合成氨說課終稿模板

人工固氮技術(shù)——合成氨學(xué)情分析教法學(xué)法教學(xué)過程4教材分析123板書設(shè)計(jì)5第一頁第二頁，共29頁。一、教材分析課標(biāo)分析第二頁第三頁，共29頁。本節(jié)內(nèi)容在教材中地位和功能

功能通過對(duì)這些產(chǎn)品生產(chǎn)過程中一些基本問題的學(xué)習(xí)，可以幫助學(xué)生將所學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)建立有效的教學(xué)聯(lián)系，拉近實(shí)際生產(chǎn)過程與課堂教學(xué)之間的距離，有利于學(xué)生加深對(duì)化學(xué)、技術(shù)和社會(huì)相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)。地位硫酸（產(chǎn)品為液體）、純堿（產(chǎn)品為固體）和合成氨（產(chǎn)品為氣體）等屬于典型的基本化工產(chǎn)品，它們的生產(chǎn)是化學(xué)工業(yè)及其發(fā)展的基礎(chǔ)，而了解化工生產(chǎn)過程中的基本問題也是學(xué)習(xí)《化學(xué)與技術(shù)》選修課程的基礎(chǔ)。以“人類需要的物質(zhì)產(chǎn)品—化學(xué)反應(yīng)原理—生產(chǎn)過程及其發(fā)展”為線索構(gòu)建單元體系。第三頁第四頁，共29頁。教材內(nèi)容呈現(xiàn)第四頁第五頁，共29頁。1通過了解合成氨的全過程，激發(fā)學(xué)生愛科學(xué)、探索科學(xué)的熱情。2通過對(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，提升學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)的價(jià)值的認(rèn)識(shí)，以及合成氨對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的重要意義。3通過學(xué)習(xí)三廢處理增強(qiáng)環(huán)境意識(shí)，關(guān)心環(huán)境和能源。1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)的選擇與理論分析的差異;知識(shí)與技能

過程與方法情感態(tài)度與價(jià)值觀1了解合成氨的主要原理、原料、重要設(shè)備、流程。2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，分析合成氨的適宜條件。3能夠說出環(huán)境污染的主要方面及防止污染的一些措施。教學(xué)目標(biāo)第五頁第六頁，共29頁。教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)難點(diǎn)合成氨的反應(yīng)原理合成氨生產(chǎn)的適宜條件合成氨生產(chǎn)的適宜條件第六頁第七頁，共29頁。二、學(xué)情分析心理特征能力起點(diǎn)知識(shí)起點(diǎn)善于在產(chǎn)生的認(rèn)知沖突下接受新知識(shí)。有基本的歸納、總結(jié)、分析類比、遷移等能力在必修一中學(xué)生已經(jīng)對(duì)合成氨的原理有了一定的了解。已掌握氮對(duì)動(dòng)植物的重要性，生物中也掌握了生物固氮技術(shù)，以及化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理。第七頁第八頁，共29頁。三、教法學(xué)法教法----

1．情境激學(xué)法

2．講授法3．指導(dǎo)讀書法4．啟迪、歸納法學(xué)法----

1．討論交流法2．回顧舊知識(shí)

第八頁第九頁，共29頁。教學(xué)過程資料卡：在地殼中氮的含量只有0.04﹪，而在大氣中氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)為78﹪第九頁第十頁，共29頁。教學(xué)過程大氣中N2NH3尿素及動(dòng)植物遺體NO3-土壤中的微生物氮素化肥NO3-第十頁第十一頁，共29頁。教學(xué)過程P9思考與交流問題1.哪一種自然過程可能會(huì)成為工業(yè)化生產(chǎn)過程?

問題2.人工固氮為什么選擇了合成氨？第十一頁第十二頁，共29頁。工業(yè)合成氨的反應(yīng)原理教學(xué)過程N(yùn)2(g)+3H2(g)2NH3

(g)(放熱)高溫高壓催化劑

(1體積)(3體積)(2體積)特點(diǎn)：a、可逆反應(yīng)b、正反應(yīng)為放熱反應(yīng)c、正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)。d、反應(yīng)需要有催化劑才能較快的進(jìn)行。第十二頁第十三頁，共29頁。教學(xué)過程合成氨反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)（正反應(yīng)為放熱反應(yīng)）條件使NH3生成得快（從反應(yīng)速率分析）使NH3生成得多（從化學(xué)平衡分析）濃度壓強(qiáng)溫度催化劑高溫高壓催化劑增大反應(yīng)物濃度高壓高溫使用催化劑增大反應(yīng)物濃度減小生成物濃度高壓低溫?zé)o影響矛盾第十三頁第十四頁，共29頁。

