1、第四節(jié) 化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨【教學目標】知識與技能：1了解如何應用化學反應速率和化學平衡原理分析合成氨的適宜條件；2了解應用化學反應原理分析化工生產(chǎn)條件的思路和方法，體驗實際生產(chǎn)條件的選擇與理論分析的差異；3通過對合成氨適宜條件的分析，認識化學反應速率和化學平衡的調(diào)控在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用。過程與方法：1通過對合成氨適宜條件的研究選擇，學會把握主要矛盾、統(tǒng)籌兼顧解決問題的能力，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的能力；2在運用理論解決問題的過程中，進一步加深對所學理論的理解，提高實際應用能力；3通過討論、交流發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，體驗合作學習的過程和樂趣。情感態(tài)度與價值觀：1初步形成從多方面綜合思考問題的

2、意識；2認識化學反應原理在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用，提升學生對化學反應的價值的認識，從而贊賞化學科學對個人生活和社會發(fā)展的貢獻。【教學過程】合成氨的車間外貌和生產(chǎn)設備圖。（瀏覽圖片）一、合成氨反應的限度1反應原理N2(g)3H2(g) 2NH3(g)298 K時H92.2 kJmol1S198.2 Jmol1K1。2反應特點合成氨反應是一個能自發(fā)進行的、放熱的、氣體體積減小的可逆反應。3有利于氨生成的措施(1)降低溫度、增大壓強有利于化學平衡向生成氨的方向移動。(2)在一定的溫度和壓強下，反應物中N2和H2的體積比為13時平衡混合物中氨的含量最高。二、合成氨反應的速率1濃度在特定條件下，合成氨反應

3、的速率與參加反應的物質(zhì)的濃度的關系式為vk c(N2)c1.5(H2)c1(NH3)，由關系式可知，增大N2或H2的濃度，減小NH3的濃度，都有利于提高合成氨的速率。2催化劑使用催化劑，可顯著降低反應的活化能，使反應速率提高上萬億倍。3溫度溫度對合成氨反應的速率也有顯著影響：溫度越高，反應進行得越快。4壓強壓強越大，反應進行得越快。三、合成氨的適宜條件1合成氨反應條件的選擇工業(yè)生產(chǎn)中，必須從反應速率和反應限度兩個角度選擇合成氨的適宜條件，既要考慮盡量增大反應物的轉(zhuǎn)化率，充分利用原料，又要選擇較快的反應速率，提高單位時間內(nèi)的產(chǎn)量，同時還要考慮設備的要求和技術(shù)條件。2合成氨的適宜條件反應條件壓強溫

4、度催化劑濃度11071108Pa700 K左右鐵觸媒(鐵)使氣態(tài)NH3變成液態(tài)NH3并及時從平衡混合物中分離出去，及時補充N2和H2四、工業(yè)生產(chǎn)中化學反應條件優(yōu)化的原則外界條件有利于加快速率的條件控制有利于平衡移動的條件控制綜合分析結(jié)果濃度增大反應物的濃度增大反應物的濃度，減小生成物的濃度不斷地補充反應物，及時地分離出生成物催化劑加合適的催化劑無影響加合適的催化劑溫度高溫H0高溫在設備條件允許的前提下，盡量采取高溫并選取適宜的催化劑壓強高壓(有氣體參加)g0低壓兼顧速率和平衡，選取適宜的壓強五、合成氨的工業(yè)流程特別提醒在制備原料時，要注意反應的可行性，同時要注意反應的速率和限度。六、氮的固定將

5、空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為氮的混合物的過程叫氮的固定，主要的固氮方法：1.生物固氮一種主要的自然固氮反應。如豆科植物在根瘤菌作用下直接吸收空氣中的N2轉(zhuǎn)化為氨等，進一步合成蛋白質(zhì)。2.自然固氮如閃電產(chǎn)生的巨大電壓，其電火花足可以破壞氮氣分子的叁鍵，促使其與氧氣反應生成NO，進而生成NO2和HNO3等。3.化學固氮 如合成氨反應、放電條件下使氮氣與氧氣反應生成NO等。4.人工模擬生物固氮通過化學方法，制備出類似生物“固氮菌”的物質(zhì)，使空氣中的氮氣在常溫常壓下與水及二氧化碳等反應，轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮或銨態(tài)氮，進而實現(xiàn)人工合成大量的蛋白質(zhì)等，最終實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)蛋白質(zhì)食品。特別提醒判斷某過程是否為氮的固定時，可

