2019-2020年魯科版高中化學(xué)選修4第二章 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)1.doc

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2019-2020年魯科版高中化學(xué)選修4第二章 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)1 【教學(xué)目標(biāo)】 知識(shí)與技能： 1．了解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理分析合成氨的適宜條件； 2．了解應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理分析化工生產(chǎn)條件的思路和方法，體驗(yàn)實(shí)際生產(chǎn)條件的選擇與理論分析的差異； 3．通過(guò)對(duì)合成氨適宜條件的分析，認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的調(diào)控在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用。 過(guò)程與方法： 1．通過(guò)對(duì)合成氨適宜條件的研究選擇，學(xué)會(huì)把握主要矛盾、統(tǒng)籌兼顧解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的能力； 2．在運(yùn)用理論解決問(wèn)題的過(guò)程中，進(jìn)一步加深對(duì)所學(xué)理論的理解，提高實(shí)際應(yīng)用能力； 3．通過(guò)討論、交流發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題，體驗(yàn)合作學(xué)習(xí)的過(guò)程和樂(lè)趣。 情感態(tài)度與價(jià)值觀： 1．初步形成從多方面綜合思考問(wèn)題的意識(shí)； 2．認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)原理在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用，提升學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)的價(jià)值的認(rèn)識(shí)，從而贊賞化學(xué)科學(xué)對(duì)個(gè)人生活和社會(huì)發(fā)展的貢獻(xiàn)。 【教學(xué)過(guò)程】 合成氨的車間外貌和生產(chǎn)設(shè)備圖。（瀏覽圖片） 一、合成氨反應(yīng)的限度 1．反應(yīng)原理 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　298 K時(shí)　ΔH＝－92.2 kJmol－1　ΔS＝－198.2 Jmol－1K－1。 2．反應(yīng)特點(diǎn) 合成氨反應(yīng)是一個(gè)能自發(fā)進(jìn)行的、放熱的、氣體體積減小的可逆反應(yīng)。 3．有利于氨生成的措施 (1)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)。 (2)在一定的溫度和壓強(qiáng)下，反應(yīng)物中N2和H2的體積比為1∶3時(shí)平衡混合物中氨的含量最高。 二、合成氨反應(yīng)的速率 1．濃度 在特定條件下，合成氨反應(yīng)的速率與參加反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系式為v＝k c(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，由關(guān)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(yīng)的活化能，使反應(yīng)速率提高上萬(wàn)億倍。 3．溫度 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。 4．壓強(qiáng) 壓強(qiáng)越大，反應(yīng)進(jìn)行得越快。 三、合成氨的適宜條件 1．合成氨反應(yīng)條件的選擇 工業(yè)生產(chǎn)中，必須從反應(yīng)速率和反應(yīng)限度兩個(gè)角度選擇合成氨的適宜條件，既要考慮盡量增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，充分利用原料，又要選擇較快的反應(yīng)速率，提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量，同時(shí)還要考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件。 2．合成氨的適宜條件 反應(yīng) 條件 壓強(qiáng) 溫度 催化劑 濃度 1107～1 108Pa 700 K左右 鐵觸媒(鐵) 使氣態(tài)NH3變成液態(tài)NH3并及時(shí)從平衡混合物中分離出去，及時(shí)補(bǔ)充N2和H2 四、工業(yè)生產(chǎn)中化學(xué)反應(yīng)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(dòng)的 條件控制 綜合分析結(jié)果 濃度 增大反應(yīng) 物的濃度 增大反應(yīng)物的濃度，減小生成物的濃度 不斷地補(bǔ)充反應(yīng)物，及時(shí)地分離出生成物 催化 劑 加合適的 催化劑 無(wú)影響 加合適的催化劑 溫度 高溫 ΔH<0 低溫 兼顧速率和平衡，考慮催化劑的適宜溫度 ΔH>0 高溫 在設(shè)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(qiáng) 高壓(有氣 體參加) Δνg<0 高壓 在設(shè)備條件允許的前提下，盡量采取高壓 Δνg>0 低壓 兼顧速率和平衡，選取適宜的壓強(qiáng) 五、合成氨的工業(yè)流程 『特別提醒』在制備原料時(shí)，要注意反應(yīng)的可行性，同時(shí)要注意反應(yīng)的速率和限度。 六、氮的固定 將空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為氮的混合物的過(guò)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(yīng)。