高中化学-第4节化学反应条件的优化-工业合成氨教学设计学情分析教材分析课后反思

1、教学设计第4节化学反应条件的优化工业合成氨学习目标.知道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。.初步学会应用化学原理选择化工生产条的思想和方法。（难点）.形成用辩证唯物主义观点（对立统一的观点）看待物质、看待世界的习惯。重点难点重点：知道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。 难点：初步学会应用化学原理选择化工生产条的思想和方法。教学方法自主学习合作交流教学用具多媒体教学过程教师活动学生活动设计意图新 课 引 入【复习回顾】我们前面学习了化学 反应方向和限度，化学反应速率的 知识，首先对前三节的知识进行简 单复习提名让学生回答，并点评指导把复习回顾内容用

2、于分析合成氨反应指导学生阅读学习目标图片导入氮肥，引入合成氨阅读一篇小文章，引入氨从发现到 工业化生产为什么耗时那么长？【板书】化学反应条件的优化工业合成氨【引导】氨从发现到工业化生产为 耗时那么长是因为要综合考虑的 问题比较多复习回顾导入新知拓宽思路II1 - 1化学反应速率化学平衡 J温度谖信通高，反应谗率 藕大升高建屋,平衡向般超 方向喜就气体也强年播施大，反应速率篇 大增大国痛一平御向气态糊旗系 殁成小的方向程动催化剂正催把笊加快反应蓬 +偎化制就平曲无呼8浓度反应物采阻孤大扳拄 速率策大增人反矗物浓度平X正向移动/口述填写表格观看本节学习目标阅读文草学生回答：化学反应限度、速率、能耗

3、、环保学生听讲1化学反*原料选择_1原原理.条件的选择化工，生产外界能源消耗制 设符给构.考忠j企嚏环境保护，景f社会效益引出目的：多、快、好、省判断合成 氨反应能 否自发进 行合成氨反应是一个可逆反应： N2(g)+3H 2(g)=? 2NH 3(g)已知 298K 时， H=-92.2kJ mol-1 S=-198.2J K-1 mol-1 根据正 反应的烙变和嫡变分析 298K下合 成氨反应能否自发进行。从始变角度考虑容易自发进行， 但 从嫡变角度考虑又出现矛盾 ？如何 考虑呢？【板书】合成氨反应的方向 H-TAS0 能自发进行学生讨论分析反应特点：合成氨反应为放热、气态物质系数减少的可

4、逆反应。复合判据 H-T S=-92.2kJ mol-1-298K x (-198.2J K-1 mol-1) 0298K时，合成氨反应是可以自发进行的。合成氨虽然 客观上是真 实发生的， 但我们如何 从理论上来 断定它确实 可行，为讨 论合成氨适 宜生产条件 做准备。使 学生体会一 般的研究思 路：合成氨反应的限度引导学生从多开始探讨反应条件 【活动探究】请同学们根据合成氨 反应的特点，利用影响化学平衡移 动的因素，理论分析什么条件有利 于氨的合成？【板书】一、合成氨反应的限度【点拨】给与数据资料支持，如图 2-4-3所示，在不同反应温度、压 强下反应达平衡时，平衡混合物中 氨含量的测定结果

5、与上述理论分 析结果一致。老师分析温度的影响，引导学生分 析压强的影响。再现资料引出N2、H2的体积比问 题。进一步研究发现，在一定的温度、 压强下，反应物氮气、氢气的体积 比为1: 3时平衡混合物中氨的含 量最高。学生理论分析，讨论回答：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的体积比为1: 3时平衡 混合物中氨的含量最高。学生观看图2-4-3进行分析。1005W，80 的.60 .50 40J0 20 -10M X。300 3的 400 4T 5006009用2TT 平街尚存何中城的含*与温度.战强的美鬃 学生观看下图进行分析N2、H2的体积比对平衡的影响。理论应用于

6、 实践，使用 化学平衡移 动原理分析 如何选择条 件，提高氨 的产量。提 供数据、图 表等资料， 检验一下理 论的正确 性，培养学 生主动应用 列夏特勒原 理的主动 性。 *匚 MJitar ,中标* a y合成氨反应的速率【过渡】在寻找最佳的生产条件 时，除了考虑多，还要考虑快的问 题。【板书】二、合成氨反应的速率【过渡】1.根据已知，不难得出以下结论， 定量研究时影响程度又会多大 呢？讨2,实验表明，在特定条件下，合成氨 反应的速率与参与反应的物质的 浓度的关系为v=kc(N 2)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

