合成氨條件的選擇

教學目標 

知識目標

使學生理解如何應用化學反應速率和化學平衡原理，選擇合成氨的適宜條件；使學生了解應用化學原理選擇化工生產條件的思路和方法。

能力目標

培養(yǎng)學生對知識的理解能力，及理論聯(lián)系實際的應用能力和分析問題、解決問題的能力。

情感目標

通過學生領悟理論知識對生產實踐的指導作用，使學生樹立理論和實踐相結合的思想認識；并通過知識的運用培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和科學方法。

教學建議

教材分析

本節(jié)教材體現(xiàn)了化學反應速率和平衡移動原理等理論對工業(yè)生產實踐的指導作用，同時在運用理論的過程中，也可進一步加深學生對所學理論的理解。
教材分為兩部分：第一部分主要是通過討論引導學生運用化學反應速率和化學平衡原理等知識，并考慮合成氨生產中動力、設備、材料等的實際情況，合理地選擇合成氨的生產條件。第二部分是拓寬思路方面的內容，主要是探討合成氨的發(fā)展前景。
在第一部分內容中，教材針對合成氨的反應是一個放熱的、氣體總體積縮小的可逆反應，首先要求學生利用已學過的知識，討論為使合成氨的化學反應速率增大所應采取的方法。在此基礎上，又據(jù)實驗數(shù)據(jù)討論為提高平衡混合物中  的含量所應采取的方法。在兩個討論的基礎上，教材又結合合成氨生產中動力、材料、設備、催化劑的活性等實際情況，較具體地分析了合成氨時壓強、溫度、催化劑等的選擇情況。此外，還結合合成氨生產過程示意圖，簡單提及濃度等條件對合成氨生產的影響，以及原料的循環(huán)使用等問題，以使學生理解應以提高綜合經濟效益為目的。
第二部分教學在第一部分的基礎上討論合成氨的發(fā)展前景，拓寬學生的思路，主要目的不在于知識本身，而更多地應側重于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和訓練科學方法。

教學建議
    第一部分的教學：
1.提出問題：針對合成氨的反應，首先需要研究如何在單位時間里提高 的產量，這是一個化學反應速率問題。
2.復習提問：濃度、壓強、溫度、催化劑對化學反應速率影響的結果。
3.組織討論：
①為使合成氨的反應速率增大，應采取的方法。
②合成氨反應是可逆反應，在實際生產中，僅僅考慮單位時間里的產量問題（化學反應速率問題）還不行，還需要考慮如何最大限度地提高平衡混合物中 的含量問題（化學平衡的移動問題）。
③針對合成氨的反應是一個放熱的、氣體總體積縮小的可逆反應，要求學生利用已學過的知識，討論為最大限度地提高平衡混合物中 的含量所應采取的方法。
4.閱讀圖表實驗數(shù)據(jù)印證理論：學生通過閱讀表2－4的實驗數(shù)據(jù)可知，應用平衡移動原理得出的結論與科學實驗的結果是完全一致的，這會大大提高學生的學習興趣。
5.綜合上面的討論情況，同時綜合考慮合成氨生產中動力、設備、材料等的實際情況，具體地研究問題。此外，要結合合成氨生產過程示意圖，簡單提及濃度對合成氨生產的影響以及原料的循環(huán)使用等問題，以使學生理解應以提高綜合經濟效益為目的。

   教師可結合討論過程，讓學生進行歸納。   

  第二部分“合成氨工業(yè)發(fā)展前景”的教學

1.以史明理：從介紹18世紀末到20世紀初這100多年里合成氨工業(yè)的發(fā)展簡況入手，以壓強選擇的變化為例，說明是與科技進步、動力、材料、設備等條件的改善緊密相聯(lián)系的，并仍將隨之而作相應的改變。
2.目前研究課題簡介：結合簡介，可向學生提出一些問題，啟發(fā)學生思考，拓寬學生的思路，使學生的科學方法得到訓練，如研究催化劑的目的是什么？新催化劑的研制成功，使合成氨反應可在較低溫度下進行，是否會減緩合成氨生產中對壓強的要求而減少設備制造的投資？等等。
  配合目前研究課題的簡介，教材編寫有“化學模擬生物固氮”的閱讀材料，可讓學生閱讀，要求學生拓寬思路、設想甚至想象。

教學設計示例

第三節(jié)

教學目標 

知識目標：

1.使學生理解如何應用化學反應速率和化學平衡原理，選擇合成氨的適宜條件。

2.使學生了解應用化學原理選擇化工廠生產條件的思路和方法。

能力目標：

1.  教學時應以化學反應速率和化學平衡原理為主線，以合成氨知識為中心，結合工業(yè)上生產的實際情況，將知識串聯(lián)、拓展、延伸，培養(yǎng)學生的歸納思維能力。

