高中化学人教版 (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案及反思

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这是一份高中化学人教版 (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案及反思，共3页。教案主要包含了教学目标，教学重难点，教学过程等内容，欢迎下载使用。

第四节化学反应的调控

【教学目标】

1.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。

2.了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异。

3.认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用。

【教学重难点】

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】

1.新课导入

[投影]神秘的魔鬼谷介绍。

[设问]在新疆与青海交界处有一山谷，人称魔鬼谷。每当人畜进入后，经常电闪雷鸣，狂风暴雨，把人畜击毙。然而谷内却是牧草茂盛，四季常青。请解释一下原因。

[师]这就是我们俗话经常说的，雷雨发庄稼。这其实也是固氮作用在生活中的一种应用。那么什么是固氮作用呢，我们一起来了解一下。

[投影]将游离态氮转化为化合态氮的方法叫氮的固定。

[引入]氮的固定中人工固氮应用很广，而工业合成氨就是人工固氮技术的典型应用，下面我们就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。

[投影]合成氨的实地照片

2.新课讲授

[师]我们先来看一下合成氨的反应原理

据此热化学方程式，你能看出工业合成氨有哪些反应特点吗？

[生]思考并回答：反应为可逆反应，正反应是气体体积减小的反应，是放热反应， △H<0。

[过渡]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。催化剂可以增大反应速率，但不改变平衡混合物的组成。那么，在实际生产中到底选择哪些适宜的条件呢？

[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。

[设问]合成氨时压强越大越好，为何不采用比30 MPa更大的压强？

[学生活动]思考并回答。

[讲解]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，这会加大生产投资，可能降低综合经济效益。

[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 ℃。

[设问]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？

[学生活动]小组讨论并回答。

[讲解]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。

[设问]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？

[生]使化学平衡向生成氨的方向移动。

[师]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。