向判斷合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行

【交流·研討】合成氨反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知298K時(shí)，△H=-92.2kJ·mol-1△S=-198.2J·K-1·mol-1請(qǐng)根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析298K下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行。學(xué)生討論分析反應(yīng)特點(diǎn)：合成氨反應(yīng)為放熱、氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減少的可逆反應(yīng)?！鱄-T△S=-92.2kJ·mol-1-298K×（-198.2J·K-1·mol-1）＜0298K時(shí)，合成氨反應(yīng)是可以自發(fā)進(jìn)行的。為討論合成氨適宜生產(chǎn)條件做準(zhǔn)備。使學(xué)生體會(huì)一般的研究思路：第一步是進(jìn)行化學(xué)熱力學(xué)分析。先判斷反應(yīng)的方向。合成氨反應(yīng)的限度【活動(dòng)探究】請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，利用影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素，分析什么條件有利于氨的合成？【板書】一、合成氨反應(yīng)的限度

【講述】如圖2-4-3所示，在不同反應(yīng)溫度、壓強(qiáng)下反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，平衡混合物中氨含量的測(cè)定結(jié)果與上述理論分析結(jié)果一致。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在一定的溫度、壓強(qiáng)下，反應(yīng)物氮?dú)?、氫氣的體積比為1：3時(shí)平衡混合物中氨的含量最高。

學(xué)生討論回答：降低溫度、增大壓強(qiáng)有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動(dòng)；N2、H2的體積比為1：3時(shí)平衡混合物中氨的含量最高。學(xué)生觀看圖2-4-3進(jìn)行分析。再利用平衡移動(dòng)原理分析如何提高氨的產(chǎn)量。合成氨反應(yīng)的速率【過(guò)渡】在尋找最佳的生產(chǎn)條件時(shí)，除了考慮反應(yīng)的限度時(shí)，還需要研究采取哪些措施來(lái)提高化學(xué)反應(yīng)速率?！景鍟慷?、合成氨反應(yīng)的速率【交流·研討】1、結(jié)合影響反應(yīng)速率的因素，思考什么條件能提高合成氨反應(yīng)的速率？2、實(shí)驗(yàn)表明，在特定條件下，合成氨反應(yīng)的速率與參與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為v=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)請(qǐng)你根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的濃度對(duì)反應(yīng)速率有哪些影響？可以采取哪些措施來(lái)提高反應(yīng)速率？3、請(qǐng)你根據(jù)下表所給的數(shù)據(jù)分析催化劑對(duì)合成氨反應(yīng)速率的影響：【補(bǔ)充】除此之外，溫度對(duì)合成氨反應(yīng)的速率也有顯著影響：溫度越高，反應(yīng)進(jìn)行得越快。學(xué)生分析回答：1、升高溫度增大壓強(qiáng)增大反應(yīng)物濃度使用催化劑2、增大N2、H2濃度，將氨及時(shí)從混合氣中分離出去3、分析下表所給的數(shù)據(jù)使用催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率提高上萬(wàn)億倍。表2-4-1

