合成氨教學(xué)設(shè)計(jì)

1、第一章合成氨教學(xué)設(shè)計(jì)一、教材分析和教學(xué)設(shè)想本章內(nèi)容包括化學(xué)反應(yīng)的方向、限度、速率和化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化四部分內(nèi)容。前 三節(jié)教材內(nèi)容安排的是化學(xué)反應(yīng)的方向和限度，化學(xué)反應(yīng)速率的知識(shí)，分別從化學(xué)熱力學(xué)角度介紹化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)以及濃度、溫度等外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響，從化學(xué) 動(dòng)力學(xué)角度介紹影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素并進(jìn)行定量研究和理性分析。而在實(shí)際生產(chǎn) 中，從化學(xué)熱力學(xué)角度實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)達(dá)化率所需的條件往往與從化學(xué)動(dòng)力學(xué)角度實(shí)現(xiàn)高速率 所需的條件相互矛盾。為了以較高速率獲得較好的轉(zhuǎn)化率，人們通常對(duì)這兩方面的研究 結(jié)果進(jìn)行綜合分析，即進(jìn)行反應(yīng)條件的優(yōu)化。本節(jié)內(nèi)容就是對(duì)前兩部分知識(shí)的綜合應(yīng)用， 以工業(yè)合成氨為例探

2、究化學(xué)反應(yīng)條件優(yōu)化的選擇方法，體現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的方向、限度、速 率等理論在優(yōu)化選擇化學(xué)反應(yīng)條件方面的作用，使學(xué)生了解化學(xué)理論的學(xué)習(xí)對(duì)生產(chǎn)實(shí)際的指導(dǎo)作用。本節(jié)課的教學(xué)設(shè)想為：在教學(xué)過(guò)程中，為學(xué)生提供關(guān)于合成氨反應(yīng)的熱力 學(xué)、動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使他們能夠利用這些資料就合成氨反應(yīng)的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)問(wèn)題分 別展開討論，初步嘗試?yán)美碚摲治龌どa(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生考慮合成氨生產(chǎn) 中動(dòng)力、設(shè)備、材料生產(chǎn)效率等因素；再結(jié)合生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)向?qū)W生介紹合成氨的實(shí)際生 產(chǎn)條件，對(duì)合成氨的適宜條件進(jìn)行選擇，使他們?cè)诮鉀Q實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中提升對(duì)化學(xué)反 應(yīng)的價(jià)值的認(rèn)識(shí)；課堂中通過(guò)“動(dòng)手” “動(dòng)腦” “動(dòng)口”等師生互動(dòng)的方法來(lái)完

3、成教與 學(xué)的任務(wù)，達(dá)成教與學(xué)的目標(biāo)。二、教學(xué)設(shè)計(jì)思路三、教案課題化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化一一合成氨1授課人楊薇教學(xué) 目標(biāo)知識(shí)與技能1 .使學(xué)生理解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理，選擇合成氨的適宜條件。2 .使學(xué)生了解應(yīng)用化學(xué)原理選擇化工生產(chǎn)條件的思路和方法。過(guò)程與方法1 .教學(xué)時(shí)應(yīng)以化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理為主線，以合成氨知識(shí)為中心， 結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，將知識(shí)串聯(lián)、拓展、延伸，培養(yǎng)學(xué)生的歸納思維能力。2 .在運(yùn)用理論的過(guò)程中，可以進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)所學(xué)理論的理解和提高知識(shí) 的實(shí)際應(yīng)用能力。情感態(tài)度與價(jià)值觀1 .通過(guò)了解合成氨的全過(guò)程，可以激發(fā)學(xué)生愛(ài)科學(xué)、探索科學(xué)的熱情。2 .通過(guò)合成氨前景

4、的展望，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生體會(huì)化學(xué)學(xué)科中邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)深刻的科學(xué)美。重點(diǎn) 難點(diǎn)應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理選擇合成氨的適宜條件教學(xué) 方法講授法、小組討論法教學(xué) 用具電腦、白板教學(xué)過(guò)程教師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)期設(shè)計(jì)意圖新 課 引 入【引入】自1784年發(fā)現(xiàn)氨氣以后，人 們一直在研究如何利用化學(xué)方法由N2和Hb合成NH,但直到1913年才建成 了大型合成氨廠。合成氨的工業(yè)化生 產(chǎn)經(jīng)歷了如此漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。今天 我們來(lái)學(xué)習(xí)工業(yè)合成氨生產(chǎn)條件的選 擇?！景鍟炕瘜W(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化一一工 業(yè)合成氨【過(guò)渡】現(xiàn)在工廠合成氨氣，應(yīng)怎樣 選擇生產(chǎn)條件呢？【設(shè)問(wèn)】利用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平 衡移動(dòng)知識(shí)，從生產(chǎn)目的

