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合成氨条件的选择-教学教案

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教学目标

知识目标

  使学生理解如何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;使学生了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。

能力目标

  培养学生对知识的理解能力,及理论联系实际的应用能力和分析问题、解决问题的能力。

情感目标

  通过学生领悟理论知识对生产实践的指导作用,使学生树立理论和实践相结合的思想认识;并通过知识的运用培养学生的创新精神和科学方法。


教学建议

教材分析

  本节教材体现了化学反应速率和平衡移动原理等理论对工业生产实践的指导作用,同时在运用理论的过程中,也可进一步加深学生对所学理论的理解。
  教材分为两部分:第一部分主要是通过讨论引导学生运用化学反应速率和化学平衡原理等知识,并考虑合成氨生产中动力、设备、材料等的实际情况,合理地选择合成氨的生产条件。第二部分是拓宽思路方面的内容,主要是探讨合成氨的发展前景。
  在第一部分内容中,教材针对合成氨的反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应,首先要求学生利用已学过的知识,讨论为使合成氨的化学反应速率增大所应采取的方法。在此基础上,又据实验数据讨论为提高平衡混合物中  的含量所应采取的方法。在两个讨论的基础上,教材又结合合成氨生产中动力、材料、设备、催化剂的活性等实际情况,较具体地分析了合成氨时压强、温度、催化剂等的选择情况。此外,还结合合成氨生产过程示意图,简单提及浓度等条件对合成氨生产的影响,以及原料的循环使用等问题,以使学生理解合成氨条件的选择应以提高综合经济效益为目的。
  第二部分教学在第一部分的基础上讨论合成氨的发展前景,拓宽学生的思路,主要目的不在于知识本身,而更多地应侧重于培养学生的创新精神和训练科学方法。

教学建议
    第一部分“合成氨条件的选择”的教学:

  1.提出问题:针对合成氨的反应,首先需要研究如何在单位时间里提高  的产量,这是一个化学反应速率问题。
  2.复习提问:浓度、压强、温度、催化剂对化学反应速率影响的结果。
  3.组织讨论:
  ①为使合成氨的反应速率增大,应采取的方法。
  ②合成氨反应是可逆反应,在实际生产中,仅仅考虑单位时间里的产量问题(化学反应速率问题)还不行,还需要考虑如何最大限度地提高平衡混合物中  的含量问题(化学平衡的移动问题)。
  ③针对合成氨的反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应,要求学生利用已学过的知识,讨论为最大限度地提高平衡混合物中  的含量所应采取的方法。
  4.阅读图表实验数据印证理论:学生通过阅读表2-4的实验数据可知,应用平衡移动原理得出的结论与科学实验的结果是完全一致的,这会大大提高学生的学习兴趣。
  5.综合上面的讨论情况,同时综合考虑合成氨生产中动力、设备、材料等的实际情况,具体地研究合成氨条件的选择问题。此外,要结合合成氨生产过程示意图,简单提及浓度对合成氨生产的影响以及原料的循环使用等问题,以使学生理解合成氨条件的选择应以提高综合经济效益为目的。

   教师可结合讨论过程,让学生进行归纳。   

压强

温度

催化剂

浓度

为增大合成氨的反应速度

增大

升高

加入

增加 的浓度

为提高平衡混合物中 的含量

增大

降低

 

减小平衡混合物中 的浓度

实验生产中

20Mpa-

50MPa

500℃左右

铁触煤(500℃左右时活性最大)

使气态 变为液态 并及时从平衡混合物中分离出去,及时补充

   第二部分“合成氨工业发展前景”的教学

  1.以史明理:从介绍18世纪末到20世纪初这100多年里合成氨工业的发展简况入手,以压强选择的变化为例,说明合成氨条件的选择是与科技进步、动力、材料、设备等条件的改善紧密相联系的,并仍将随之而作相应的改变。
  2.目前研究课题简介:结合简介,可向学生提出一些问题,启发学生思考,拓宽学生的思路,使学生的科学方法得到训练,如研究催化剂的目的是什么?新催化剂的研制成功,使合成氨反应可在较低温度下进行,是否会减缓合成氨生产中对压强的要求而减少设备制造的投资?等等。
   配合目前研究课题的简介,教材编写有“化学模拟生物固氮”的阅读材料,可让学生阅读,要求学生拓宽思路、设想甚至想象。
教学设计示例
第三节 合成氨条件的选择

教学目标

知识目标:

  1.使学生理解如何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。

  2.使学生了解应用化学原理选择化工厂生产条件的思路和方法。

能力目标:

  1.  教学时应以化学反应速率和化学平衡原理为主线,以合成氨知识为中心,结合工业上生产的实际情况,将知识串联、拓展、延伸,培养学生的归纳思维能力。

  2.  在运用理论的过程中,可以进一步加深学生对所学理论的理解和提高知识的实际应用能力。

情感目标:

  1.通过了解合成氨的全过程,可以激发学生爱科学、探索科学的热情。

  2.通过合成氨前景的展望,激发学生学习兴趣,使学生体会化学学科中逻辑结构严谨深刻的科学美。

教学过程

  学生按照自学提纲先自学约15分钟,后教师集中讲解25分钟,巩固训练10分钟。

  自学提纲:

  1.影响化学反应速率的因素有哪些?是如何影响的?

  2.影响化学平衡的条件有哪些?是如何影响的?

  3.应用化学平衡原理,分析反应:
(正反应放热)

  要制得更多的 ,可以采用哪些措施?

  就以上3个问题,教师可组织学生认真的讨论。然后,教师集中讲解。

合成氨条件的选择

 

1体积   3体积         2体积(正反应放热)

参看课本P49的表2—5。

  1.压强。增大压强,有利于 的合成,但在实际市产中,压强不可能无限制的增大,因为压强越大,需要的动力越大,对材料的强度和设备的制造要求也越高,势必增大生产成本,降低综合经济效益。因此,受动力、材料、设备等条件的限制,目前我国合成氨厂一般采用的压强是

  2.温度。合成氨为放热反应,低温有利于氨的生成。但是温度越低,反应速率就慢,到达平衡所需要的时间越长,因而单位时间内产量低,这在工业生产中是很不经济的。综合考虑各种因素,在实际生产上,采用500℃的温度,此时催化剂的活性最大。

  3.催化剂。由于 分子非常稳定, 的化合十分困难,即使采用了加热与高压的条件,合成氨的反应还是十分缓慢。为了加快化合反应速率,降低反应所需要的能量,合成氨工业普遍使用铁触媒作催化剂。

  在实际生产中,不断补充 (增大反应物浓度),采取迅速冷却的方法(减小生成物浓度),使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去,以促使化学平衡不断地向着生成 的方向移动。

  合成氨工业

  (一)合成氨工业

1.原理  

  

2.生产过程简介(出示挂图或模型)

  (1)原料气的制备: 来自空气, 来自水中

    

   

  再通过 水除

    

  得原料气 

  (2) 的合成:见课本第50页图2—14。

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