讓學(xué)生從整體上對(duì)影響化學(xué)反應(yīng)速率的各種因素進(jìn)行定性分析。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際選擇合成氨的適宜條件【板書】三、合成氨的適宜條件【交流·研討】根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，應(yīng)分別采取什么措施提高反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率？請(qǐng)將你的建議填入下表。在合成氨生產(chǎn)中，達(dá)到高轉(zhuǎn)化率與高反應(yīng)速率所需要的條件有時(shí)是相互矛盾的。由理論分析再結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際（高壓對(duì)設(shè)備材質(zhì)、加工制造的要求和所需能耗多少、溫度對(duì)催化劑活性的影響等）討論：⑴既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動(dòng)，那么生產(chǎn)中是否溫度越低越好？⑵既然增大壓強(qiáng)既可提高反應(yīng)速率，又可提高氨的產(chǎn)量，那么在合成氨工業(yè)中壓強(qiáng)是否越大越好？【講述】因此，選擇合成氨的條件時(shí)，既不能片面地追求高轉(zhuǎn)化率，也不能只追求高反應(yīng)速率，應(yīng)該尋找以較高的反應(yīng)速率獲得適當(dāng)平衡轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)條件。此外，還應(yīng)該考慮原料的價(jià)格、未轉(zhuǎn)化的合成氣的循環(huán)使用、反應(yīng)熱的綜合利用等問題?！究偨Y(jié)】合成氨的適宜條件：選擇鐵做催化劑；反應(yīng)溫度在700K左右；根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng)，大致分為低壓（1×107Pa）、中壓（2×107～３×107Pa）和高壓（8.5×107～1×108Pa）三種類型；n(N2)：n(H2)=1：2.8。學(xué)生討論后完成下表外界條件使NH3生產(chǎn)的多使NH3生產(chǎn)的快平衡分析速率分析壓強(qiáng)高壓高壓溫度低溫高溫催化劑無(wú)影響使用反應(yīng)物濃度增大增大生成物濃度減小減小復(fù)習(xí)、整理關(guān)于化學(xué)反應(yīng)的方向、限度和速率的理論知識(shí)并查閱資料回答：⑴低溫雖然有利于平衡向生成氨的方向移動(dòng)，但低溫時(shí)反應(yīng)速率低，所以生產(chǎn)中溫度不是越低越好?？紤]到催化劑活性，應(yīng)選擇適宜的溫度。⑵雖然增大壓強(qiáng)既可提高反應(yīng)速率，又可提高氨的產(chǎn)量，但是我們應(yīng)該考慮到反應(yīng)器材質(zhì)及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng)，并非是越大越好。通過(guò)交流研討使學(xué)生體會(huì)這是用理論解決實(shí)際問題的一個(gè)重要步驟，需要綜合評(píng)價(jià)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)的研究結(jié)果，還必須考慮實(shí)際工藝技術(shù)等各方面因素。歸納出合成氨生產(chǎn)的適宜條件，引導(dǎo)思考的方向，結(jié)合生產(chǎn)數(shù)據(jù)介紹合成氨實(shí)際生產(chǎn)條件，使學(xué)生在解決實(shí)際問題的過(guò)程中進(jìn)一步加深對(duì)所學(xué)理論的理解。合成氨的生產(chǎn)流程【板書】合成氨的生產(chǎn)流程11（1）原料氣的制備N2來(lái)自空氣，H2來(lái)自水中CH4+H2O=CO+3H2CO+H2O=CO2+H2(2)凈化消除造氣過(guò)程中夾帶著的雜質(zhì)，防止催化劑中毒。（3）合成氨【知識(shí)拓展】簡(jiǎn)單介紹我國(guó)合成氨工業(yè)的發(fā)展情況。

學(xué)生認(rèn)真聽講，觀看課本合成氨工藝生產(chǎn)流程圖。加深學(xué)生對(duì)化工生產(chǎn)的了解。

讓學(xué)生了解我國(guó)合成氨工業(yè)發(fā)展歷程，目前我國(guó)合成氨工業(yè)從生產(chǎn)能力和產(chǎn)量上都位居世界前列，對(duì)他們進(jìn)行情感態(tài)度與價(jià)值觀教育。

【知識(shí)前沿】化學(xué)模擬生物固氮根瘤菌，生物固氨。常溫常壓下進(jìn)行。成本低、轉(zhuǎn)化率高、效率高。模擬生物的功能，把生物的功能原理用于化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)，借以改善現(xiàn)有的并創(chuàng)造嶄新的化學(xué)工藝過(guò)程。學(xué)生聽講，思考。