增大反應(yīng)物的濃度可以增大反應(yīng)速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動(dòng)。從化學(xué)平衡的角度分析，在氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量比為1：3時(shí)，平衡轉(zhuǎn)化率最大，但是實(shí)驗(yàn)測得適當(dāng)提高N2的濃度，即N2和H2的物質(zhì)的量比為1：2.8時(shí)，更能促進(jìn)氨的合成。

實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法：使用過量的氮?dú)?，及時(shí)將氣態(tài)氨冷卻液化分離出去；及時(shí)將氮?dú)夂蜌錃庋h(huán)利用，使其保持一定的濃度。1、濃度怎么定？N2

和H2的比例怎么定？教學(xué)過程第十四頁第十五頁，共29頁。

①合成氨反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣體反應(yīng)，增大壓強(qiáng)既可以增大反應(yīng)速率，又能使平衡正向移動(dòng)，所以理論上壓強(qiáng)越大越好。

②但是壓強(qiáng)越大，對(duì)設(shè)備的要求高、壓縮H2和N2所需要的動(dòng)力大，因此選擇壓強(qiáng)應(yīng)符合實(shí)際科學(xué)技術(shù)。我國中型及大部分小型合成氨廠，采用中壓法氨合成流程，操作壓力在32MPa左右。綜合以上兩點(diǎn):根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來選擇壓強(qiáng),10~30MPa。2、壓強(qiáng)怎么選？教學(xué)過程第十五頁第十六頁，共29頁。A201(含Co)與A110（普通）活性對(duì)比20MPa30,000h-1結(jié)論：控制溫度在450℃左右催化劑不同反應(yīng)溫度下出口處NH3濃度(%)400℃425℃450℃475℃500℃A201(福建)19.5522.0422.1120.2017.32A110_318.4520.8721.4119.5317.13A201(應(yīng)山)19.8221.8722.1220.2017.54A110_618.2320.7521.3419.6017.35教學(xué)過程3、溫度怎么選擇？第十六頁第十七頁，共29頁。條件△E/KJ/molK(催)/k(無)無催化劑3353.4×1012(100k)使用Fe催化劑167使用催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率提高上萬億倍。4、使用催化劑？實(shí)際生產(chǎn)中選用鐵為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在450℃時(shí)活性最高。經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益要求化學(xué)反應(yīng)速度要快，原料的利用率要高，單位時(shí)間的產(chǎn)量要高。教學(xué)過程第十七頁第十八頁，共29頁。由于反應(yīng)后氣體中氨含量不高，一般只有10%~20%，將未反應(yīng)的氫氮?dú)庋h(huán)的流程工業(yè)合成氨的反應(yīng)條件1）濃度：N2和H2的物質(zhì)的量比為1：2.8的投料比,氨及時(shí)從混合氣中分離出去將未反應(yīng)的氫氮?dú)庋h(huán)的流程2）溫度：400~500℃；3）高壓:10MPa~30MPa；4）催化劑(加快反應(yīng)速率)：鐵觸媒教學(xué)過程第十八頁第十九頁，共29頁。教學(xué)過程1、主要流程：合成氨工業(yè)簡述原料氣的制取凈化壓縮合成分離液氨第十九頁第二十頁，共29頁。教學(xué)過程制氫氣:水蒸氣CO+H2CO2+H2H2

熾熱碳H2O(氣)分離出CO2

C(S)+H2O(g)CO(g)+H2(g)2、原料氣制?。褐频?dú)?空氣壓縮碳液態(tài)空氣N2(先逸出)物理方法蒸發(fā)CO2(+N2)N2化學(xué)方法

