高中化学新教材优质课电化学中氨的合成方案.pptx

【学习目标】1.通过氮气、氢气燃料电池的讨论，复习原电池思维模型，能应用模型解决复杂、陌生题目，培养根据原电池模型的本质和题目信息分析推理的能力。2.通过合成氨电解模型的学习，将原电池和电解池模型进行统一，形成电化学模型，并能运用模型解决新情境下的电化学题目。高温、高压催化剂N2(g)+3H2(g)2NH3(g)现行工业上合成氨主要依赖于Haber-Bosch法[高温高压（300~500℃、200~300atm）]，其能量和氢气都来自于化石燃料（如煤、甲烷等）。高能耗（年均能耗约占到世界能源总消耗的2%）高化石燃料消耗高二氧化碳排放（生产1吨NH3释放1.87吨CO2，约占到温室气体年排放量的1.5%）数据. N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)已知298K时: △H=-92.2KJ·mol-1 △S=-198.2J·K-1·mol-1【任务一】氮氢燃料电池的设计——原电池思维模型再现【课前任务单】第3题（1）298 K下N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)能否自发进行？ΔH-TΔS =-92.2 kJ·mol-1+298 K×198.2×10-3 kJ·k-1·mol-1=-33.14 kJ·mol-1＜0因为ΔH-TΔS0，298 K下合成氨反应能自发进行。（2）判断N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)理论上是否可以设计为燃料电池?，为什么？【任务一】氮氢燃料电池的设计——原电池思维模型再现设计氮氢燃料电池要求：1.画出装置图，注明所使用的试剂；2.书写两极的电极反应方程式；3.在装置图中注明该电池中微观粒子的变化以解释此电池的工作原理。【小结1】原电池思维模型电子氧化产物还原产物阳离子失电子得电子阴离子电化学的本质和规律还原剂氧化剂负极（原电池）导线电解质溶液/交换膜/盐桥/熔融盐/特殊固体材料正极（原电池）（2019全国I卷13题）利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是（?）。A.相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B.阴极区，在氢化酶作用下发生反应 H2 + 2MV2+ = 2H+ + 2MV+ C.正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成 NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动【任务二】原电池思维模型应用锂-氮气电池A．图中a极为负极，其电极反应方程式：Li-e-=Li+B．该装置可将醚类电解液替换为水溶液C．放电时，电子由a极经导线向碳布一体化电极移动，电解液中Li+也向碳布一体化电极移动，并在该极生成Li3ND．该反应涉及的方程式：6Li+ N2=2Li3N；L3N+ 3H2O=3LiOH+NH3?中国科学院长春应用化学研究所的研究团队概念性验证了一种基于锂-氮气电池的新型固氮技术。该技术利用Li和N2为原料构建电池在正极生成Li3N，进而实现氨的制备。不仅扩展了人工固氮的新方法，又对外提供电能，将固氮技术与新能源联系在一起。其装置示意图如图所示。研究发现将催化剂[金属钌（Ru）和二氧化锆（ZrO2）]均匀的生长在碳布基底上构筑成一体化电极，不仅具有输送氮气的孔道结构和较高的导电性，又对氮气分子具有较好的吸附性。下列说法错误的是（ ）高考题分析【任务三】电催化合成氨——电解池思维模型整合1.1998年，有两位希腊化学家发表了“合成NH3新法——电合成”的研究成果，在常压下把氢气和用氦气稀释后的氮气分别通入一个加热到570 ℃的电解池中，H2和N2在电极上反应合成氨，转化率高达75%。电解池所用固体电解质是锶（Sr）和稀土元素铈（Ce）和钇（Y）的复合氧化物（用SCY表示），它在合成氨的电解池里传导H+，电解池里两个电极是吸附在SCY内外侧表面上的金属钯多晶薄膜。试根据上述叙述判断下列说法中正确的是（ ）A.电解总反应式为：N2+3H2 2NH3B.阴极反应式为：H2-2e-=2H+C.阳极反应式为：N2+6H++6e-=2NH3↑D.电解时生成的H+是通过固体电解质SCY由 N2一极传导到H2一极【任务三】电催化合成氨——电解池思维模型再现2.试在原电池的思维模型基础上画出电解池的思维模型，并寻求二者的异同。原电池和电解池（外加电源）电子氧化产物还原产物【小结2】电化学思维模型阳离子失电子得电子阴离子还原剂氧化剂负极（原电池）导线电解质溶液/交换膜/盐桥/熔融盐/特殊固体材料正极（原电池）或阴极（电解池）或阳极（电解池）【变式练习】厦门大学与华南理工在电催化合成氨研究取得重要进展，采用氮气和水进行电解反应制取氨气。通过系统的研究，将Li+嵌入PEBCD(N-ethyl-benzene-1,2,4,5-tet