6、以通過看反應物中是否有N2分子，生成物中是否有氮的化合物，都符合的屬于氮的固定。七、檢測題1. 對于可逆反應N2(氣)3H2(氣)2NH3(氣)H0，下列說法正確的是（ ）A達到平衡時反應物和生成物濃度一定相等B達到平衡后加入氨氣，重新達到平衡時，氨氣的濃度比原平衡時大C達到平衡時，升高溫度加快了吸熱反應的速率，降低了放熱反應的速率，所以平衡向逆反應的方向移動D加入催化劑可以縮短到達平衡的時間，這是因為加快了正反應的速率，而減慢了逆反應的速率2. 在合成氨時，既要使氨的產(chǎn)率增大，又要使化學反應速率增大，可以采取的措施有（）增大體積使壓強減小減小體積使壓強增大升高溫度降低溫度恒溫恒容，再充入等量

7、的N2和H2恒溫恒壓，再充入等量的N2和H2及時分離產(chǎn)生的NH3使用合適的催化劑A B C D3. 工業(yè)合成氨的正反應是放熱反應，下列關于N2(g)3H2(g) 2NH3(g)反應的圖像中，錯誤的是（）4. 采用循環(huán)操作可提高原料的利用率，下列工業(yè)生產(chǎn)中，沒有采用循環(huán)操作的是()A硫酸工業(yè)B合成氨工業(yè)C硝酸工業(yè) D氯堿工業(yè)5. 已知合成氨反應的正反應是氣體體積減小的放熱反應，合成氨工業(yè)的工藝流程如下：下列關于合成氨工業(yè)的說法中不正確的是（）A混合氣進行循環(huán)利用遵循綠色化學思想B合成氨反應需在低溫下進行C對原料氣進行壓縮是為了增大原料氣的轉(zhuǎn)化率D原料氣之一的氫氣可由天然氣和水反應制得6. 下列化

8、工生產(chǎn)中所發(fā)生的主要化學反應，不涉及氧化還原反應的是（ ）A氯堿工業(yè)B接觸法制硫酸 C制造普通玻璃 D工業(yè)合成氨參考答案1. 【解析】往往錯選C、D，原因：對升高溫度可以使平衡向吸熱反應方向移動的原因認識不清；對使用催化劑可縮短到達平衡所用時間的原因認識不清；正確選項為B?！敬鸢浮緽2. 【解析】減小壓強，產(chǎn)率降低，速率變慢，所以正確；升溫平衡左移，降溫速率變慢，所以錯；相當于加壓，正確，錯；反應速率變慢；對平衡無影響?！敬鸢浮緾3. 【解析】合成氨的正反應是放熱反應，升溫，正、逆反應速率都增大，但逆反應增大的程度大，A正確；在T1時NH3%最大，達到平衡，再升高溫度，平衡逆向移動，NH3%減小，B正確；低溫下達到平衡，NH3的含量大，C錯誤；增大壓強，平衡向右移動，NH3%增大，D正確?！敬鸢浮緾4. 【解析】硫酸工業(yè)，循環(huán)操作提高二氧化硫利用率；合成氨工業(yè)，循環(huán)操作提高氮氣和氫氣利用率；硝酸工業(yè)，循環(huán)操作提高氨的轉(zhuǎn)化率；氯堿工業(yè)，電解飽和氯化鈉溶液，沒有循環(huán)操作?！敬鸢浮緿5. 【解析】合成氨反應雖是放熱反應，但是溫度低時，反應速率太慢，適宜溫度需在500左右，且該溫度下催化劑的活性最大。【答案】B6.