第4節(jié)第1課時化學反應的調(diào)控（課件）高二化學（人教版2019選擇性必修1）

素養(yǎng)目標證據(jù)推理與模型認知：

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

初步掌握應用化學原理選擇化工生產(chǎn)條件的思想和方法,培養(yǎng)科學態(tài)度與社會責任等方面的學科核心素養(yǎng)。教學目標本節(jié)重點化學反應速率和化學平衡的綜合調(diào)控。本節(jié)難點化學反應速率和化學平衡的綜合調(diào)控。1、認識化學反應速率和化學平衡的綜合調(diào)控在生產(chǎn)、生活和科學研究中的重要作用。2、知道催化劑可以改變反應歷程，對調(diào)控化學反應速率具有重要意義。meiyangyang8602請你說說！生活生產(chǎn)中我們對化學反應的調(diào)控meiyangyang8602新課導入水果腐敗變慢為了延長食物儲存時間，可以將它們保存在冰箱中汽車尾氣及時處理這些都是我們對化學反應的調(diào)控化學反應的調(diào)控壹工業(yè)合成氨的適宜條件貳知識導航meiyangyang8602課堂思考你知道嗎？18世紀末，英國化學家克魯克斯“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01化學反應的調(diào)控課堂思考請你思考！如何對化學反應進行調(diào)控？對空氣變面包的反應合成氨進行分析應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、化學反應的調(diào)控探究學習在選擇反應時，首先要考慮反應的方向和限度，根據(jù)ΔG＝ΔH－TΔS考慮反應方向，根據(jù)K考慮反應進行的限度問題，從而選擇合適的反應。①從化學平衡的視角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、化學反應的調(diào)控探究學習②從化學反應的方向性視角自發(fā)性：常溫（298K）下，ΔH－TΔS<0，能自發(fā)進行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世紀末，有人試圖在常溫常壓下合成氨，也有人在常溫加壓下進行實驗，都失敗了。課堂探究理解分析2.合成氨可行性一、化學反應的調(diào)控探究學習課堂探究理解分析一、化學反應的調(diào)控探究學習2.合成氨可行性1909年7月建成的實驗裝置每小時生產(chǎn)90g氨1918年哈伯獲得諾貝爾化學獎meiyangyang8602課堂思考meiyangyang8602請你思考！如何設計合成氨的條件呢？可以從哪些角度分析？思考與討論：（1）原理分析根據(jù)合成氨反應的特點，應如何選擇反應條件，以增大合成氨的反應速率、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.合成氨反應的特點二、工業(yè)合成氨的適宜條件探究學習思考與討論：（1）原理分析根據(jù)合成氨反應的特點，應如何選擇反應條件，以增大合成氨的反應速率、提高平衡混合物中氨的含量？請?zhí)钊胂卤怼铣砂狈磻挠绊懹绊懸蛩貪舛葴囟葔簭姶呋瘎┰龃蠛铣砂钡姆磻俾?/p>

提高平衡混合物中氨的含量

（2）數(shù)據(jù)分析下表中的實驗數(shù)據(jù)是在不同溫度、壓強下，平衡混合物中氨的含量的變化情況（初始時氮氣和氫氣的體積比是1：3）。分析表中數(shù)據(jù)，結(jié)合合成氨反應的特點，討論應如何選擇反應條件，以增大合成氨的反應速率、提高平衡混合物中氨的含量。表：不同條件下，合成氨反應達到化學平衡時反應混合物中氨的含量（體積分數(shù)）課堂探究二、工業(yè)合成氨的適宜條件理解應用探究學習1.合成氨反應的特點合成氨反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298K時：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1。

(1)可逆性：反應為可逆反應。(2)體積變化：正反應是氣體體積縮小的反應。(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)進行。二、工業(yè)合成氨的適宜條件課堂探究理解應用2.合成氨實驗的條件選擇探究學習課堂探究二、工業(yè)合成氨的適宜條件理解應用2.合成氨實驗的條件選擇探究學習①增大合成氨的化學反應速率對合成氨反應的影響影響因素濃度溫度壓強催化劑增大合成氨的反應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用探究學習2.合成氨實驗的條件選擇②從化學平衡分析，合成氨的適宜條件

