第4節(jié)第1課時(shí)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控（課件）高二化學(xué)（人教版2019選擇性必修1）

素養(yǎng)目標(biāo)證據(jù)推理與模型認(rèn)知：

能運(yùn)用濃度、壓強(qiáng)、溫度和催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的影響規(guī)律，能討論化學(xué)反應(yīng)條件的選擇和優(yōu)化?？茖W(xué)探究與創(chuàng)新意識：

初步掌握應(yīng)用化學(xué)原理選擇化工生產(chǎn)條件的思想和方法,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任等方面的學(xué)科核心素養(yǎng)。教學(xué)目標(biāo)本節(jié)重點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的綜合調(diào)控。本節(jié)難點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的綜合調(diào)控。1、認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的綜合調(diào)控在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中的重要作用。2、知道催化劑可以改變反應(yīng)歷程，對調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率具有重要意義。meiyangyang8602請你說說！生活生產(chǎn)中我們對化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控meiyangyang8602新課導(dǎo)入水果腐敗變慢為了延長食物儲存時(shí)間，可以將它們保存在冰箱中汽車尾氣及時(shí)處理這些都是我們對化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控壹工業(yè)合成氨的適宜條件貳知識導(dǎo)航meiyangyang8602課堂思考你知道嗎？18世紀(jì)末，英國化學(xué)家克魯克斯“先天下之憂而憂”，率先發(fā)出為了使子孫后代免于饑餓“向空氣要氮肥”的號召。meiyangyang8602空氣變面包的反應(yīng)01化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控課堂思考請你思考！如何對化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行調(diào)控？對空氣變面包的反應(yīng)合成氨進(jìn)行分析應(yīng)該選擇何種方式固氮呢？課堂探究理解分析1.固氮的可行性分析一、化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控探究學(xué)習(xí)在選擇反應(yīng)時(shí)，首先要考慮反應(yīng)的方向和限度，根據(jù)ΔG＝ΔH－TΔS考慮反應(yīng)方向，根據(jù)K考慮反應(yīng)進(jìn)行的限度問題，從而選擇合適的反應(yīng)。①從化學(xué)平衡的視角N2(g)+O2(g)

2NO(g)常溫K＝5×10－31N2(g)+3H2(g)2NH3(g)常溫K＝5.0×108?合成氨可行課堂探究理解分析1.固氮的可行性分析一、化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控探究學(xué)習(xí)②從化學(xué)反應(yīng)的方向性視角自發(fā)性：常溫（298K）下，ΔH－TΔS<0，能自發(fā)進(jìn)行N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH＝－92.4kJ·mol－1，

ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1合成氨容易嗎？18世紀(jì)末，有人試圖在常溫常壓下合成氨，也有人在常溫加壓下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，都失敗了。課堂探究理解分析2.合成氨可行性一、化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控探究學(xué)習(xí)課堂探究理解分析一、化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控探究學(xué)習(xí)2.合成氨可行性1909年7月建成的實(shí)驗(yàn)裝置每小時(shí)生產(chǎn)90g氨1918年哈伯獲得諾貝爾化學(xué)獎meiyangyang8602課堂思考meiyangyang8602請你思考！如何設(shè)計(jì)合成氨的條件呢？可以從哪些角度分析？思考與討論：（1）原理分析根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，應(yīng)如何選擇反應(yīng)條件，以增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡混合物中氨的含量？請?zhí)钊胂卤怼?2工業(yè)合成氨的適宜條件課堂探究理解分析1.合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)二、工業(yè)合成氨的適宜條件探究學(xué)習(xí)思考與討論：（1）原理分析根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，應(yīng)如何選擇反應(yīng)條件，以增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡混合物中氨的含量？請?zhí)钊胂卤?。對合成氨反?yīng)的影響影響因素濃度溫度壓強(qiáng)催化劑增大合成氨的反應(yīng)速率

提高平衡混合物中氨的含量

（2）數(shù)據(jù)分析下表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是在不同溫度、壓強(qiáng)下，平衡混合物中氨的含量的變化情況（初始時(shí)氮?dú)夂蜌錃獾捏w積比是1：3）。分析表中數(shù)據(jù)，結(jié)合合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，討論應(yīng)如何選擇反應(yīng)條件，以增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡混合物中氨的含量。表：不同條件下，合成氨反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)反應(yīng)混合物中氨的含量（體積分?jǐn)?shù)）課堂探究二、工業(yè)合成氨的適宜條件理解應(yīng)用探究學(xué)習(xí)1.合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)合成氨反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298K時(shí)：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1。