讓學(xué)生了解科學(xué)前沿和科技發(fā)展動(dòng)態(tài)。課堂小結(jié)結(jié)合理論依據(jù)和生產(chǎn)實(shí)際，適宜的合成氨條件為：鐵催化劑，700K左右，根據(jù)反應(yīng)容器選擇壓強(qiáng)，n(N2)：n(H2)=1：2.8課堂練習(xí)見PPT學(xué)生思考、回答學(xué)生分析解答，進(jìn)一步加深了對(duì)本節(jié)課知識(shí)的掌握。板書設(shè)計(jì)：第4節(jié)化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨一、合成氨反應(yīng)的限度有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動(dòng)的影響因素：降低溫度、增大壓強(qiáng)、n(N2)：n(H2)=1

：3二、合成氨反應(yīng)的速率有利于加快生成氨速率的影響因素：升高溫度、增大壓強(qiáng)、使用催化劑、增大反應(yīng)物濃度、減小生成物濃度。三、合成氨的適宜條件結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，適宜的合成氨條件為：鐵催化劑，700K，根據(jù)反應(yīng)器選擇壓強(qiáng)，n(N2)：n(H2)=1：2.8課后反思：本節(jié)課的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)較為合理，教學(xué)方法較為得當(dāng)，課堂互動(dòng)效果較好，三維目標(biāo)基本落實(shí)。但也有沒有處理好的地方，合成氨適宜條件的選擇是一個(gè)綜合性很強(qiáng)的問題，應(yīng)引導(dǎo)和指導(dǎo)學(xué)生在課堂上進(jìn)行充分、有效的討論。但可能學(xué)生在課前沒進(jìn)行充分的預(yù)習(xí)和準(zhǔn)備不足，課堂上學(xué)生討論不夠積極。通過(guò)反思，我認(rèn)識(shí)到要善于處理好教學(xué)中知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)的關(guān)系，巧妙地創(chuàng)設(shè)能引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與的活動(dòng)及情境，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，才能不斷地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性，既培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又培養(yǎng)學(xué)生思維能力，使每個(gè)學(xué)生的身心都能得到充分的發(fā)展。在今后的教學(xué)中，我會(huì)通過(guò)不斷地嘗試和反思來(lái)努力提高自己的教學(xué)水平。學(xué)情分析理論上學(xué)生在前邊已經(jīng)學(xué)習(xí)了化學(xué)反應(yīng)的方向、化學(xué)反應(yīng)的限度和化學(xué)反應(yīng)的速率，本節(jié)是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一個(gè)綜合運(yùn)用，應(yīng)當(dāng)是順理成章的。但是我校學(xué)生基礎(chǔ)普遍較差，學(xué)習(xí)難度較大，為此我在教學(xué)中注意了一下幾點(diǎn)：布置強(qiáng)調(diào)課前預(yù)習(xí)抓基礎(chǔ)知識(shí)的落實(shí)注重學(xué)法指導(dǎo)和思路點(diǎn)撥精選習(xí)題效果分析本節(jié)課從提出問題，激發(fā)興趣，逐步引導(dǎo)學(xué)生利用前面所學(xué)知識(shí)展開探究，在既要考慮化學(xué)反應(yīng)的限度又要考慮化學(xué)反應(yīng)的速率還要考慮設(shè)備制造的工藝以及經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上得到合成氨的適宜條件。學(xué)生參與較積極，通過(guò)課堂練習(xí)檢測(cè)來(lái)看，教學(xué)效果不錯(cuò)，學(xué)生回答準(zhǔn)確率較高。本節(jié)課學(xué)生不僅是學(xué)習(xí)知識(shí)，利用知識(shí)，還通過(guò)課件進(jìn)行了愛國(guó)主義、化學(xué)史以及學(xué)以致用的實(shí)踐教育，相信這節(jié)課將會(huì)在學(xué)生的人生歷程中留下特有的烙印。教材分析合成氨工業(yè)對(duì)化學(xué)工業(yè)、國(guó)防工業(yè)和我國(guó)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化具有重要意義，是重要的化學(xué)工業(yè)之一。本節(jié)以此為研究對(duì)象有利于學(xué)生應(yīng)有化學(xué)平衡理論和化學(xué)反應(yīng)速率理論嘗試綜合選擇化工生產(chǎn)的適宜條件，從而體會(huì)化學(xué)熱力學(xué)理論和化學(xué)動(dòng)力學(xué)理論對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐的指導(dǎo)作用。本節(jié)教材是學(xué)生在前邊學(xué)習(xí)完化學(xué)反應(yīng)的方向、化學(xué)反應(yīng)的限度以及化學(xué)反應(yīng)速率之后安排的，這樣做既有利于學(xué)生對(duì)前邊所學(xué)知識(shí)進(jìn)行總結(jié)，又能讓學(xué)生感受到學(xué)有所用。學(xué)習(xí)不僅僅是為了分?jǐn)?shù)，為了考學(xué)。評(píng)測(cè)練習(xí)：1、下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說(shuō)法中，正確的是（）A.從合成塔出來(lái)的混合氣體，其中氨氣只占13%～14%，所以生產(chǎn)氨的工廠效率都很低B.由于氨易液化，氮?dú)?、氫氣是循環(huán)使用的，總體來(lái)講氨的產(chǎn)率比較高C.合成氨反應(yīng)溫度不采用常溫而選擇500℃左右，目的是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)D.合成氨采用的壓強(qiáng)是2×107Pa～5×107Pa，因?yàn)樵搲簭?qiáng)下鐵觸媒的活性最大2．在合成氨工業(yè)中，為增加NH3的產(chǎn)量下列變化過(guò)程不能使平衡向右移動(dòng)的是（A）不斷將NH3分離出來(lái)（B）使用催化劑（C）采用700K左右的高溫（D）采用2×107～5×107Pa的壓強(qiáng)3、合成氨所需的H2可由煤和水蒸氣反應(yīng)而制得，其中一步的反應(yīng)為：CO(g)+H2O（g）CO2(g)+H2(g)（正反應(yīng)放熱），下列措施中，能提高CO轉(zhuǎn)化率的是（）A、增大壓強(qiáng)B、降低溫度C、增大水蒸氣濃度D、增大CO濃度4.下列反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，哪種條件下生成物的含量最高：X2(g)+2Y2(g)X2Y4(g)（正反應(yīng)為放熱反應(yīng)）()A.高溫高壓B.低溫低壓C.高溫低壓D.高壓低溫5、合成氨工業(yè)有下列流程：①原料氣制備；②氨的合成；③原料氣凈化和壓縮；④氨的分離。其先后順序?yàn)?

