（人教版高中化學選擇性必修1）《化學反應的調(diào)控》教學設(shè)計課題名《化學反應的調(diào)控》教材分析本節(jié)教材是對本章所學內(nèi)容的實際應用，從化學反應的速率和平衡移動兩個方面，并結(jié)合實際對工業(yè)合成氨反應的條件進行選擇。新高考重視考察學生運用所學知識的能力，本節(jié)內(nèi)容是新增內(nèi)容，與新高考完美契合。教學目標宏觀辨識與微觀探析：能從化學反應的速率和平衡移動兩個方面分析工業(yè)合成氨反應條件的調(diào)控。科學探究與創(chuàng)新意識：結(jié)合設(shè)備條件、安全操作、經(jīng)濟成本等實際情況選擇工業(yè)合成氨反應的條件。科學精神與社會責任：能用本課學到的知識對化工生產(chǎn)的化學反應進行條件的選擇。教學重點 理論結(jié)合實際選擇工業(yè)合成氨反應的條件。教學難點 理論結(jié)合實際選擇工業(yè)合成氨反應的條件。教學方法講解，實驗，舉例教學準備教師準備：PPT學生準備：預習課本教學過程一、新課導入1.工業(yè)上如何選擇合成氨的條件教師：已知在298K時，工業(yè)合成氨的反應: N2(g)+3H2(g)  2NH3(g)ΔH＝－92.2 kJ·mol－1  ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1，問：該條件下反應能否自發(fā)進行？△ G =△H－T△S = －33.14 kJ·mol－1＜0，可以自發(fā)進行 該反應K(298K)>105,接近完全。但合成氨反應在常溫下反應速率極慢提高綜合經(jīng)濟效益理論：提高單位時間里合成氨的產(chǎn)量（化學反應速率）提高平衡混合物中氨的含量（化學平衡移動）實際：從生產(chǎn)成本、動力、材料、設(shè)備等對上述理論探討進一步論證，得出合理的條件。學生：化學反應的調(diào)控:通過改變反應條件使一個可能發(fā)生的反應按照某個方向進行[設(shè)計意圖]引導學生從化學反應的速率和平衡移動兩個方面思考工業(yè)上合成氨的條件。二、探究新知1.一、理論分析反應條件的調(diào)控教師：思考與討論N2(g)＋3H2(g)  ?  2NH3(g)  ΔH＝－92.4 kJ·mol－11、合成氨的原理分析：據(jù)合成氨反應的特點，應如何選擇反應條件，以增大合成氨的反應速率、提高平衡混合物中氨的含量？2、合成氨反應的數(shù)據(jù)分析：下表的實驗數(shù)據(jù)是在不同溫度、壓強下，平衡混合物中氨的含量的變化情況(初始時氮氣和氫氣的體積比是1：3)。 結(jié)論分析：①升高溫度，氨的含量降低，化學反應速率加快。兩者矛盾；②增大壓強，氨的含量增大，化學反應速率加快。兩者一致。思考：那么實際生成中到底選擇哪些適宜的條件呢？二、實際工業(yè)生產(chǎn)反應條件的調(diào)控1、壓強：合成氨廠一般采用的壓強為10 MPa~30 Mpa。【思考】合成氨時壓強越大越好,為何不采用比30 MPa更大的壓強?提示:壓強越大,對材料的強度和設(shè)備的制造要求也越高,需要的動力也越大,這會加大生產(chǎn)投資,可能降低綜合經(jīng)濟效益。 2、溫度：一般采用的溫度為400~500 ℃。【思考】合成氨采用低溫時可提高轉(zhuǎn)化率，但為何未采用更低的溫度?提示：溫度太低，反應速率太小，達到平衡所需的時間變長，不經(jīng)濟。升高溫度，轉(zhuǎn)化率降低，另外，合成氨所需的催化劑鐵觸媒的活性在500 ℃左右活性最大。3、催化劑：哈伯：鋨（劇毒）作催化劑，17.5 MPa~20.0 MPa、500~600 ℃氨含量超過6%博施：鐵作催化劑，開發(fā)了適合高溫、高壓下的合成設(shè)備設(shè)計了獲得大量廉價原料氣的方法目前，合成氨工業(yè)中普遍使用的是以鐵為主體的多成分催化劑，又稱鐵觸媒。鐵觸媒在500℃左右時的活性最大。    另外，為了防止混有的雜質(zhì)使催化劑“中毒”,原料氣必須經(jīng)過凈化。使用催化劑可使合成氨反應的速率提高上萬億倍。合成氨”里的中國人：2016年中科院大連化學物理研究所研究團隊研制合成了一種新型催化劑，將合成氨的溫度、壓強分別降到了350 ℃、1 MPa 。4、濃度原理分析：為提高平衡轉(zhuǎn)化率，工業(yè)上采取迅速冷卻的方法，使氨氣變成液氨并及時分離減小生成物濃度，平衡向正向移動，提高氨的產(chǎn)率。   實際分析：分離后的原料氣N2和H2，并及時補充循環(huán)使用，使反應物保持一定的濃度。綜上所述，工業(yè)上通常采用鐵觸媒、400～500 ℃、10～30 Mpa、N2和H2的投料比為1∶2.8，及時分離氨，原料氣循環(huán)使用。