(1)可逆性：反應(yīng)為可逆反應(yīng)。(2)體積變化：正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)。(3)焓變：ΔH<0，熵變：ΔS<0。(4)自發(fā)性：常溫(298K)下，ΔH－TΔS<0，能自發(fā)進(jìn)行。二、工業(yè)合成氨的適宜條件課堂探究理解應(yīng)用2.合成氨實(shí)驗(yàn)的條件選擇探究學(xué)習(xí)課堂探究二、工業(yè)合成氨的適宜條件理解應(yīng)用2.合成氨實(shí)驗(yàn)的條件選擇探究學(xué)習(xí)①增大合成氨的化學(xué)反應(yīng)速率對合成氨反應(yīng)的影響影響因素濃度溫度壓強(qiáng)催化劑增大合成氨的反應(yīng)速率增大升高增大使用N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·mol-1課堂探究二、工業(yè)合成氨的適宜條件理解應(yīng)用探究學(xué)習(xí)2.合成氨實(shí)驗(yàn)的條件選擇②從化學(xué)平衡分析，合成氨的適宜條件

N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·mol-1對合成氨反應(yīng)的影響影響因素濃度溫度壓強(qiáng)提高平衡混合物中NH3的含量增大反應(yīng)為濃度及時(shí)移走產(chǎn)生的氨降低增大課堂探究二、工業(yè)合成氨的適宜條件理解應(yīng)用2.合成氨實(shí)驗(yàn)的條件選擇探究學(xué)習(xí)③從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，合成氨的適宜條件

溫度/℃氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.4不同條件下，合成氨反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，反應(yīng)混合物中氨的含量（體積分?jǐn)?shù)）壓強(qiáng)增大，氨的含量增大，溫度升高，氨的含量降低課堂思考請你思考！如何選擇合成氨工藝條件的選擇？從化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡綜合分析N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1濃度溫度壓強(qiáng)催化劑對合成氨反應(yīng)的影響增大合成氨的反應(yīng)速率提高平衡混合物中氨的含量增大升溫增大催化劑及時(shí)移走氨降溫增大不影響增大C反應(yīng)物n(N2):n(H2)

≈1:3課堂探究二、工業(yè)合成氨的適宜條件理解應(yīng)用3.合成氨工藝條件的選擇探究學(xué)習(xí)從化學(xué)平衡分析合成氨的適宜條件（1）濃度n(N2):n(H2)≈1:3時(shí)，平衡時(shí)氨氣體積分?jǐn)?shù)最大

課堂探究二、工業(yè)合成氨的適宜條件理解應(yīng)用3.合成氨工藝條件的選擇探究學(xué)習(xí)（2）壓強(qiáng)目前，我國合成氨廠一般采用的壓強(qiáng)為

MPa。10～30

壓強(qiáng)越大，對設(shè)備要求越高，增加成本，降低綜合經(jīng)濟(jì)效益采用控制變量的方法：

n(N2):n(H2)≈1:3400℃課堂探究二、工業(yè)合成氨的適宜條件理解應(yīng)用3.合成氨工藝條件的選擇探究學(xué)習(xí)（2）壓強(qiáng)①原理分析：壓強(qiáng)越大越好。②選用條件：目前，我國合成氨廠一般采用的壓強(qiáng)為10～30MPa。③合成氨時(shí)不采用更高壓強(qiáng)的理由：壓強(qiáng)越大，對材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求也越高，需要的動力也越大，這將會大大增加生產(chǎn)投資，并可能降低綜合經(jīng)濟(jì)效益。課堂探究二、工業(yè)合成氨的適宜條件理解應(yīng)用3.合成氨工藝條件的選擇探究學(xué)習(xí)（3）溫度

