化学人教版 (2019)第四节 化学反应的调控精品教学课件ppt

课题名

《化学反应的调控》

教材分析

本节教材是对本章所学内容的实际应用，从化学反应的速率和平衡移动两个方面，并结合实际对工业合成氨反应的条件进行选择。新高考重视考察学生运用所学知识的能力，本节内容是新增内容，与新高考完美契合。

教学目标

宏观辨识与微观探析：能从化学反应的速率和平衡移动两个方面分析工业合成氨反应条件的调控。

科学探究与创新意识：结合设备条件、安全操作、经济成本等实际情况选择工业合成氨反应的条件。

科学精神与社会责任：能用本课学到的知识对化工生产的化学反应进行条件的选择。

教学重点

 理论结合实际选择工业合成氨反应的条件。

教学难点

 理论结合实际选择工业合成氨反应的条件。

教学方法

讲解，实验，举例

教学准备

教师准备：PPT

学生准备：预习课本

教学过程

一、新课导入

1.工业上如何选择合成氨的条件

教师：已知在298K时，工业合成氨的反应: N2(g)+3H2(g)  2NH3(g)

ΔH＝－92.2 kJ·mol－1  ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1，

问：该条件下反应能否自发进行？

△ G =△H－T△S = －33.14 kJ·mol－1＜0，可以自发进行

该反应K(298K)>105,接近完全。但合成氨反应在常温下反应速率极慢

提高综合经济效益

理论：

提高单位时间里合成氨的产量（化学反应速率）

提高平衡混合物中氨的含量（化学平衡移动）

实际：从生产成本、动力、材料、设备等对上述理论探讨进一步论证，得出合理的条件。

学生：化学反应的调控:通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某个方向进行

[设计意图]引导学生从化学反应的速率和平衡移动两个方面思考工业上合成氨的条件。

二、探究新知

1.一、理论分析反应条件的调控

教师：思考与讨论

N2(g)＋3H2(g)  ⇌  2NH3(g)  ΔH＝－92.4 kJ·mol－1

1、合成氨的原理分析：据合成氨反应的特点，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？

2、合成氨反应的数据分析：下表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)。

结论分析：

①升高温度，氨的含量降低，化学反应速率加快。两者矛盾；

②增大压强，氨的含量增大，化学反应速率加快。两者一致。

思考：那么实际生成中到底选择哪些适宜的条件呢？

二、实际工业生产反应条件的调控

1、压强：合成氨厂一般采用的压强为10 MPa~30 Mpa。

【思考】合成氨时压强越大越好,为何不采用比30 MPa更大的压强?

提示: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。

2、温度：一般采用的温度为400~500 ℃。

【思考】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?

提示：温度太低，反应速率太小，达到平衡所需的时间变长，不经济。升高温度，转化率降低，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。

3、催化剂：

哈伯：锇（剧毒）作催化剂，17.5 MPa~20.0 MPa、500~600 ℃氨含量超过6%

博施：铁作催化剂，开发了适合高温、高压下的合成设备设计了获得大量廉价原料气的方法

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。

    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。

使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。

合成氨”里的中国人：2016年中科院大连化学物理研究所研究团队研制合成了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350 ℃、1 MPa 。

4、浓度

原理分析：为提高平衡转化率，工业上采取迅速冷却的方法，使氨气变成液氨并及时分离减小生成物浓度，平衡向正向移动，提高氨的产率。  

实际分析：分离后的原料气N2和H2，并及时补充循环使用，使反应物保持一定的浓度。

综上所述，工业上通常采用铁触媒、400～500 ℃、10～30 Mpa、N2和H2的投料比为1∶2.8，及时分离氨，原料气循环使用。

三、合成氨工业流程

1、干燥、净化：除去原料气中的杂质，防止催化剂“中毒”而降低或丧失催化活性。

2、压缩机加压：增大压强

3、热交换：合成氨为放热反应，反应体系温度逐渐升高，为原料气反应提供热量，故热交换可充分利用能源，提高经济效益。

4、冷却：NH3的液化需较低温度，迅速冷却使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离，促使平衡向生成NH3的方向移动。

5、循环使用原料气：因合成氨为可逆反应，平衡混合物中含有原料气，将NH3分离后的原料气循环利用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度，以利于合成氨反应，提高经济效益。

四、化学反应条件的控制

1、影响化学反应进行的因素

（1）内因：参加反应的物质的组成、结构和性质等本身因素；

（2）外因：温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。

2、化学反应的调控

（1）含义：通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。

（2）考虑实际因素

  a、结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找合适的生产条件。

  b、根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。

如何为一个化学反应选择适宜的生产条件？

学生：练习1、判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)温度越高越利于合成氨反应平衡正向移动。 (　　)

(2)合成氨反应中,压强越大越利于增大反应速率和平衡正向移动。 (　　)

(3)使用催化剂能提高合成氨反应物的平衡转化率。 (　　)

(4)充入的N2越多越有利于NH3的合成。 (      )

(5)恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成。 (     )

(6)工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行。(     )

练习2、有关合成氨工业的说法中,正确的是(　　)

A、增大H2的浓度,可提高H2的转化率

B、由于氨易液化,N2、H2在实际生产中会循环使用,所以总体来说氨的产率很高

C、合成氨工业的反应温度控制在400~500 ℃,目的是使化学平衡向正反应方向移动

D、合成氨厂采用的压强是10 MPa~30 MPa,因为该压强下铁触媒的活性最大

练习3、在硫酸工业中,通过下列反应使SO2氧化成SO3:2SO2(g)+O2(g)   2SO3(g) ΔH=-198 kJ·mol-1。(已知催化剂是V2O5,在400~500 ℃时催化效果最好)下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%):

1、根据化学理论分析,为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，应选择的条件是什么?

2、在实际生产中,选定400~500 ℃作为操作温度,其原因是什么?

3、根据上表中的数据分析,制取SO3时为什么不采用高压?

4、在生产中,通入过量空气的目的是什么?

5、尾气中的SO2必须回收的目的是什么?

[设计意图]对工业合成氨的条件进行理论分析，找出实际合成氨的条件。

板书设计

一、理论分析反应条件的调控

二、实际工业生产反应条件的调控

1、压强：

2、温度：

3、催化剂：

4、浓度

三、合成氨工业流程

四、化学反应条件的控制

课后作业

练习册上相关习题

教学反思

亮点：抓住升高温度，氨的含量降低，化学反应速率加快。两者矛盾这个点引导学生从理论和实际两个方面思考工业合成氨的条件选择。

课堂教学建议：本节课与生产生活联系紧密，教师应多联系实际培养学生把书本知识应用到实际生产生活的能力。