第4节化学反应条件的优化———工业合成氨
【三维目标】
知识与技能：
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。
过程与方法：
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。
情感态度与价值观：
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。
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【教学过程】
[引入] 首先问大家一个问题:大家想不想当老板? (为什么想当老板?)
[板书] 第4节化学反应条件的优化——工业合成氨
[学生活动] 了解学习目标，内容框架
[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？
2. 合成氨反应的特点？
3. 选择生产条件的目的是什么？
4. 选择生产条件的依据是什么？
答案：
1 原理：N
2 + 3H2 2NH3（正反应为放热反应）
2 反应特点：①可逆反应
②正反应是放热反应
③正反应气体体积缩小
3尽可能加快反应速率和提高产物产率
4外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响
[学生活动]
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？ (只需要估算即可)
[知识回顾]
运用所学有关知识填写下表：
化学反应速率化学平衡
温度
压强
催化剂
浓度
[教师引导并总结]
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，分析什么条件有利于
提高氨的产率？
[板书] 有利于提高氨的产率的方法：低温高压增大N2或H2的浓度减小NH3的浓度[学生合作交流并展讲] 课本P66 “交流与研讨”
[教师带领学生分析]
1、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？
2、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是否
越大越好？
3、在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要
使用呢？
4、能否用过量氮气提高氢气转化率？工业合成氨是否采用此方法？
[教师讲解]
1．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。
综合考虑各种因素，在实际生产上，采用700K的温度。
原因：速率较快，转化率适中，催化剂活性最大。
2．压强。
增大压强，有利于氨的合成，但在实际生产中，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（1×107Pa），中压（2×107Pa—3×107Pa），高压（8.5×107Pa—1×108Pa）三种类型。
3．催化剂。
由于N2分子非常稳定，N2和H2的化合十分困难，即使采用了加热与高压的条件，合成氨的反应还是十分缓慢。
为了加快反应速率，降低反应所需要的能量，合成氨工业普遍使用铁做催化剂，使反应物在较低温度下较快的进行反应。
4．浓度。
在实际生产中，不断补充N2、H2（增大反应物的浓度），采取迅速冷却的方法（减小生成物的浓度），使气态氨变成液态氨后及时从平衡混合物中分离出去，以促使化学平衡不断地向着生成NH3的方向移动。
工业上合成氨时主要需要考虑的因素为经济效益和社会效益：速度要快，原料的利用率要高，单位时间内的产量要高。
另外还要考虑生产中耗费的能源、原料、设备条件等因素。
[例题讲解]
已知2SO2(g)+O2(g)2SO3 (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___________ [ 本节小结]
[ 当堂检测]
1. 氨的合成反应，生产中采用的适宜条件是（）
A、低温、高压、适当的催化剂
B、高温、常压
C、尽可能高温、高压
D、适当的温度、适当的高压、适宜催化剂
2．在合成氨工业中，为增加NH3日产量，下列变化过程能使平衡向右移动的是（）
A.不断将NH3分离出来
B.使用催化剂
C.采用700K左右的高温
D.采用低压
【板书设计】
第4节化学反应条件的优化——工业合成氨
1．原理：N2 + 3H2 2NH3（正反应为放热反应）
2．反应特点：①可逆反应
②正反应是放热反应
③正反应气体物质系数减小
3．
使氨生产多（平衡分析）
使氨生产快
（速率分析）
实际生产中适宜条件
压强高压高压1×107Pa—1×108Pa 温度低温高温700K
催化剂无影响加快铁
浓度增大N2、H2浓度；
减小NH3浓度
增大N2、H2浓度,
同时减小NH3浓度
N2：H2=1：2.8；
及时将NH3分离出去
4．生产过程简介
造气———净化———合成氨
【课题】工业合成氨【类型】教案【组名】理化组【序号】7号。