)A．①②③④

B．①③②④

C．④③②①

D．②③④①6.工業(yè)合成氨時(shí)，必須除去原料氣中的雜質(zhì)，其主要原因是（）A.減小副反應(yīng)B.提高N2、H2的濃度C.防止催化劑中毒D.有利于平衡移動(dòng)7.合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)NH3的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。根據(jù)此圖分析合成氨工業(yè)最有前途的研究方向是()A.提高分離技術(shù)B.研制耐高壓的合成塔C.研制低溫催化劑D.探索不用N2和H2合成氨的新途徑8.（2010·上海高考）據(jù)報(bào)道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇已成為現(xiàn)實(shí)。2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)下列敘述錯(cuò)誤的是（）A.使用Cu-Zn-Fe催化劑可大大提高生產(chǎn)效率B.反應(yīng)需在300℃進(jìn)行可推測(cè)該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)C.充入大量CO2氣體可提高H2的轉(zhuǎn)化率D.從平衡混合氣體中分離出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率參考答案：1.B2.BC3.BC4.D5.B6.C7.C8.C課后反思本節(jié)課的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)較為合理，教學(xué)方法較為得當(dāng)，課堂互動(dòng)效果較好，三維目標(biāo)基本落實(shí)。但也有沒有處理好的地方，合成氨適宜條件的選擇是一個(gè)綜合性很強(qiáng)的問題，應(yīng)引導(dǎo)和指導(dǎo)學(xué)生在課堂上進(jìn)行充分、有效的討論。但可能學(xué)生在課前沒進(jìn)行充分的預(yù)習(xí)和準(zhǔn)備不足，課堂