7、高反应速率？.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：.那么如何从微观上解释外界条 件对化学反应速率的影响呢？ 对，碰撞理论！依次展示直观图片学生分析回答：1、升高温度增大压强增大反应物浓度使用催化剂2、增大N2、H2浓度，将氨及时从混合气中 分离出去3、分析下表所给的数据使用催化剂可使合成 氨反应的速率提高上万亿倍。表 2-4-1 蟠催化剂对合成氨反应速率的影响条件Ea/KJ moHkf催阳无无催化剂335X4X lOTOOIt)使用R催化剂1674.单位时间内有效碰撞的次数越多, 化学反应 速率越快。比如浓度增大时对速率的影响， 看 图理解结论。【板书】三、合成氨的适宜条

8、件【总结】根据合成氨反应的特点,应分别采取什么措施提高反应的结合生产平衡转化举和反应速举/将前回实际选择的论述汇总在一起。观察到矛盾的合成氨的一致性和对立面。适宜条件在合成氨生产中，达到高转化率与高反应速率所需要的条件有时是 相互矛盾的。由理论分析再结合生 产实际(高压对设备材质、加工制-4外界条件代瘦承 事相;T1I使也在成的快温度衽温士出0 0厘强高压高压催化剂反应物的浓度丸善峭增大海度使用增大浓度生成曲的浓度诚小浓度减小浓度观察表格，体会矛盾的一致性和对立面。让学生从整 体上对影响 化学反应速 率的各种影 响进行定性 分析，定量 分析。理论 到实践，宏 观到微观全 方位理解。合成氨的生产

9、流程造的要求和所需能耗多少、温度对 催化剂活性的影响等）提供交流研 讨的问题。交流的内客词没问簿词论推黑L降低震序箱料于平用向生 球翻的方向痔动，那么生产 中工舍工红是瓜翼好？ft?2.事大金株可提茂反血逋乂司宜曲户小心 存R成也工叩中耳力芽青熊入Kfl?3.嘏化剂时ft学平衡的尊的 祖自塞在合成乱L他中餐 不援使用催优摘，为忖丸T-学生分析温度，一起分析压强, 催化剂一带而过，提供小贴士和 资料支持：4、浓度怎么定？ N2和H2的比例 怎么定？靴台都及m程示意即【点拨】师生：讨论得出选择适宜 生产条件的原则：（i）既要注意外 界条件对二者影响的一致性， 又要 注意对二者影响的矛盾性。（2）既

10、 要注意温度、催化剂对速率影响的 一致性，又要注意催化剂对温度的 限制。（3）既要注意理论上的需要， 又要注意实际可能性。【总结】合成氨的适宜条件:【过渡】理论到实践，我们看一下 合成氨工艺生产流程图。【引导】引导学生自主学习，提出复习、整理关于化学反应的方向、限度和速率的理论知识并逐条分析：-学生分析温度低温虽然有利于平衡向生成氨的方 向移动，但低温时反应速率低，所以生 产中温度不是越低越好。考虑到催化剂 活性，应选择适宜的温度使催化剂的活 性最大。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）。虽然增大压强既可提高反应速率，又 可提高氨的产量，但是我们应该考

11、虑到 反应器材质及综合指标来选择压强，并 非是越大越好。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。实际生产中压强一般选择 在200500大气压之间。（3）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。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。（4）实际生产中的处理方法：及时将 气态氨冷却液化分离出去；及时将氮气 和氢气循环利用，使其保持一定的浓 度，即N2和H2的物质的量比为1： 2.8学生阅读，观看课本合成氨工艺生产流 程图。通过交流研讨使 学生体会理论用 于实践的重要步 骤，需要综合评价 速率与限度的

12、研 究结果，还必须考 虑实际工艺技术 等各方面因素。归纳出合成氨生 产的适宜条件，引 导思考的方向，结 合生产数据介绍 合成氨实际生产 条件，使学生在解 决实际问题的过 程中进一步加深 对所学理论的理 解。体会理论到实 践的过程的曲折 性，形成正确的科 学探究态度。加深学生对化工 生产的了解。让学生了解我国查阅资料，拓展提高。合成氨工业发展 历程，目前我国合 成氨工业从生产 能力和产量上都 位居世界前列，进 行情感态度与价 值观教育。一些亮点，比如热交换器的作用。 真实工艺更复杂，涉及诸多工艺 段。体会工业生产的不易。【知识拓展】同学们可以自主查阅 资料了解我国合成氨工业的发展 情况。优化工业