分離出CO2CH4+H2O

3H2+CO

CH4+2H2O

4H2+CO2催化劑催化劑第二十頁第二十一頁，共29頁。想一想:現(xiàn)在的原料氣能否可以直接用于生產(chǎn)氨？為什么？CO,CO2和H2SNH3·H2O+H2S=NH4HS+H2SCO+H2O=CO2+H2K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3制取原料氣的過程中常混有的氣體雜質(zhì)有__________注：催化劑的中毒：因接觸雜質(zhì)而使失去催化活性的過程。所以要出去原料氣中的雜質(zhì)。一般用稀氨水來吸收H2S；把CO氧化成CO2再用K2CO3溶液來吸收CO2凈化教學(xué)過程3、原料氣凈化：第二十一頁第二十二頁，共29頁。壓縮機(jī)、合成塔熱交換過程氨的分離循環(huán)操作過程流程演示4、氨的合成與分離教學(xué)過程第二十二頁第二十三頁，共29頁。第二十三頁第二十四頁，共29頁。合成氨工業(yè)的發(fā)展1．原料及原料氣的凈化原料氣之一的氮?dú)鈦碜訽______，目前氫氣主要通過不同的______態(tài)(煤和焦炭)、_____態(tài)(石油中提煉的石腦油、重油)、______態(tài)(天然氣、焦?fàn)t氣)可燃物為原料制取。2．催化劑的改進(jìn)多年來一直用________作催化劑，目前有采用____為基礎(chǔ)活性物質(zhì)的新型催化劑?？諝夤桃簹獯盆F礦釕教學(xué)過程第二十四頁第二十五頁，共29頁。3．環(huán)境保護(hù)(1)廢渣：主要是煤渣和炭黑，可用作肥料的原料和建筑材料(2)廢氣：主要是_______和________等有害氣體，對(duì)H2S的處理，可用___________法(選擇性催化氧化)、_______法(用溶劑吸收濃縮)，CO2可用來生產(chǎn)尿素和碳銨等。(3)廢液：主要是含_________和含氨的污水，處理含氰化物污水主要有______、加壓水解、氧化分解、_______沉淀、反吹回爐等方法。處理含氨廢水可用蒸餾的方法回收，也可用_____________治理。H2SCO2直接氧化循環(huán)氰化物生化化學(xué)離子交換法第二十五頁第二十六頁，共29頁。五、板書設(shè)計(jì)人工固氮技術(shù)——合成氨一、合成氨的反應(yīng)原理1、方程式：N2（g）＋3H2(g)2NH3（g）（ΔH<0）（ΔH=—92.4kJ/mol）⒉合成氨的適宜條件⑴濃度：N2過量；⑵溫度：400~500℃；⑶高壓：10~30MPa；⑷催化劑：Fe二、合成氨的基本過程1.制備原料氣：N2主要來源于空氣（因?yàn)榭諝庵械獨(dú)獾暮孔罡撸〩2主要來源于水和碳?xì)浠衔顲+H2O高溫CO+H2CH4+H2O高溫3H2+CO；CH4+2H2O高溫4H2+CO22.原料氣的凈化NH3?H2O+H2S=NH4HS+H2OCO+H2OCuO,高溫

CO2+H2；K2CO3+CO2+H2O=2KHCO33.氨的合成與分離三、合成氨的工業(yè)發(fā)展第二十六頁第二十七頁，共29頁。番茄植株圖片自然固氮?jiǎng)討B(tài)圖情景線問題線活動(dòng)線知識(shí)線目標(biāo)線P9思考與交流材料科學(xué)家哈伯的研究歷程表格合成氨的工業(yè)流程圖氨的合成塔剖面圖合成氨的生產(chǎn)流程圖自然界中植物所吸收的氮是通過什么途徑得來的？思考并回答：根瘤菌固氮雷雨固氮固氮的含義及三種固氮方式發(fā)展學(xué)生形象思維培養(yǎng)學(xué)生歸納思維能力1.哪一種自然過程可能會(huì)成為工業(yè)化生產(chǎn)過程?2.人工固氮為什么選擇了合成氨？閱讀材料結(jié)合已有知識(shí)回答工業(yè)合成氨的反應(yīng)原理了解工業(yè)合成氨的反應(yīng)原理及其選擇合成氨的原因，激發(fā)學(xué)生愛科學(xué)、探索科學(xué)的熱情氨的合成反應(yīng)方程式看起來十分簡單，為什么合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)會(huì)經(jīng)歷如此漫長的過程？分析合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)工業(yè)合成氨的反應(yīng)原理認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的價(jià)值以及合成氨對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的重要意義合成氨需要怎樣的特殊生產(chǎn)條件？1.濃度怎么定？N2和H2的比例怎么定？2.壓強(qiáng)怎么定？3.溫度怎樣選擇？4.選擇什么樣的催化劑？從反應(yīng)速率和化學(xué)平衡得出矛盾體，分析得出工業(yè)合成氨的適宜條件化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素化學(xué)平衡的影響因素合成氨反應(yīng)的適宜條件了解應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理分析化工生產(chǎn)條件的思路和方法理解如何應(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，體驗(yàn)實(shí)際生產(chǎn)的選擇和理論分析的差異能說明工業(yè)生產(chǎn)中加快反應(yīng)、提高原料利用率的一些措施和方法節(jié)約能源工業(yè)合成氨首先要做的是什么？原料氣體是怎么制備的呢？制備的原料氣是否可以直接用于合成氨？為什么？通過預(yù)習(xí)回答問題，寫出化學(xué)反應(yīng)方程式分析氣體制備