三、合成氨工業(yè)流程1、干燥、凈化：除去原料氣中的雜質(zhì)，防止催化劑“中毒”而降低或喪失催化活性。2、壓縮機加壓：增大壓強3、熱交換：合成氨為放熱反應，反應體系溫度逐漸升高，為原料氣反應提供熱量，故熱交換可充分利用能源，提高經(jīng)濟效益。4、冷卻：NH3的液化需較低溫度，迅速冷卻使氣態(tài)氨變成液氨后及時從平衡混合物中分離，促使平衡向生成NH3的方向移動。 5、循環(huán)使用原料氣：因合成氨為可逆反應，平衡混合物中含有原料氣，將NH3分離后的原料氣循環(huán)利用，并及時補充N2和H2，使反應物保持一定的濃度，以利于合成氨反應，提高經(jīng)濟效益。四、化學反應條件的控制1、影響化學反應進行的因素（1）內(nèi)因：參加反應的物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等本身因素；（2）外因：溫度、壓強、濃度、催化劑等反應條件。2、化學反應的調(diào)控（1）含義：通過改變反應條件使一個可能發(fā)生的反應按照某一方向進行。（2）考慮實際因素  a、結(jié)合設(shè)備條件、安全操作、經(jīng)濟成本等情況，綜合考慮影響化學反應速率和化學平衡的因素，尋找合適的生產(chǎn)條件。  b、根據(jù)環(huán)境保護及社會效益等方面的規(guī)定和要求做出分析，權(quán)衡利弊，才能實施生產(chǎn)。如何為一個化學反應選擇適宜的生產(chǎn)條件？學生：練習1、判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)溫度越高越利于合成氨反應平衡正向移動。 (　　)(2)合成氨反應中,壓強越大越利于增大反應速率和平衡正向移動。 (　　)(3)使用催化劑能提高合成氨反應物的平衡轉(zhuǎn)化率。 (　　)(4)充入的N2越多越有利于NH3的合成。 (      )(5)恒容條件下充入稀有氣體有利于NH3的合成。 (     )(6)工業(yè)合成氨的反應是熵增加的放熱反應，在任何溫度下都可自發(fā)進行。(     )練習2、有關(guān)合成氨工業(yè)的說法中,正確的是(　　)A、增大H2的濃度,可提高H2的轉(zhuǎn)化率B、由于氨易液化,N2、H2在實際生產(chǎn)中會循環(huán)使用,所以總體來說氨的產(chǎn)率很高C、合成氨工業(yè)的反應溫度控制在400~500 ℃,目的是使化學平衡向正反應方向移動D、合成氨廠采用的壓強是10 MPa~30 MPa,因為該壓強下鐵觸媒的活性最大練習3、在硫酸工業(yè)中,通過下列反應使SO2氧化成SO3:2SO2(g)+O2(g)   2SO3(g) ΔH=-198 kJ·mol-1。(已知催化劑是V2O5,在400~500 ℃時催化效果最好)下表為不同溫度和壓強下SO2的轉(zhuǎn)化率(%):1、根據(jù)化學理論分析,為了使二氧化硫盡可能轉(zhuǎn)化為三氧化硫，應選擇的條件是什么?2、在實際生產(chǎn)中,選定400~500 ℃作為操作溫度,其原因是什么?3、根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)分析,制取SO3時為什么不采用高壓?4、在生產(chǎn)中,通入過量空氣的目的是什么?5、尾氣中的SO2必須回收的目的是什么?[設(shè)計意圖]對工業(yè)合成氨的條件進行理論分析，找出實際合成氨的條件。板書設(shè)計一、理論分析反應條件的調(diào)控二、實際工業(yè)生產(chǎn)反應條件的調(diào)控1、壓強：2、溫度：3、催化劑：4、濃度三、合成氨工業(yè)流程四、化學反應條件的控制課后作業(yè) 練習冊上相關(guān)習題教學反思亮點：抓住升高溫度，氨的含量降低，化學反應速率加快。兩者矛盾這個點引導學生從理論和實際兩個方面思考工業(yè)合成氨的條件選擇。課堂教學建議：本節(jié)課與生產(chǎn)生活聯(lián)系緊密，教師應多聯(lián)系實際培養(yǎng)學生把書本知識應用到實際生產(chǎn)生活的能力。 

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第四節(jié) 化學反應的調(diào)控

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修1

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