13、合成氨条件的思路和方法:课堂小结t总结】1P芹腓&腐耳占电下用 M网脑：顺.我，取 蚯瞬餐，!三脸修Mm课堂练习学以致用在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O 2(g) 一 2SO3 (g) HV0试回答：(1)在生产中常用过量空气的原因 是什么？(2)实际生产的控制温度为400500 ,为什么？(3)工业生产上采用常压而非高 压，为什么？学生思考、回答展现迁移应用能力当堂达标 学生分析解答，进一步加 深了本节课的理论和认识。【过渡】正如在优化合成氨的过程中我们需要处理矛盾，看到矛盾的双面性，在认识任何人和 事时，都是这样。【升华】带领学生阅读弗里茨？合伯-天使与魔

14、鬼的化身的文章，体会人、事、物的双面性，形 成客观看世界的眼界，用辩证唯物主义观点(对立统一的观点)看待物质、看待世界。正强latmIDatm1也|：“应力融化率97.景渊.2%的.7板书设计：第4节化学反应条件的优化 一一工业合成氨合成氨反应的方向 H-TAS0能自发进行一、合成氨反应的限度低度、高压、n(N2)： n(H2)=1 ： 3二、合成氨反应的速率高温、高压、使用催化剂、增大反应物浓度、减小生成物浓度v =kc(N 2)c1.5(H2)c-1(NH3)三、合成氨的适宜条件结合生产实际：铁催化剂，700K,根据反应器材质、动力设备选择压强，n(N2)： n(H2)=1: 2,8学情分

15、析高二的学生逻辑思维能力已经非常强了， 经过高一的学习，归纳 总结、分析综合能力进一步发展；经通过对第2章前3节内容：化学 反应的方向、化学反应的限度、化学反应的速率的学习，我们穿插进 行探究的催化剂对反应的影响，碰撞理论对化学反应速率的解释的学 习，学生对于化学反应的理论知识有了一定的认知，这些基本知识和基本能力为本节课的学习奠定了基础。因而在本节内容的学习过程中 注重引导学生对问题的分析探究，回忆旧知，讨论归纳，总结提升。 基于学情，依据新课程理念，结合教学内容特点，以学生为主体，采 取自主学习与启发情境教学相结合，引导学生从问题出发，组织引导 学生通过分析问题、自主学习、交流研讨、合作探

16、究等活动，提高课 堂的效率，选择合成氨的适宜条件，推而广之，形成应用化学原理选 择化工生产条的思想和方法。效果分析利用上课前的晚自习时间将学案发给学生，安排任务：包括根据学案利用课本预习基本理论知识，还包括充分利用我们学校的硬件资 源，利用每个教室里的电脑，鼓励学生课余查阅资料，了解哈伯，了 解工业合成氨的历史发展和现状，以及未来的发展方向。多数同学预 习的非常充分。课堂上引导学生积极回忆，主动求助，参与讨论，学 生主动参与活动的意识非常高，但鉴于班里多数孩子性格偏内向，发 言时的音量不够大，需要多多锻炼。总体感觉师生关系比较和谐，配 合比较默契，能够完成学习目标。达到了我预设的目标，首先对于

17、基 础比较薄弱的同学，通过本节课的学习能够起到复习回顾前 3节内容 的目的；中等程度以及程度较好的同学能够内化我们涉及到的分析问 题的思路和方法，提升分析问题的能力。每一个学生都在看物质、看 世界的眼界上有所提升。在以后的师生活动中需要从以下方面多下功夫：1.多多研究和尝 试不同的教学组织形式，提高教学的灵活性。比如本节课可以设计成 学生做老师的形式来进行，既然学校了由充足的硬件资源，可以充分 调动学生的积极性，把总的教学任务划分成块，分配给不同的小组， 让各个小组来个大比武，教师做嘉宾或评委，对学生工作进行评价， 有问题的地方指正 评出个一二三等，给与表扬。2.对于这节课我 感觉理解内化重于

18、记忆，但是最终还是要落实到纸上，怎么精选习题， 采用什么方式检查落实情况一直是困扰我的地方，我争取多向有经验 的组内老师学习，抓好落实。教材分析本节教材内容第2章第4节化学反应条件的优化-工业合成氨， 安排在化学反应的方向、化学反应的限度、化学反应的速率内容之后，是对前3节的理论知识的总结应用，体现了化学反应速率和化学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，能进一步加深对所学理论的理解。本节内容脉络清晰，先论证合 成氨反应的现实性，再从合成氨反应的限度方面选择反应条件， 最后 从合成氨反应的速率方面确定反应条件，权衡限度和速率优化合成氨 的反应条件，进而了解合成

