合成氨说课终稿

人工固氮技术——合成氨李静人工固氮技术——合成氨学情分析教法学法教学过程4教材分析123板书设计5一、教材分析课标分析本节内容在教材中地位和功能

功能通过对这些产品生产过程中一些基本问题的学习，可以帮助学生将所学化学基础知识与实际生产建立有效的教学联系，拉近实际生产过程与课堂教学之间的距离，有利于学生加深对化学、技术和社会相互关系的认识。地位硫酸（产品为液体）、纯碱（产品为固体）和合成氨（产品为气体）等属于典型的基本化工产品，它们的生产是化学工业及其发展的基础，而了解化工生产过程中的基本问题也是学习《化学与技术》选修课程的基础。以“人类需要的物质产品—化学反应原理—生产过程及其发展”为线索构建单元体系。教材内容呈现1通过了解合成氨的全过程，激发学生爱科学、探索科学的热情。2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调控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，以及合成氨对人类社会发展的重要意义。3通过学习三废处理增强环境意识，关心环境和能源。1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，体验实际生产的选择与理论分析的差异;知识与技能

过程与方法情感态度与价值观1了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程。2使学生理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。3能够说出环境污染的主要方面及防止污染的一些措施。教学目标教学重难点重点难点合成氨的反应原理合成氨生产的适宜条件合成氨生产的适宜条件二、学情分析心理特征能力起点知识起点善于在产生的认知冲突下接受新知识。有基本的归纳、总结、分析类比、迁移等能力在必修一中学生已经对合成氨的原理有了一定的了解。已掌握氮对动植物的重要性，生物中也掌握了生物固氮技术，以及化学反应速率和化学平衡原理。三、教法学法教法----

1．情境激学法

2．讲授法3．指导读书法4．启迪、归纳法学法----

1．讨论交流法2．回顾旧知识

教学过程资料卡：在地壳中氮的含量只有0.04﹪，而在大气中氮气的体积分数为78﹪教学过程大气中N2NH3尿素及动植物遗体NO3-土壤中的微生物氮素化肥NO3-教学过程P9思考与交流问题1.哪一种自然过程可能会成为工业化生产过程?

问题2.人工固氮为什么选择了合成氨？工业合成氨的反应原理教学过程N2(g)+3H2(g)2NH3

(g)(放热)高温高压催化剂

(1体积)(3体积)(2体积)特点：a、可逆反应b、正反应为放热反应c、正反应是气体体积缩小的反应。d、反应需要有催化剂才能较快的进行。教学过程合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)（正反应为放热反应）条件使NH3生成得快（从反应速率分析）使NH3生成得多（从化学平衡分析）浓度压强温度催化剂高温高压催化剂增大反应物浓度高压高温使用催化剂增大反应物浓度减小生成物浓度高压低温无影响矛盾

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N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。

实际生产中的处理方法：使用过量的氮气，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。1、浓度怎么定？N2

和H2的比例怎么定？教学过程

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。我国中型及大部分小型合成氨厂，采用中压法氨合成流程，操作压力在32MPa左右。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,10~30MPa。2、压强怎么选？教学过程A201(含Co)与A110（普通）活性对比20MPa30,000h-1结论：控制温度在450℃左右催化剂不同反应温度下出口处NH3浓度(%)400℃425℃450℃475℃500℃A201(福建)19.5522.0422.1120.2017.32A110_318.4520.8721.4119.5317.13A201(应山)19.8221.8722.1220.2017.54A110_618.2320.7521.3419.6017.35教学过程3、温度怎么选择？条件△E/KJ/molK(催)/k(无)无催化剂3353.4×1012(100k)使用Fe催化剂167使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。4、使用催化剂？实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在450℃时活性最高。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。教学过程由于反应后气体中氨含量不高，一般只有10%~20%，将未反应的氢氮气循环的流程工业合成氨的反应条件1）浓度：N2和H2的物质的量比为1：2.8的投料比,氨及时从混合气中分离出去将未反应的氢氮气循环的流程2）温度：400~500℃；3）高压:10MPa~30MPa；4）催化剂(加快反应速率)：铁触媒教学过程教学过程1、主要流程：合成氨工业简述原料气的制取净化压缩合成分离液氨教学过程制氢气:水蒸气CO+H2CO2+H2H2