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(jìn)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?dú)夥肿拥娜I，促使其與氧氣反應(yīng)生成NO，進(jìn)而生成NO2和HNO3等。 3.化學(xué)固氮 如合成氨反應(yīng)、放電條件下使氮?dú)馀c氧氣反應(yīng)生成NO等。 4.人工模擬生物固氮 通過(guò)化學(xué)方法，制備出類似生物“固氮菌”的物質(zhì)，使空氣中的氮?dú)庠诔爻合屡c水及二氧化碳等反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮或銨態(tài)氮，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人工合成大量的蛋白質(zhì)等，最終實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)蛋白質(zhì)食品。 『特別提醒』判斷某過(guò)程是否為氮的固定時(shí)，可以通過(guò)看反應(yīng)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(cè)題 1. 對(duì)于可逆反應(yīng)N2(氣)＋3H2(氣)2NH3(氣)　ΔH<0，下列說(shuō)法正確的是（ ） A．達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)物和生成物濃度一定相等 B．達(dá)到平衡后加入氨氣，重新達(dá)到平衡時(shí)，氨氣的濃度比原平衡時(shí)大 C．達(dá)到平衡時(shí)，升高溫度加快了吸熱反應(yīng)的速率，降低了放熱反應(yīng)的速率，所以平衡向逆反應(yīng)的方向移動(dòng) D．加入催化劑可以縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，這是因?yàn)榧涌炝苏磻?yīng)的速率，而減慢了逆反應(yīng)的速率 2. 在合成氨時(shí)，既要使氨的產(chǎn)率增大，又要使化學(xué)反應(yīng)速率增大，可以采取的措施有（　　） ①增大體積使壓強(qiáng)減小?、跍p小體積使壓強(qiáng)增大?、凵邷囟取、芙档蜏囟取、莺銣睾闳荩俪淙氲攘康腘2和H2?、藓銣睾銐?，再充入等量的N2和H2　⑦及時(shí)分離產(chǎn)生的NH3?、嗍褂煤线m的催化劑 A．②④⑤⑦ B．②③④⑤⑦⑧ C．②⑤ D．②③⑤⑧ 3. 工業(yè)合成氨的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，下列關(guān)于N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)反應(yīng)的圖像中，錯(cuò)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(méi)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(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，合成氨工業(yè)的工藝流程如下： 下列關(guān)于合成氨工業(yè)的說(shuō)法中不正確的是（　　） A．混合氣進(jìn)行循環(huán)利用遵循綠色化學(xué)思想 B．合成氨反應(yīng)需在低溫下進(jìn)行 C．對(duì)原料氣進(jìn)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(yīng)制得 6. 下列化工生產(chǎn)中所發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)，不涉及氧化還原反應(yīng)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(cuò)選C、D，原因：對(duì)升高溫度可以使平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)的原因認(rèn)識(shí)不清；對(duì)使用催化劑可縮短到達(dá)平衡所用時(shí)間的原因認(rèn)識(shí)不清；正確選項(xiàng)為B。 【答案】B 2. 【解析】①減小壓強(qiáng)，產(chǎn)率降低，速率變慢，所以②正確；③升溫平衡左移，④降溫速率變慢，所以③④錯(cuò)；⑤相當(dāng)于加壓，正確，⑥錯(cuò)；⑦反應(yīng)速率變慢；⑧對(duì)平衡無(wú)影響。 【答案】C 3. 【解析】合成氨的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫，正、逆反應(yīng)速率都增大，但逆反應(yīng)增大的程度大，A正確；在T1時(shí)NH3%最大，達(dá)到平衡，再升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，NH3%減小，B正確；低溫下達(dá)到平衡，NH3的含量大，C錯(cuò)誤；增大壓強(qiáng)，平衡向右移動(dòng)，NH3%增大，D正確。 【答案】C 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?dú)夂蜌錃饫寐?；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(méi)有循環(huán)操作。 【答案】D 5. 【解析】合成氨反應(yīng)雖是放熱反應(yīng)，但是溫度低時(shí)，反應(yīng)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】B 6. 【解析】各選項(xiàng)涉及的主要反應(yīng)為：A項(xiàng)，2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；B項(xiàng)，4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2,2SO2＋O22SO3，SO3＋H2O===H2SO4；C項(xiàng)，SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；D項(xiàng)，N2＋3H2高溫、高壓 催化劑 2NH3。 【答案】C