19、氨的生产工艺流程，探索合成氨的发展前 景，拓展学生的视野，这是一条明线。暗线就是让学生认识科学探究 的历程是曲折的，树立科学的探究精神；认识到矛盾的存在，学会权 衡利弊，找到矛盾解决的平衡点；看待事物应一分为二，合成氨既让 哈伯成为了制造面包的圣人也让他成为了魔鬼的化身。 掌握知识、发 展能力与思想提升共同提高，是我们的一个目标。观评记录毛维臣老师：教态得体大方，教学基本功扎实。教学目标明确， 做到目标先行，且整节课中紧扣目标，最后又回扣目标，目标导学法 应用自如。首先对前3节内容进行复习回顾，符合学生的认知规律， 并且创设疑问，激发学生的学习兴趣，充分调动学生的积极性，学生 参与的积极性较高

20、，教师的讲解细致，不断抽丝剥茧，丝丝相扣，条 分缕析的引导学生通过复习回顾，采用数据资料来支持本节课的教学， 基本内容授课完毕后注意学以致用，选题工业制硫酸中非常重要的一 个反应为背景比较适当。最后的升华文章比较好，体现学科素养，而 且整节课也是不断渗透哲学观点，课堂结构完整。如果能用一些视频， 增强教学的直观性就更好了。隋静老师：教师学习目标设计合理，在教学过程中面向全体学生， 关注个别学生，不断引导学生积极思考，鼓励学生独立思考，自主回 忆旧知，引导学生合作交流研讨，对于不确定的问题积极求助，注重 学习方法的引导，传递了不同的学习策略，同时每个问题给出之后都 给学生思考的时间，体会新知的形

21、成过程，明显感觉到是在授渔而非 授鱼。感觉整堂课用力平均，重点再突出一些就更好了。潘红敏老师：本节课教学目标设置的非常合理， 在整个教学过程 中紧紧围绕教学目标进行，看似简单的一节内容，最终呈现出来的是 课堂内涵丰富的一节课。整节课的教学环节清晰，理论分析，数据支 持，实践检验，语言简练，学生能积极参与课堂，从最后的学以致用 检测来看，课堂效果好。整节课体现了掌握知识与发展思想相结合的 教学思想。评测练习【复习】外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响 ？外界条件化学反应速率化学平衡温度()气体压强催化剂浓度【学以致用】在硫酸工业中，通过下列反应使 SO2氧化成SO3： 2SO2(g)+O2(g

22、) 2SO3(g)AH0试回答：(1)在生产中常用过量空气的原因是什么 ？(2)实际生产的控制温度为400500 C,为什么？（3）工业生产上采用常压而非高压，为什么 ？（下图为450c的反应结果）压强latmlOatrnlOOatmso2转化率97. 2%99. 2%99. 7%【当堂检测】.工业上合成氨一般采用700K左右的温度，其原因是（）适当提高氨的合成速率提高氢气的转化率提高氨的产率催化剂在700K时活性最大A.只有 B. C.D.下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是（）A.使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨B.常压比高压条件更有利于合成氨的反应C. 700

23、K左右比室温更有利于合成氨的反应D.合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率.恒温下，将amolN2与bmolH 2的混合气体通入合成塔中，反应:2NH3(g)N2(g)+3H 2(g)(1)若反应进行到某时刻t时，nt(N2)=13mol, nt(NH3)=6mol,则a 的值为 mol;(2)反应达平衡时，混合气体的体积为 716.8L(标准状况下)，其中NH3的含量(体积分数)为25%。则原混合气体中，a：b=。.合成氨中，原料气(N2、H2及少量的CO、NH3混合气)在进入合 成塔前常用醋酸二氨合铜溶液来吸收原料气中的CO,其反应是：Cu(NH 3)2Ac+CO+NH 3Cu(NH 3)3Ac . CO H0(1)醋酸二氨合铜吸收CO的生产适宜条件应是(T、P)(2)吸收CO后的醋酸铜氨液经过适当处理又可再生，恢复其吸收 的CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨液再生的生产适宜条件应 是。 (T、P)课后反思本节课的重点是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，教学主旨是使学生了解应用化学反应原理选择化工生产 条件的思路和方法，初步形成从多方面综合思考问题的意识。在教学设计中依据学生的已有知识基础， 设计课堂教学，较好的 完成了教学目标，教学过程符合学生的认知