新授课
第二章 化学反应速率与化学平衡
第14课时 化学反应的调控
【学习目标】
1.认识合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响。 2.了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异。
【学习活动】
学习任务
目标一：认识合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响。 任务1：在298K时，实验测得溶液中 工业合成氨的反应为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。该反应的特点是反应可逆、正反应是放热反应、正反应熵减小。已知在298 K时：ΔH=-92.2 kJ·mol-1；ΔS=-198.2 J·K-1·mol-1。思考以下问题： （1）根据反应的焓变和熵变分析298K下氨的合成反应能否正向自发进行。 （2）利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成。 任务2：工业上利用反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)合成氨。相同温度下,在体积为1 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。 实验测得起、始平衡时的有关数据如下表: 编号起始时各物质的物质的量/mol平衡时反应的能量变化N2H2NH3①130放出热量a kJ②230放出热量b kJ
（1）计算容器①中反应物N2的转化率。 （2）写出容器①中反应的化学平衡常数的计算式。 （3）两个容器中合成氨反应的平衡常数有什么关系 比较两个容器中N2、H2的转化率的大小关系。
目标二：了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异。 任务1：阅读教材p44-p47内容，完成下列问题。 1.工业合成氨主要考虑哪些因素 2.合成氨的生产流程如下: （1）工业生产中增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？为什么？ （2）既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？为什么？ （3）在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？ （4）怎样提高N2、H2的利用率 在合成氨工业中反应物的浓度怎么定？ 任务2：（1）合成氨的整个工业生产包括造气、净化、合成氨三大部分。为了提高合成氨生产的能力，还可以在哪些方面做进一步改进 （2）在实际生产中化工生产适宜条件选择的一般原则是什么？ 条件原则从化学反应速率分析从化学反应限度分析从原料的利用率分析从实际生产能力分析从催化剂的使用活性分析
【学习总结】
回顾本课所学，画出思维导图
2新授课
第二章 化学反应速率与化学平衡
第14课时 化学反应的调控
【学习目标】
1.认识合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响。 2.了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异。
【学习活动】
学习任务
目标一：认识合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响。 任务1：在298K时，实验测得溶液中 工业合成氨的反应为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。该反应的特点是反应可逆、正反应是放热反应、正反应熵减小。已知在298 K时：ΔH=-92.2 kJ·mol-1；ΔS=-198.2 J·K-1·mol-1。思考以下问题： （1）根据反应的焓变和熵变分析298K下氨的合成反应能否正向自发进行。 参考答案：ΔG=ΔH-TΔS=-92.2kJ·mol-1-298K×（-198.2kJ·K-1·mol-1×10-3 ）=-33.1kJ·mol-1＜0 通过分析我们可以得出，氨合成反应的特点为：在298K时能正向自发进行的放热反应，且为气体的物质的量减小的熵减反应。 （2）利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成。 参考答案：降低温度、增大压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。 任务2：工业上利用反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)合成氨。相同温度下,在体积为1 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。 实验测得起、始平衡时的有关数据如下表: 编号起始时各物质的物质的量/mol平衡时反应的能量变化N2H2NH3①130放出热量a kJ②230放出热量b kJ
（1）计算容器①中反应物N2的转化率。 参考答案：1 mol N2完全反应时放出的热量为92.4 kJ,①中平衡时放出热量a kJ,则反应物N2的转化率为。 （2）写出容器①中反应的化学平衡常数的计算式。 参考答案： N2 + 3H2 2NH3 初始浓度(mol·L-1) 1 3 0 转化浓度(mol·L-1) 平衡浓度(mol·L-1) 1- 3- K==。 （3）两个容器中合成氨反应的平衡常数有什么关系 比较两个容器中N2、H2的转化率的大小关系。 参考答案：相等。N2的转化率:①>②;H2的转化率:②>①。
目标二：了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异。 任务1：阅读教材p44-p47内容，完成下列问题。 1.工业合成氨主要考虑哪些因素 参考答案：化学反应速率、原料的利用率、单位时间内的产量、生产中的耗能、设备条件等因素。 2.合成氨的生产流程如下: （1）工业生产中增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？为什么？ 参考答案：不是。因为温度一定时，增大混合气体的压强对合成氨的速率和平衡都有利，但压强越大需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，一般采用10～30 MPa。 （2）既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？为什么？ 参考答案：不是。因为从平衡的角度考虑，合成氨低温有利，但是温度过低反应速率很慢，需要很长时间才能达到平衡，很不经济，所以实际生产中，采用500 ℃左右的适宜温度(在此温度时催化剂的活性最大)。 （3）在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？ 参考答案：为了加快反应速率，采用以铁为主的催化剂。 （4）怎样提高N2、H2的利用率 在合成氨工业中反应物的浓度怎么定？ 参考答案：将未化合的N2、H2循环使用。 增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，更能促进氨的合成，还能提高氢气的利用率，降低成本。 任务2：（1）合成氨的整个工业生产包括造气、净化、合成氨三大部分。为了提高合成氨生产的能力，还可以在哪些方面做进一步改进 参考答案：原料的价格、未转化的合成气（氮气和氢气）的循环使用、反应热的综合利用 （2）在实际生产中化工生产适宜条件选择的一般原则是什么？ 条件原则从化学反应速率分析既不能过快，又不能太慢从化学反应限度分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性从原料的利用率分析增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本从实际生产能力分析如设备承受高温、高压能力等从催化剂的使用活性分析注意温度对催化剂的活性的限制
【学习总结】
回顾本课所学，画出思维导图
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