5、、選擇的依 據(jù)和原則角度考慮這個(gè)問(wèn)題，選擇生 產(chǎn)條件的目的是什么？選擇生產(chǎn)條件 的依據(jù)是什么？回答：降低成本，提高 產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量討論后回答：選擇生產(chǎn) 條件的目的是加快速 率，提高產(chǎn)率。選擇生 產(chǎn)條件的依據(jù)為外界條 件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化 學(xué)平衡影響引入新課，激 發(fā)興趣。通過(guò)事例分 析指出本節(jié) 重點(diǎn)及學(xué)習(xí) 方法，明確學(xué) 生的學(xué)習(xí)方 向判斷 合成 氨反 應(yīng)能 否自 發(fā)進(jìn) 行【交流研討】合成氨反應(yīng)是一個(gè)可 逆反應(yīng)：N2(g)+3H 2(g)2NH(g)已知 298K 時(shí)， H=-92.2kJ - mol-1 S=-198.2J K mol-1請(qǐng)根據(jù)正反應(yīng)的焙變和嫡變分析298K下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)

6、行。學(xué)生討論分析反應(yīng)特占八、合成氨反應(yīng)為放熱、氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減少的可逆 反應(yīng)。 H-TAS=-92.2kJ - mol-1-298Kx (-198.2J K mol-1)v 0298K時(shí)，合成氨反應(yīng)是 可以自發(fā)進(jìn)行的。為討論合成 氨適宜生產(chǎn) 條件做準(zhǔn)備。 使學(xué)生體會(huì) 一般的研究 思路：第一步 是進(jìn)行化學(xué) 熱力學(xué)分析。 先判斷反應(yīng) 的方向，再利 用平衡移動(dòng)合成 氨反 應(yīng)的 限度【活動(dòng)探究】請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)合成氨反 應(yīng)的特點(diǎn)，利用影響化學(xué)平衡移動(dòng)的 因素，分析什么條件有利于氨的合 成？【板書】一、合成氨反應(yīng)的限度【講述】如圖2-4-3所示，在/、同反 應(yīng)溫度、壓強(qiáng)下反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，平衡 混合物中氨含量的測(cè)

7、定結(jié)果與上述理 論分析結(jié)果一致。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在一定的溫度、壓 強(qiáng)下，反應(yīng)物氮?dú)狻錃獾捏w積比為 1: 3時(shí)平衡混合物中氨的含量最高。學(xué)生討論回答：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)；N2、代的體 積比為1: 3時(shí)平衡混合 物中氨的含量最高。學(xué)生觀看圖2-4-3進(jìn)行 分析。原理分析如 何提高氨的 )重。IO0加60,40H? 20 1”圖 Z WI -向 v - 若o dn Nb .i 4t JMC枷中飆的;合成 氨反 應(yīng)的 速率【過(guò)渡】在尋找最佳的生產(chǎn)條件時(shí)， 除了考慮反應(yīng)的限度時(shí)，還需要研究 采取哪些措施來(lái)提高化學(xué)反應(yīng)速率。【板書】二、合成氨反應(yīng)的速率 【交流研討】1、

8、結(jié)合影響反應(yīng)速率的因素， 思考什 么條件能提高合成氨反應(yīng)的速率？2、實(shí)驗(yàn)表明，在特定條件下，合成氨 反應(yīng)的速率與參與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為 v =kc(N 2)c1.5(H2)c-1(NH3) 請(qǐng)你根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的濃度 對(duì)反應(yīng)速率由哪些影響？可以采取哪 些措施來(lái)提高反應(yīng)速率？3、請(qǐng)你根據(jù)卜表所給的數(shù)據(jù)分析催化 劑對(duì)合成氨反應(yīng)速率的影響：【補(bǔ)充】除此之外，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。學(xué)生分析回答：1、升高溫度增大壓強(qiáng)增大反應(yīng)物濃度使用催化劑2、增大M、H濃度，將 氨及時(shí)從混合氣中分離 出去3、分析卜表所給的數(shù)據(jù) 使用催化劑可使合成氨 反應(yīng)的速率提高

