2.4 化学反应的调控 教案

人教版（2019） 选择性必修1 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、以工业合成氨为例，能从反应限度、反应速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。
教学重难点
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。
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
为了延长食物储存时间，我们将其放进冰箱冷藏室进行存放。这其中蕴含着怎样的科学原理呢？
二、新课讲授
【师】我们曾学过氮的相关知识，在自然界中可以实现氮的固定，那么在工业上怎样实现氮的固定呢？
【学生】
【提问】观察方程式，总结一下该反应有何特点？
【学生】反应为可逆反应；正反应是气体体积减小的反应；△H <0。
【师】合成氨反应为可逆反应，温度、压强、浓度等因素都会影响合成氨反应的进行。
【PPT】展示表格
对合成氨反应的影响
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
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【学生】讨论回答，完成表格
【师】由表格信息可知，升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等，都可以使合成氨的反应速率增大；降低温度、增大压强、增大反应物浓度等有利于提高平衡混合物中氨的含量。那么，在实际生产中到底选择哪些适宜的条件呢？
【学生】讨论回答
【PPT】展示图2-11和2-12
【师】原理分析和对实验数据的分析均表明，合成氨时压强越大越好。但是，压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，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，我国合成氨厂一般压强为10 MPa~30 MPa。
【师】根据平衡移动原理，合成氨应该采用低温以提高平衡转化率。实验数据也说明了这一点。但是，温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的。因此，需要选择一个适宜的温度。目前，在实际生产中一般采用的温度为400~500 ℃。
【提问】合成氨采用低温时可提高转化率，但为何未采用更低的温度？
【学生】温度太低，反应速率太小，达到平衡所需的时间变长，不经济。另外，合成氨所需的催化剂铁触媒的活性在500 ℃左右活性最大。
【师】即使在高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行得十分缓慢。通常采用加入催化剂的方法，改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地发生反应。目前，合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。铁触媒在500 ℃左右时的活性最大，这也是合成氨一般选择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。
【提问】合成氨工业采用迅速冷却法，使气态氨变为液氨后及时从混合物中分离出去的目的是什么？
【学生】使化学平衡向生成氨的方向移动。
板书设计
化学反应的调控
一、合成氨反应条件的原理分析
二、实际合成氨工业中选择的生产条件
1.压强：10~30 MPa
2.温度：400~500 ℃
3.催化剂：铁触媒