炽热碳H2O(气)分离出CO2

C(S)+H2O(g)CO(g)+H2(g)2、原料气制取：制氮气:空气压缩碳液态空气N2(先逸出)物理方法蒸发CO2(+N2)N2化学方法

分离出CO2CH4+H2O

3H2+CO

CH4+2H2O

4H2+CO2催化剂催化剂想一想:现在的原料气能否可以直接用于生产氨？为什么？CO,CO2和H2SNH3·H2O+H2S=NH4HS+H2SCO+H2O=CO2+H2K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3制取原料气的过程中常混有的气体杂质有__________注：催化剂的中毒：因接触杂质而使失去催化活性的过程。所以要出去原料气中的杂质。一般用稀氨水来吸收H2S；把CO氧化成CO2再用K2CO3溶液来吸收CO2净化教学过程3、原料气净化：压缩机、合成塔热交换过程氨的分离循环操作过程流程演示4、氨的合成与分离教学过程合成氨工业的发展1．原料及原料气的净化原料气之一的氮气来自_______，目前氢气主要通过不同的______态(煤和焦炭)、_____态(石油中提炼的石脑油、重油)、______态(天然气、焦炉气)可燃物为原料制取。2．催化剂的改进多年来一直用________作催化剂，目前有采用____为基础活性物质的新型催化剂。空气固液气磁铁矿钌教学过程3．环境保护(1)废渣：主要是煤渣和炭黑，可用作肥料的原料和建筑材料(2)废气：主要是_______和________等有害气体，对H2S的处理，可用___________法(选择性催化氧化)、_______法(用溶剂吸收浓缩)，CO2可用来生产尿素和碳铵等。(3)废液：主要是含_________和含氨的污水，处理含氰化物污水主要有______、加压水解、氧化分解、_______沉淀、反吹回炉等方法。处理含氨废水可用蒸馏的方法回收，也可用_____________治理。H2SCO2直接氧化循环氰化物生化化学离子交换法五、板书设计人工固氮技术——合成氨一、合成氨的反应原理1、方程式：N2（g）＋3H2(g)2NH3（g）（ΔH<0）（ΔH=—92.4kJ/mol）⒉合成氨的适宜条件⑴浓度：N2过量；⑵温度：400~500℃；⑶高压：10~30MPa；⑷催化剂：Fe二、合成氨的基本过程1.制备原料气：N2主要来源于空气（因为空气中氮气的含量最高）H2主要来源于水和碳氢化合物C+H2O高温CO+H2CH4+H2O高温3H2+CO；CH4+2H2O高温4H2+CO22.原料气的净化NH3ˑH2O+H2S=NH4HS+H2OCO+H2OCuO,高温

CO2+H2；K2CO3+CO2+H2O=2KHCO33.氨的合成与分离三、合成氨的工业发展番茄植株图片自然固氮动态图情景线问题线活动线知识线目标线P9思考与交流材料科学家哈伯的研究历程表格合成氨的工业流程图氨的合成塔剖面图合成氨的生产流程图自然界中植物所吸收的氮是通过什么途径得来的？思考并回答：根瘤菌固氮雷雨固氮固氮的含义及三种固氮方式发展学生形象思维培养学生归纳思维能力1.哪一种自然过程可能会成为工业化生产过程?2.人工固氮为什么选择了合成氨？阅读材料结合已有知识回答工业合成氨的反应原理了解工业合成氨的反应原理及其选择合成氨的原因，激发学生爱科学、探索科学的热情氨的合成反应方程式看起来十分简单，为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的过程？分析合成氨反应的特点工业合成氨的反应原理认识化学反应的价值以及合成氨对人类社会发展的重要意义合成氨需要怎样的特殊生产条件？1.浓度怎么定？N2和H2的比例怎么定？2.压强怎么定？3.温度怎样选择？4.选择什么样的催化剂？从反应速率和化学平衡得出矛盾体，分析得出工业合成氨的适宜条件化学反应速率的影响因素化学平衡的影响因素合成氨反应的适宜条件了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法理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，体验实际生产的选择和理论分析的差异能说明工业生产中加快反应、提高原料利用率的一些措施和方法节约能源工业合成氨首先要做的是什么？原料气体是怎么制备的呢？制备的原料气是否可以直接用于合成氨？为什么？通过预习回答问题，写出化学反应方程式分析