（4）催化劑采用控制變量的方法：

n(N2):n(H2)≈1:310MPa一般400~500℃鐵觸媒催化劑課堂探究二、工業(yè)合成氨的適宜條件理解應(yīng)用3.合成氨工藝條件的選擇探究學(xué)習(xí)（3）溫度①原理分析：低溫有利于提高原料的平衡轉(zhuǎn)化率。②選用條件：目前，在實(shí)際生產(chǎn)中一般采用的溫度為400～500℃。③不采用低溫的理由：溫度降低會使化學(xué)反應(yīng)速率減小，達(dá)到平衡所需時(shí)間變長，這在工業(yè)生產(chǎn)中是很不經(jīng)濟(jì)的。合成氨反應(yīng)一般選擇400～500℃進(jìn)行的又一重要原因?yàn)殍F觸媒在500℃左右時(shí)的活性最大。課堂探究二、工業(yè)合成氨的適宜條件理解應(yīng)用3.合成氨工藝條件的選擇探究學(xué)習(xí)（4）催化劑①原理分析：在高溫、高壓下，N2和H2的反應(yīng)速率仍然很慢。②選用條件：通常采用加入以鐵為主體的多成分催化劑，又稱鐵觸媒。③選擇催化劑的理由：改變反應(yīng)歷程，降低反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)物在較低溫度時(shí)能較快地進(jìn)行反應(yīng)。為了防止混有的雜質(zhì)使催化劑“中毒”，原料氣必須經(jīng)過凈化。課堂探究二、工業(yè)合成氨的適宜條件記憶結(jié)論3.合成氨工藝條件的選擇探究學(xué)習(xí)工業(yè)合成氨的適宜條件壓強(qiáng)10-30MPa溫度400-500℃催化劑鐵觸媒濃度N2和H2的投料比為1:2.8，及時(shí)分離氨課堂探究二、工業(yè)合成氨的適宜條件理解應(yīng)用4.合成氨的工業(yè)流程典例精講【例1】,如圖為工業(yè)合成氨的流程圖。下列說法正確的是(

)A.步驟②中“加壓”既可以提高原料的轉(zhuǎn)化率,又可以加快反應(yīng)速率B.步驟③中反應(yīng)溫度提高至1000℃,反應(yīng)速率加快且催化劑的活性更高C.步驟③④⑤均有利于提高原料的平衡轉(zhuǎn)化率D.步驟⑤采用循環(huán)操作,主要是為了提高平衡混合物中氨的含量A課堂思考請你總結(jié)！化工生產(chǎn)中反應(yīng)調(diào)控的一般思路可行性分析分析調(diào)控方法選取恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)實(shí)驗(yàn)摸索原理分析化學(xué)平衡反應(yīng)速率設(shè)備要求、安全操作經(jīng)濟(jì)成本確定最佳條件考慮參加反應(yīng)的物質(zhì)

、

和

等本身因素組成結(jié)構(gòu)性質(zhì)盡量增大______，充分利用原料選擇較快的________轉(zhuǎn)化率反應(yīng)速率課堂思考你知道嗎？合成氨與三次諾貝爾化學(xué)獎

哈伯(德)（1918年）申請循環(huán)法合成氨專利

博施(德)（1931年）實(shí)現(xiàn)了合成氨的工業(yè)化

埃特爾(德)（2007年）揭開了合成氨的“機(jī)理”

弗蘭克(德)（1898年）氮?dú)?、碳化鈣、水蒸氣制氨哈伯－博施合成法“合成氨”里的中國人：2016年中科院大連化學(xué)物理研究所研究團(tuán)隊(duì)研制合成了一種新型催化劑，將合成氨的溫度、壓強(qiáng)分別降到了350℃、1MPa。典例精講【例2】在硫酸工業(yè)中，通過下列反應(yīng)使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)△H＝－196.6kJ/mol。下表列出了在不同溫度和壓強(qiáng)下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率。溫度/℃平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3（1）從理論上分析，為了使SO2盡可能多轉(zhuǎn)化為SO3，應(yīng)選擇的條件是______________（2）在實(shí)際生產(chǎn)中，選定的溫度為400~500℃，原因是______________________________________________________________________________________該溫度是催化劑的活性溫度，選擇此溫度可提高反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)達(dá)到平衡所需要的時(shí)間。低溫、高壓典例精講（3）在實(shí)際生產(chǎn)中，采用的壓強(qiáng)為常壓，原因是__________（4）在實(shí)際生產(chǎn)中，通入過量空氣，原因是__________（5）尾氣中的SO2必須回收，原因是_________________________【例2】在硫酸工業(yè)中，通過下列反應(yīng)使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)△H＝－196.6kJ/mol。下表列出了在不同溫度和壓強(qiáng)下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率。溫度/℃平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3因?yàn)樵诔合拢?00~500℃時(shí)，SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高了，若再加壓對設(shè)備及動力系統(tǒng)要求高，加大了成本和能量消耗，不適宜。增大氧氣的濃度，使平衡向生成SO3的方向移動，提高SO2的轉(zhuǎn)化率。減少對環(huán)境的污染。課堂小結(jié)合成氨常用的生產(chǎn)條件壓強(qiáng):溫度：催化劑：濃度：原料氣：合成氨工業(yè)流程使用鐵觸媒400~500℃10MPa~30MPa循環(huán)使用將氨液化及時(shí)分離隨堂演練1.在合成氨時(shí)，要使氨的產(chǎn)率增大，又要使化學(xué)反應(yīng)速率增大，可以采取的措施有（）①增大體積使壓強(qiáng)減?、跍p小