9、上萬(wàn)億 倍。表 2-4-1讓學(xué)生從整 體上對(duì)影響 化學(xué)反應(yīng)速 率的各種影條件Efi/KT - nol1確翱虻礴生無(wú)催化劑335使用鐵傕化劑167 4：分析。，1口氣700&)結(jié)合 生產(chǎn) 實(shí)際 選擇 合成 氨的 適宜 條件【板書】三、合成氨的適宜條件【交流研討】根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，應(yīng)分別采取什么措施提高反應(yīng)的 平衡轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率？請(qǐng)將你的建 議填入卜表。在合成氨生產(chǎn)中，達(dá)到高轉(zhuǎn)化率與高 反應(yīng)速率所需要的條件有時(shí)是相互矛 盾的。由理論分析再結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際(高 壓對(duì)設(shè)備材質(zhì)、加工制造的要求和所 需能耗多少、溫度對(duì)催化劑活性的影 響等)討論：既然降低溫度啟利于學(xué)生討論后完成卜表外界條 件使N

10、H生產(chǎn) 的多使NH生產(chǎn) 的快平衡分析速率分析壓強(qiáng)一高壓高壓溫度低溫高溫催化劑無(wú)影響使用反應(yīng)物 濃度增大增大生成物 濃度減小減小平衡向生成氨的方向移動(dòng)，那么生產(chǎn) 中是否溫度越低越好？既然增大壓強(qiáng)既可提高反應(yīng)速率， 又可提高氨的產(chǎn)量，那么在合成氨工 業(yè)中壓強(qiáng)是否越大越好？【講述】因此，選擇合成氨的條件時(shí)， 既不能片面地追求高轉(zhuǎn)化率，也不能 只追求高反應(yīng)速率，應(yīng)該尋找以較高 的反應(yīng)速率獲得適當(dāng)平衡轉(zhuǎn)化率的反 應(yīng)條件。止匕外，還應(yīng)該考慮原料的價(jià) 格、未轉(zhuǎn)化的合成氣的循環(huán)使用、反 應(yīng)熱的綜合利用等問(wèn)題。【總結(jié)】合成氨的適宜條件：選擇鐵做催化劑；反應(yīng)溫度在700K左 右；根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及 綜合

11、指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng)，大致分為低壓(1 X 107Pa)、中壓(2X 1073 X 107Pa)和高壓(8.5 x 1071 x 108Pa) 三種類型；n(N2): n(H2)=1 : 2.8。復(fù)習(xí)、整理關(guān)于化學(xué)反 應(yīng)的方向、限度和速率 的理論知識(shí)并查閱資 料回答：低溫雖然有利于平 衡向生成氨的方向移 動(dòng)，但低溫時(shí)反應(yīng)速率 低，所以生產(chǎn)中溫度不 是越低越好?？紤]到催 化劑活性，應(yīng)選擇適宜 的溫度。雖然增大壓強(qiáng)既可 提高反應(yīng)速率，又可提 高氨的產(chǎn)量，但是我們 應(yīng)該考慮到反應(yīng)器材 質(zhì)及綜合指標(biāo)來(lái)選擇 壓強(qiáng)，并非是越大越 好。通過(guò)交流研討 使學(xué)生體會(huì)這 是用理論解決 實(shí)際總是的一 個(gè)重要步驟， 而聶綜合

12、評(píng)價(jià) 熱力學(xué)與動(dòng)力 學(xué)的研究結(jié) 果，還必須考 慮實(shí)際工藝技 術(shù)等各方面因 素。歸納出合成氨 生產(chǎn)的適宜條 件，引導(dǎo)思考 的方向，結(jié)合 生產(chǎn)數(shù)據(jù)介紹 合成氨實(shí)際生 產(chǎn)條件，使學(xué) 生在解決實(shí)際 總是的過(guò)程中 進(jìn)一步加深對(duì) 所學(xué)理論的理 解。合成 氨的 生產(chǎn) 流程【板書】合成氨的生產(chǎn)流程11(1)原料氣的制備N2來(lái)自空氣，H來(lái) 自水中 CH+H2O=CO+32HCO+HO=CO+H2(2)凈化 消除造氣過(guò)程中夾帶著的雜 質(zhì)，防止催化劑中毒。(3)合成氨【知識(shí)拓展】簡(jiǎn)單介紹我國(guó)合成氨工業(yè)的發(fā)展情況。學(xué)生認(rèn)真聽講，觀看課 本合成氨工藝生產(chǎn)流 程圖。加深學(xué)生對(duì)化 工生產(chǎn)的了 解。讓學(xué)生了解我 國(guó)合成氨工業(yè)