2.  在運用理論的過程中，可以進一步加深學生對所學理論的理解和提高知識的實際應用能力。

情感目標：

1.通過了解合成氨的全過程，可以激發(fā)學生愛科學、探索科學的熱情。

2.通過合成氨前景的展望，激發(fā)學生學習興趣，使學生體會化學學科中邏輯結構嚴謹深刻的科學美。

教學過程 

學生按照自學提綱先自學約15分鐘，后教師集中講解25分鐘，鞏固訓練10分鐘。

自學提綱：

1.影響化學反應速率的因素有哪些？是如何影響的？

2.影響化學平衡的條件有哪些？是如何影響的？

3.應用化學平衡原理，分析反應：

（正反應放熱）

要制得更多的 ，可以采用哪些措施？

就以上3個問題，教師可組織學生認真的討論。然后，教師集中講解。

1體積   3體積         2體積（正反應放熱）

參看課本P49的表2—5。

1.壓強。增大壓強，有利于 的合成，但在實際市產中，壓強不可能無限制的增大，因為壓強越大，需要的動力越大，對材料的強度和設備的制造要求也越高，勢必增大生產成本，降低綜合經濟效益。因此，受動力、材料、設備等條件的限制，目前我國合成氨廠一般采用的壓強是 。

2.溫度。合成氨為放熱反應，低溫有利于氨的生成。但是溫度越低，反應速率就慢，到達平衡所需要的時間越長，因而單位時間內產量低，這在工業(yè)生產中是很不經濟的。綜合考慮各種因素，在實際生產上，采用500℃的溫度，此時催化劑的活性最大。

3.催化劑。由于 分子非常穩(wěn)定， 與 的化合十分困難，即使采用了加熱與高壓的條件，合成氨的反應還是十分緩慢。為了加快化合反應速率，降低反應所需要的能量，合成氨工業(yè)普遍使用鐵觸媒作催化劑。

在實際生產中，不斷補充 、 （增大反應物濃度），采取迅速冷卻的方法（減小生成物濃度），使氣態(tài)氨變成液氨后及時從平衡混合物中分離出去，以促使化學平衡不斷地向著生成 的方向移動。

合成氨工業(yè)

（一）合成氨工業(yè)

1.原理  

2.生產過程簡介（出示掛圖或模型）

（1）原料氣的制備： 來自空氣， 來自水中

再通過 水除 ：

得原料氣  。

（2） 的合成：見課本第50頁圖2—14。

（二）化學模擬生物固氨

氨的固定：將游離態(tài)的氨轉化為化合態(tài)氨的過程叫氨的固定。

1.人工合成氨：化學固氨法。其條件要求高、成本高、轉化率低、效率低。

2.根瘤菌，生物固氨。常溫常壓下進行。成本低、轉化率高、效率高。

模擬生物的功能，把生物的功能原理用于化學工業(yè)生產，借以改善現(xiàn)有的并創(chuàng)造嶄新的化學工藝過程。

（三）隨堂練習

1.合成氨時，既要使合成氨的產率增大，又使反應速率增快，可采取的辦法是（   ）

A.不斷充入                B.升高溫度

C.增大壓強                       D.分離出

2.合成氨所需的 可由煤和水蒸氣反應而制得，其中一步的反應為：

（正反應放熱），下列措施中，能提高CO轉化率的是（    ）

A.增大壓強                B.降低溫度

C.增大水蒸氣濃度          D.增大濃度

3.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。其先后順序為（    ）

A.①②③④       B.①③②④      C.④③②①     D.②③④①

（四）總結、擴展、答疑

在總結本節(jié)內容的基礎上，教師可擴展一些知識給學生。可先從介紹18世紀末到20世紀初這一百多年里合成氨工業(yè)的發(fā)展簡況入手，以壓強條件選擇的變化為例，說明是與科技進步、動力、材料、設備等條件的改善緊密相聯(lián)的，并將隨之而作出相應的改變。在討論合成氨的發(fā)展前景時，要求學生拓寬思路，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和訓練科學方法。

例1  2000年是勒沙特列（Le Chatelier 1850—1936）誕生150周年。請用勒沙特列原理解釋如下生活中的常見現(xiàn)象：打開冰鎮(zhèn)啤酒瓶把啤酒倒入玻璃杯，杯中立即泛起大量泡沫。

（2000年，全國）

分析  解答時應注意聯(lián)系實際。飲料在日常生活中相當普遍，其中含有一定量的化學物質，啤酒中的 就是其中一種， 在水中存在如下平衡：溶液平衡： ，化學平衡 ，上述平衡受壓力和溫度影響，根據(jù)勒沙特列原理，即可得到解釋現(xiàn)象的原因。

解  溶解平衡 ，化學平衡： ，受 壓力和溫度的影響，平衡按勒沙特列原理移動。

點評  理論聯(lián)系實際是素質教育的要求，要求把所學知識運用到實際生活中去，解釋一些問題，解決一些簡單問題。本題就是運用化學平衡原理解決問題的一例。

布置作業(yè) 

1.完成課本第54－56頁的練習題。

2.到一個化工廠搞一次課外調查，寫好調查報告。

板書設計 

第四節(jié)

    一、

     （正反應放熱）

  （1體積）（3體積）      （2體積）

1.壓強：目前采用 。

2.溫度：500℃，此時催化劑的活性最大。

3.催化劑：鐵觸媒。

二、合成氨工業(yè)的發(fā)展前景

（一）合成氨工業(yè)

1.原理：  

2.生產過程簡介（掛圖）

（1）原料氣的制備

   （2） 的合成

（二）化學模擬生物固氮

氮的固定：把游離態(tài)的氮轉化為化合態(tài)氮的過程。

1.人工固氮：（化學固氮）條件高、成本高、轉化率低、效率低。

2.根瘤菌：（生物固氮）常溫常壓、成本低、轉化率高、效率高。

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