课题：第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨 课本：化学反应原理 山东科学技术出版社 知识与技能：
１.了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件；
２.了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异； ３通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的控制在工业生产中的重要作用。 过程与方法：
在化学反应的方向、限度、速率等理论为指导的基础上带领学生选择适宜的反应条件，引导学生考虑合成氨生产中动力、设备、材料生产效率等因素，寻找工业合成氨生产的最佳条件。 情感态度与价值观：
认识化学反应原理在工业生产中的重要作用，提升学生对化学反应的价值的认识，从而赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献。
教学重难点：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。 课型：新课 课时安排：１课时 教学过程：
【提问】影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些？【学生】回答
【注意】催化剂只能改变化学反应速率，不能改变化学平衡状态。
【教师】今天这节课我们就看看如何利用化学反应的有关知识将一个化学反应实现工业化，我们以工业合成
氨为例。首先我们看看合成氨的有关背景。
【投影】展示弗里茨·哈伯的图像【投影】弗里茨·哈伯与合成氨
合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约150年的时间。德国科学家哈伯在10年的时间内
进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，2年间他们就进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了一种合适的催化剂，使合成氨的设想在1913年成为工业现实。鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。 【投影并讲解】 化学动力 化学反应的速怎样能提高合成氨反应化学反应的化学热力怎样能促使化学反应向合成氨方向化学反应的合成氨反应能否自发 化学工艺
适宜的合成氨条件工艺流程 高压对设备材质、 加工制造的要求、温度 【交流·研讨】P65
合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
已知298K时: △H= -92.2KJ·mol—1 ， △S = -198.2J·K—1·mol—1 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？ 298K下合成氨反应的平衡常数K为4.1×106（mol·L—1)—2 【学生】假设△H和△S不随温度变化，算得T<465.2K 。 【提问】观察合成氨的化学反应，说明合成反应的特点： 【投影】N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g) △H ＝-92.2kJ/mol
(1体积) (3体积) (2体积)
【学生】①可逆反应 ②熵减小的反应 ③正反应气态物质系数减小 ④正反应是放热反应 【板书】第四节 化学反应条件的优化——工业合成氨 一、合成氨反应的限度
【交流·研讨】请利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成。P65 【投影】
【学生回答】 降低 温度、 增大 压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动，N2、H2体积比为 1：3 时
平衡混合物中氨的含量最高。
【板书】二、合成氨反应的速率 【交流·研讨】P66
1、你认为可以通过控制那些反应条件来提高合成氨反应的速率？
2、实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应的物质的浓度的关系为:
ν =κC(N2)C1. 5(H2)C—1(NH3) ， 请你根据关系式分析：各物质的浓度对反应速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？
3、请你根据下表所给的数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响：
催
化剂对合成氨反应速率的影响 【学生回答】
1.升高温度 增
大压强 增大反应物浓度 条件 无催化剂 使用Fe催化剂 △ E /KJ/mol 335 3.4×10167 k(催)/k(无) 12(700k) NH30.60.50.4 n(N2):n(H2) 0.3 0.2 0.1 1：1 1：2 1：3 1：4 1：5 1：6 使用催化剂
2.增大N2、H2浓度,将氨及时从混合气中分离出去 3.使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。
【板书】三、合成氨的适宜条件 【投影】合成氨的适宜条件的选择
外界条件
使NH3生产得多 平衡分析 高压 低温 无影响 增大浓度 减小浓度 使NH3生产得快 速率分析 压强 温度 催化剂 反应物的浓度 生成物氨的浓度 【交流·研讨】 研讨的内容 高压 高温 使用 增大浓度 减小浓度 研讨的问题 压强怎么定？ 研讨的结构 1、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？ 2、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，温度怎么选那么生产中是否温度越低越好 3 、催化剂对化学平衡的移动没有影响， 在合成氨工业中要不要使用催化剂，为什么？ 【分析】1、压强怎么选？
择？ 要不要用催化剂？ ①合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。
②但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合实际科学技
术。
【结论】综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。【分析】2、温度怎么选择？
①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。
②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。 ③催化剂要在一定温度下催化活性最大。
【结论】综合以上因素:实际生产中温度一般选择在700K左右（主要考虑催化剂的活性）。【分析】3、用不用催化剂？
经济效益和社会效益要求化学反应速度要快， 原料的利用率要高，单位时间的产量要高。
【结论】实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在700K时活性最高。【分析】4、浓度怎么定？ N2和H2的比例怎么定？
增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，即
2.4化学反应条件的优化——工业合成氨
