2.4 化学反应的调控 教学设计

第二章 化学反应速率与化学平衡
第四节 化学反应的调控
教学设计
教学目标
1、认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。
2、知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。
教学重难点
1.重点：利用所学的化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题。
2.难点：利用所学的化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题。
教学过程
一、导入新课
[导入]我们对化学反应的调控并不陌生。例如，为了灭火，可以采取隔离可燃物、隔绝空气或降低温度等措施，你还知道生活中有哪些化学反应调控的例子吗？
[生]为了延长食物储存时间，可以将它们保存在冰箱中。
[师]下面我们以工业合成氨生产条件的选择为例，研究化学反应的调控问题。
二、讲授新课
知识点一 合成氨的反应原理
[师]工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下，根据这一反应你能概括出合成氨反应的那些特点？
[投影]N2+3H22NH3
[学生活动]小组讨论交流并作出回答。
[小结]反应的特点
(1)可逆反应 (2)放热反应 (3)气体分子总数减小的反应。
[师]由反应方程式我们可以知道合成氨的反应是在高温高压并且有催化剂的条件下进行的，那么大家知道实际生产中高温是多高的温度，高压又是指多高的压力吗？还有催化剂用的是什么呢？下面带大家一起来了解一下。
[投影]适宜化工生产条件的选择
温度：400~500 ℃；
压强：10~30 MPa；
催化剂：以铁为主的催化剂。
[提问]合成氨反应中催化剂的主要作用是什么?合成氨方案的主要优点是什么?
[提示]①催化剂的主要作用是提高反应速率。②合成氨方案的主要优点:反应物较易获得,通过改变反应条件可以提高氨的产率。
知识点二 工业合成氨最佳条件的选择
[过渡]那实际生产中到底是依据什么原理来选择这些适宜的条件的？
1、压强的选择
[讲解]合成氨反应是气态物质化学计量数之和减小的反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。
[讲解]压强越大，对设备的要求越高、压缩H2和N2所需要的动力越大，因此选择的压强应符合实际技术。
[小结]综合以上两点，根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，工业上一般采用10~30 MPa的压强。
2、温度的选择
[讲解]因为正反应放热，所以降低温度有利于平衡正向移动。温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。催化剂的催化活性在一定温度下才最大。
[小结]综合以上因素，工业上一般采用400~500 ℃左右的温度（主要考虑催化剂的活性）。
3、催化剂的选择
[讲解]使用催化剂，有利于增大化学反应速率，对平衡混合物中氨的含量没有影响。工业上一般采用铁触媒作为催化剂,使反应能在较低温度下较快地进行。
[小结]工业合成氮的适宜条件的归纳
外部条件
工业合成氨的适宜条件
压强
根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强（10~30 MPa）
温度
适宜温度，400~500℃左右
催化剂
使用铁触媒做催化剂
浓度
N2和H2的物质的量之比为1:2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去
课堂小结
综上可知,要使合成氨的化学反应具有理想的反应速率和反应物的平衡转化率,应掌握合成氨化学反应本身的特点,运用化学反应速率和化学平衡原理,同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素,综合确定合成氨的条件。当前,从所用催化剂的活性对温度的要求、工业生产对化学反应的速率与限度的要求、制作生产设备的材料性能和技术水平、追求生产投入与产品的最大正效益等实际情况来看,400~500 ℃的温度、10~30 MPa的压强和铁触媒的组合是合成氨的最佳条件。
板书设计
2.4 化学反应的调控
一、合成氨的反应原理
1、反应的化学方程式：N2+3H22NH3。
2、反应的特点
(1)可逆反应
(2)放热反应
(3)气体分子总数减小的反应
二、工业合成氨最佳条件的选择
温度：400~500 ℃；
压强：10~30 MPa；
催化剂：铁触媒