化学人教版选择性必修1 2.4 化学反应的调控（共17张ppt）
文档属性
| 名称 | 化学人教版选择性必修1 2.4 化学反应的调控（共17张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2022-08-24 15:59:51 | ||
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文档简介
(共17张PPT)
第二章 化学反应速率与化学平衡
第四节 化学反应的调控
高二化学
新人教化学选择性必修一《化学反应原理》
18世纪末，英国科学家克鲁克斯“先天下之忧而忧”，率先发出为了子孙后代免于饥饿“向空气要氮肥”的号召。
【情境创设】
德国化学家哈伯被称为“向空气要面包”的人。
【问题1】工业上选择哪种方法进行固氮，你的理由是？
①氧化法：N2(g)+O2(g)==2NO(g)
△H=+180.5kJ/mol ; △S=+247.7J·mol-1·K-1
△H=-92.2kJ/mol; △S=-198.2J·mol-1 · K-1
常温下(298K)，K=5.0×108
【学习任务一】选择合适的工业反应
②还原法：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
常温下(298K),K=3.8×10-31
常温下，△G>0，反应不能自发进行
常温下，△G<0，反应能自发进行
且反应进行程度大
【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件
【问题2】如果你是20世纪初的工程师，你如何为工厂设计合成氨的生产条件，结合我们所学的知识可以从哪些角度分析？
对合成氨的影响 影响因素
浓度 温度 压强 催化剂
增大合成氨的反应速率
提高平衡混合物中氨的含量
增大
升高
增大
使用催化剂
增大反应物浓度
及时移走产生的氨
降低
增大
不影响
【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件
【原理分析】根据合成氨反应特点，如何通过选择反应条件加快反应速率和提高平衡混合物中氨的含量。
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=-92.2kJ/mol
【数据分析】表中的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况(初始时氮气和氢气的体积比是1∶3)。分析表中数据，结合合成氨反应的特点，讨论应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量。
温度/℃ 氨的含量/%
0.1 MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4
【结论】①升高温度，氨的含量 ；这与反应速率是 的。
②增大压强，氨的含量 ；这与反应速率是 的。
降低
相矛盾
增大
相一致
【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件
实际生产条件的选择
①压强：合成氨时压强越大越好，但压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。
目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为10～30MPa
【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件
②温度：低温能提高平衡转化率，但会使化学反应速率 ，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的。
目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500℃
减小
【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件
③催化剂：
即使在高温、高压下，合成氨反应仍然进行得十分缓慢。
目前工业普遍使用铁触媒催化剂，改变反应历程，降低反应的 ，使反应物在较低温度时能较快地进行反应。该催化剂在500 ℃左右时的活性最大。这也是合成氨反应一般选择400-500 ℃进行的重要原因。另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化
活化能
【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件
④浓度：a.采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，以促使化学平衡向 的方向移动。
b.将氨分离后的原料气循环使用，并及时补充氮气和氢气，使反应物保持一定的浓度，以利于合成氨反应
生成NH3
【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件
合成氨适宜生产条件的选择原则
(1)既要注意反应条件对反应影响的一致性，又要注意反应条件对反应影响的矛盾性。
(2)既要注意温度、催化剂对反应速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的限制。
(3)既要注意理论上的需要，又要注意实际操作上的可能性。
【归纳总结】
【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件
明确目的
确定反应
原理分析
实验摸索
化学平衡
反应速率
设备可行
成本核算
模型构建
可行性
找条件
如何为化工生产选择适宜的条件？
利用天然气合成尿素的工艺流程
我国合成氨工业已走过了五十多年的路程，从小到大从弱到强，从3000吨/年——5000吨/年到45万吨/年，从碳铵到尿素。根据中国氮肥协会统计2019年合成氨产量5864.1万吨/年，位居世界第一，其中88%用来生产化肥。