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

ΔH=-92.4kJ·mol-1對合成氨反應的影響影響因素濃度溫度壓強提高平衡混合物中NH3的含量增大反應為濃度及時移走產(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用2.合成氨實驗的條件選擇探究學習③從實驗數(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，合成氨反應達到化學平衡時，反應混合物中氨的含量（體積分數(shù)）壓強增大，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？從化學反應速率、化學平衡綜合分析N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1濃度溫度壓強催化劑對合成氨反應的影響增大合成氨的反應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移走氨降溫增大不影響增大C反應物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用3.合成氨工藝條件的選擇探究學習從化學平衡分析合成氨的適宜條件（1）濃度n(N2):n(H2)≈1:3時，平衡時氨氣體積分數(shù)最大

課堂探究二、工業(yè)合成氨的適宜條件理解應用3.合成氨工藝條件的選擇探究學習（2）壓強目前，我國合成氨廠一般采用的壓強為

MPa。10～30

壓強越大，對設備要求越高，增加成本，降低綜合經(jīng)濟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用3.合成氨工藝條件的選擇探究學習（2）壓強①原理分析：壓強越大越好。②選用條件：目前，我國合成氨廠一般采用的壓強為10～30MPa。③合成氨時不采用更高壓強的理由：壓強越大，對材料的強度和設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)濟效益。課堂探究二、工業(yè)合成氨的適宜條件理解應用3.合成氨工藝條件的選擇探究學習（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用3.合成氨工藝條件的選擇探究學習（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：溫度降低會使化學反應速率減小，達到平衡所需時間變長，這在工業(yè)生產(chǎn)中是很不經(jīng)濟的。合成氨反應一般選擇400～500℃進行的又一重要原因為鐵觸媒在500℃左右時的活性最大。課堂探究二、工業(yè)合成氨的適宜條件理解應用3.合成氨工藝條件的選擇探究學習（4）催化劑①原理分析：在高溫、高壓下，N2和H2的反應速率仍然很慢。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：改變反應歷程，降低反應的活化能，使反應物在較低溫度時能較快地進行反應。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習工業(yè)合成氨的適宜條件壓強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，及時分離氨課堂探究二、工業(yè)合成氨的適宜條件理解應用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,又可以加快反應速率B.步驟③中反應溫度提高至1000℃,反應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)中反應調(diào)控的一般思路可行性分析分析調(diào)控方法選取恰當?shù)姆磻獙嶒灻髟矸治龌瘜W平衡反應速率設備要求、安全操作經(jīng)濟成本確定最佳條件考慮參加反應的物質(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)化率反應速率課堂思考你知道嗎？合成氨與三次諾貝爾化學獎

哈伯(德)（1918年）申請循環(huán)法合成氨專利

博施(德)（1931年）實現(xiàn)了合成氨的工業(yè)化

埃特爾(德)（2007年）揭開了合成氨的“機理”

弗蘭克(德)（1898年）氮氣、碳化鈣、水蒸氣制氨哈伯－博施合成法“合成氨”里的中國人：2016年中科院大連化學物理研究所研究團隊研制合成了一種新型催化劑，將合成氨的溫度、壓強分別降到了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下，反應達到平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率。溫度/℃平衡時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，應選擇的條件是______________（2）在實際生產(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速率，縮短反應達到平衡所需要的時間。低溫、高壓典例精講（3）在實際生產(chǎn)中，采用的壓強為常壓，原因是__________（4）在實際生產(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下，反應達到平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率。溫度/℃平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3因為在常壓下，400~500℃時，SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高了，若再加壓對設備及動力系統(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: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)使用將氨液化及時分離隨堂演練1.在合成氨時，要使氨的產(chǎn)率增大，又要使化學反應速率增大，可以采取的措施有（）①增大體積使壓強減?、跍p小