Цілі уроку:
Познайомити учнів з вирішенням проблеми використання атмосферного азоту для синтезу аміаку. Продовжити формування поняття про кінетику, хімічну рівновагу. Використовуючи елементи гри, навчити на підставі теоретичних даних підбирати оптимальні умови здійснення процесу у виробничих масштабах. Формувати вміння розбиратися в наукових принципах виробництва.
Обладнання:
Карта-схема виробництва аміаку, таблиця «Синтез аміаку», перелік відділів заводу аміачного синтезу з проблемними питаннями.
Хід уроку:
1.Закріплення вивченого матеріалу
Біля дошки працюють дві людини:
- хімічні властивості аміаку
- схема утворення іона амонію (донорно - акцепторний механізм).
У цей час учень розповідає про будову молекули аміаку, фізичні властивості та методи одержання.
2.Пояснення нового матеріалу.
3.Закріплення:
- гра: питання до начальників різних відділів;
- рішення задачі: Який об'єм аміаку утвориться, якщо в реакції бере участь 2 моль азоту і 5 моль водню?
4.Оголошення оцінок з коментарями.
5.Завдання додому.
КОНСПЕКТ УРОКУ
На попередніх уроках ми говорили про аміак - будову його молекули, фізичні і хімічні властивості. Провели практичну роботу, на якій отримали аміак з хлориду амонію і гідроксиду кальцію. У вас закономірно може виникнути питання - чому стільки уваги приділяється цій речовині?
З курсу біології ви вже знаєте, що азот є складовою частиною білків, завдяки яким здійснюються найважливіші життєві функції в організмах тварин, рослин і людини. Однак засвоювати азот безпосередньо з повітря, в якому міститься до 75 % не можуть ні тварини, ні рослини, ні людина. Рослини отримують азот з добрив - солей амонію і солі азотної кислоти, а тварини і людина - споживаючи рослинну їжу. Довгий час у сільському господарстві застосовується природне з'єднання нітрату натрію та нітрату калію (чилійська селітра) запас яких обмежений. І тому перед вченими постала проблема знайти найбільш економічно вигідний спосіб зв'язування атмосферного азоту.
Таким способом виявився синтез аміаку з водню й азоту. Саме тому розгляду властивостей аміаку ми приділяємо таку увагу.
З реакцією утворення аміаку ми познайомилися на початку даної теми, вивчаючи хімічні властивості азоту.
(учень записує рівняння реакції) каталізатор - метал - залізо N2 + ЗН2 = 2NH3 + Q
Що ви можете сказати про цю реакцію?
- Вона оборотна.
- Вона екзотермічна.
- Вона каталітична.
Вчення про зміщення хімічної рівноваги дозволяє передбачити умови, при яких реакція буде максимально ефективною.
(Відповідь учня)
Реакцію треба проводити по можливості
При більш низьких t.
При високому Р.
Забезпечувати безперервне відведення продукту.
І ось тут вчені зіткнулися з такими проблемами: навіть при t 400 градусів з досить високою концентрацією, V реакції виявилася недостатньою для здійснення даної реакції в промисловому масштабі. Підвищення ж t веде до зниження виходу аміаку. Ця проблема частково вирішена за рахунок використання каталізаторів, збільшують число активних молекул і тим самим збільшують швидкість хімічної реакції. Однак і при цих умовах, масова частка виходу аміаку становила всього 10 %. Тому доводиться збільшувати вихід за рахунок збільшення Р.
В даний час синтез аміаку проводять при наявності каталізатора - порошкоподібного заліза з домішкою оксидів калію та алюмінію, при t 450 - 500 градусів по цельсію і тиску- 100 Мпа. При цих умовах вихід аміаку становить від 20 до 40 %.
Азотоводневу суміш подають в колону синтезу (20 м висотою, виготовлена із спеціальних сортів сталі).
Синтез аміаку - реакція екзотермічна і теплоту, що утворюється в результаті реакції утилізують, тобто використовують в теплообміннику для підігрівання вихідної азотоводневої суміші до t реакції 450-500 ° С, Отриману суміш газів охолоджують в холодильнику, аміак зріджують і відокремлюють від суміші відпрацьованих газів в сепараторі. Зріджений аміак по трубопроводу надходить на склад. А речовини, які прореагували, відділяються від продуктів реакції і знову повертаються в реакційний апарат, тобто досягається майже 100 % використання вихідної сировини. Такий процес називається циркуляційним.
Продуктивність однієї колони за добу - 1000-2000 т.
Каталізатор змінюють через 5-6 років.
Ви всі мене уважно слухали, а тепер давайте трошки пофантазуємо. Уявіть себе працівниками заводу аміачного синтезу. І не просто працівниками, а начальниками відділів.
Отже:
Технологічний відділ
Економічний відділ
Відділ техніки безпеки.
Відділ охорони навколишнього середовища.
Теоретичний відділ.
Для кожного відділу формулюються проблеми та учням пропонується запропонувати шляхи їх розв'язання.
Технологічний відділ
1. Перспективний розвиток підприємства, його технічне вдосконалення.
2. Можливість створення нових технологій виробництва.
3. Вплив високого тиску і температури на знос апаратури і процес в цілому.
Економічний відділ
1. Витрати енергії при виробництві аміаку.
2. Ефективність циклічності виробництва.
3. Вартість джерел сировини.
4. Вартість каталізаторів.
Відділ техніки безпеки
1. Можливість пожеж, вибухів та заходи їх запобігання.
2. Можливість отруєння аміаком, надання першої допомоги, способи зберігання і транспортування рідкого аміаку.
Відділ захисту навколишнього середовища
1. Склад викидів, що утворюються при виробництві аміаку, способи запобігання шкідливого впливу на навколишнє середовище
Теоретичний відділ
1. Вибір складу газової суміші.
2. Вибір оптимальної температури.
3. Вибір оптимального тиску.
4. Підбір найбільш вигідних каталізаторів.
5. Джерела сировини.
В кінці уроку учням пропонується вирішити розрахункову задачу.
Завдання: Який об'єм аміаку утвориться, якщо в реакцію вступить 2 моль азоту і 5 моль водню?
Оголошення результатів уроку.
Теги:
Навчальний предмет: Хімія
Переглядів/завантажень: 821/209