【学习任务三】了解中国合成氨发展
【课后调查】合成氨的发展前景
1、常温常压下直接合成氨，相较于热催化能耗更低。查阅资料了解电化学催化合成氨的技术发展。
2、合成氨除了应用于化肥生产，还有什么用途？
【学习评价】
教材P49
第二章 化学反应速率与化学平衡
第四节 化学反应的调控
高二化学
新人教化学选择性必修一《化学反应原理》
18世纪末，英国科学家克鲁克斯“先天下之忧而忧”，率先发出为了子孙后代免于饥饿“向空气要氮肥”的号召。
【情境创设】
德国化学家哈伯被称为“向空气要面包”的人。
【问题1】工业上选择哪种方法进行固氮，你的理由是？
①氧化法：N2(g)+O2(g)==2NO(g)
△H=+180.5kJ/mol ; △S=+247.7J·mol-1·K-1
△H=-92.2kJ/mol; △S=-198.2J·mol-1 · K-1
常温下(298K)，K=5.0×108
【学习任务一】选择合适的工业反应
②还原法：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
常温下(298K),K=3.8×10-31
常温下，△G>0，反应不能自发进行
常温下，△G<0，反应能自发进行
且反应进行程度大
【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件
【问题2】如果你是20世纪初的工程师，你如何为工厂设计合成氨的生产条件，结合我们所学的知识可以从哪些角度分析？
对合成氨的影响 影响因素
浓度 温度 压强 催化剂
增大合成氨的反应速率
提高平衡混合物中氨的含量
增大
升高
增大
使用催化剂
增大反应物浓度
及时移走产生的氨
降低
增大
不影响
【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件
【原理分析】根据合成氨反应特点，如何通过选择反应条件加快反应速率和提高平衡混合物中氨的含量。
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=-92.2kJ/mol
【数据分析】表中的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况(初始时氮气和氢气的体积比是1∶3)。分析表中数据，结合合成氨反应的特点，讨论应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量。
温度/℃ 氨的含量/%
0.1 MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4
【结论】①升高温度，氨的含量 ；这与反应速率是 的。
②增大压强，氨的含量 ；这与反应速率是 的。
降低
相矛盾
增大
相一致
【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件
实际生产条件的选择
①压强：合成氨时压强越大越好，但压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。
目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为10～30MPa
【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件
②温度：低温能提高平衡转化率，但会使化学反应速率 ，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的。
目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500℃
减小
【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件
③催化剂：
即使在高温、高压下，合成氨反应仍然进行得十分缓慢。
目前工业普遍使用铁触媒催化剂，改变反应历程，降低反应的 ，使反应物在较低温度时能较快地进行反应。该催化剂在500 ℃左右时的活性最大。这也是合成氨反应一般选择400-500 ℃进行的重要原因。另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化
活化能
【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件
④浓度：a.采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，以促使化学平衡向 的方向移动。
b.将氨分离后的原料气循环使用，并及时补充氮气和氢气，使反应物保持一定的浓度，以利于合成氨反应
生成NH3
【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件
合成氨适宜生产条件的选择原则
(1)既要注意反应条件对反应影响的一致性，又要注意反应条件对反应影响的矛盾性。
(2)既要注意温度、催化剂对反应速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的限制。
(3)既要注意理论上的需要，又要注意实际操作上的可能性。
【归纳总结】
【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件
明确目的
确定反应
原理分析
实验摸索
化学平衡
反应速率
设备可行
成本核算
模型构建
可行性
找条件
如何为化工生产选择适宜的条件？
利用天然气合成尿素的工艺流程
我国合成氨工业已走过了五十多年的路程，从小到大从弱到强，从3000吨/年——5000吨/年到45万吨/年，从碳铵到尿素。根据中国氮肥协会统计2019年合成氨产量5864.1万吨/年，位居世界第一，其中88%用来生产化肥。
【学习任务三】了解中国合成氨发展
【课后调查】合成氨的发展前景
1、常温常压下直接合成氨，相较于热催化能耗更低。查阅资料了解电化学催化合成氨的技术发展。
2、合成氨除了应用于化肥生产，还有什么用途？
【学习评价】
教材P49