13、 發(fā)展歷程，目 前我國(guó)合成氨 工業(yè)從生產(chǎn)能 力fn產(chǎn)量上都 位居世界前 歹U,對(duì)他們進(jìn) 行情感態(tài)度與 價(jià)值觀教育?！局R(shí)前沿】化學(xué)模擬生物固氮根瘤菌，生物固氨。常溫常壓卜進(jìn)行。成本低、轉(zhuǎn)化率局、效率局。模擬生物的功能，把生物的功能原理學(xué)生聽講，思考。讓學(xué)生了解科 學(xué)前沿和科技 發(fā)展動(dòng)態(tài)。用于化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)，借以改善現(xiàn)有的 并創(chuàng)造嶄新的化學(xué)工藝過(guò)程。課堂 小結(jié)結(jié)合理論依據(jù)和生產(chǎn)實(shí)際，適宜的合成氨條件為：鐵催化劑，700K,根據(jù)反應(yīng)器選擇壓強(qiáng)，n(N2): n(H，=1 : 2.8課堂 練習(xí)【大屏幕】1、氨的合成反應(yīng)，生產(chǎn)中 采用的適宜條件是()。A、低溫、高壓、適當(dāng)?shù)拇呋瘎㏑高溫、常壓C盡可能高溫

14、、高壓D適當(dāng)?shù)臏囟?、適當(dāng)?shù)母邏?、適宜催 化劑2、在合成氨工業(yè)中，為增加氨的日產(chǎn) 量，下列變化過(guò)程中不能使平衡向右 移動(dòng)的是()A、不斷將氨分離出來(lái)B、使用催化劑C、采用5000c左右的溫度D、采用2X 1075X 107Pa的壓強(qiáng)學(xué)生思考、回答1、選D2、選B學(xué)生分析解 答，進(jìn)一步加 深了本節(jié)課的 理論和認(rèn)識(shí)。板書設(shè)計(jì)：第4節(jié)化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化一一工業(yè)合成氨一、合成氨反應(yīng)的限度有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動(dòng)的影響因素：降低溫度、增大壓強(qiáng)、n(N»:n(H2)=1: 3二、合成氨反應(yīng)的速率有利于加快生成氨速率的影響因素：升高溫度、增大壓強(qiáng)、使用催化劑、增大反應(yīng)物濃 度、減小生成物濃度

15、。三、合成氨的適宜條件結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，適宜的合成氨條件為：鐵催化劑，700K,根據(jù)反應(yīng)器選擇壓強(qiáng)，n(N2): n(H2)=1 : 2.8課后反思：本節(jié)課的教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)較為合理，教學(xué)方法較為得當(dāng)，課堂互動(dòng)效果較好，三維目標(biāo) 基本落實(shí)，但也有所失。本節(jié)課為學(xué)生提供了關(guān)于合成氨反應(yīng)的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生就合成氨反應(yīng)的 熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)問(wèn)題分別進(jìn)行討論得出相應(yīng)結(jié)論?！敖涣餮杏憽钡沫h(huán)節(jié)學(xué)生進(jìn)行得較為 充分，不僅使學(xué)生了解如何應(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， 也使學(xué)生了解應(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。在理論分析基礎(chǔ)上， 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際選擇合成氨的適宜條件，引導(dǎo)學(xué)生綜合考慮合成氨生產(chǎn)中動(dòng)力、設(shè)備、材 料生產(chǎn)效率等因素，使學(xué)生認(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)。此環(huán)節(jié)中也有沒(méi) 有處理好的地方。合成氨適宜條件的選擇是一個(gè)綜合性很強(qiáng)的問(wèn)題，應(yīng)引導(dǎo)和指導(dǎo)學(xué)生 在課堂上