2.4 化学反应的调控-【精讲课】2024-2025学年高二化学同步教学优质课件（人教版2019选择性必修1）

第1课时 化学反应的调控 第二章　化学反应速率与化学平衡 第四节 化学反应的调控 四川省双流棠湖中学 海棠化学备课组 1.通过工业合成氨的实例分析，认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用(重、难点)。 （模型认识） 2.通过对催化剂的介绍，知道催化剂可以改变反应历程，对调控反应速率具有重要意义。 （科学思维） 核心素养学习目标 创设情境 某些化学反应不能进行到底，存在一定的限度，上世纪炼铁炉修的很高是为了提高炼铁的产率，所以我们看到成都东郊记忆中炼铁炉很高。 试分析合成氨反应的特点，据此思考如何选择合适条件，加快合成氨的反应速率、提高氨的产率？ 首先在补铁剂的大情境下，引出检验补铁剂中铁元素价态存在形式的任务 3 【回归教材】请同学回归教材P46，从理论角度分析合成氨反应的条件有哪些？ N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) 已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1 【问题解决】请同学们尝试通过已知，回答下列问题 【问题1】自发性怎么样？ 【问题2】可逆性如何？ 【问题3】熵变怎么样？ 【问题4】焓变怎么样？ 任务一 理论分析合成氨反应的条件 常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 反应为可逆反应。 ΔS<0，正反应是气体体积减小的反应。 ΔH<0，正反应是放热反应。 【思考交流】请同学们结合原理分析，如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡转化率？(利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析) 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 压强 增大压强 增大压强 温度 升高温度 降低温度 催化剂 使用 无影响 浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度，降低生成物浓度 特别注意：二者在温度这一措施上是不一致的 任务一 理论分析合成氨反应的条件 【资料卡片】请同学们结合资料卡片，对数据进行分析，讨论实验数据的分析与理论分析的结论是否一致？ 实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。 特别注意：二者在温度这一措施上是不一致的 任务一 理论分析合成氨反应的条件 任务一 理论分析合成氨反应的条件 【评价训练1】判断正误 (1)工业合成氨的反应是ΔH<0、ΔS<0的反应，在任何温度下都可自发进行 （ ） (2)在合成氨的实际生产中，温度越低、压强越大越好 （ ） (3)在合成氨中，加入催化剂能提高原料的转化率 （ ） (4)催化剂在合成氨中质量没有改变，因此催化剂没有参与反应 （ ） (5)增大反应物的浓度，减少生成物的浓度，可以提高氨的产率 （ ） (6)合成氨中在提高速率和原料的转化率上对温度的要求是一致的 （ ） × √ × × × × 任务一 ，通过回顾研究无机物性质的模型，引导学生迁移分析，解决复杂问题，培养学生模型认知的化学学科素养。 【思考交流】请同学们思考讨论工业合成氨反应条件的选择主要基于哪些因素考虑？ 【回归教材】结合课本内容，实际生产中选择哪些适宜的条件呢? 注意选择这些条件的理由 化学反应速率； 化学反应限度； 生产实际 催化剂铁触媒、10～30 MPa、400～500 ℃ 任务二 工业合成氨的适宜条件 【模型建构】请同学们思考合成氨反应条件的选择原则应该从哪两个角度进行思考？并尝试建立分析此类问题的认知模型。 从反应速率和反应限度两个角度 尽量增大反应物的转化率，充分利用原料； 选择较快的化学反应速率， 提高单位时间内的产量； 考虑设备的要求和技术条件。 任务二 工业合成氨的适宜条件 【问题解决】请同学们思考讨论交流并解决下列问题 【问题1】反应限度角度应该考虑什么？ 【问题2】反应速率角度应该考虑什么？ 【问题3】设备技术角度应该考虑什么？ 【思考交流】请同学们结合上述认知模型，分析并交流合成氨反应的适宜条件 适宜条件 选择依据 压强 温度 催化剂 10～30 MPa 400～500 ℃ 铁触媒 压强越大，需要动力越大，对材料强度和设备的制造要求就越高。增加生产投资，降低综合经济效益 该温度下催化剂的活性最大，反应速率比较快， 氨的含量也相对较高。 以铁为主体的多成分催化剂。 任务二 工业合成氨的适宜条件 【问题解决】 结合上述合成氨反应的适宜条件，解决下列问题。 【问题1】催化剂对平衡转化率无影响，合成氨工业中为什么还使用催化剂？ 即使在高温、高压下，反应仍然十分缓慢。加入催化剂，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的发生反应。提高单位时间的生产效率，可提高经济效益。 【问题2】什么是催化剂中毒？工业上如何防止催化剂中毒？ 因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程称为催化剂中毒。原料气必须经过净化。 任务二 工业合成氨的适宜条件 【思考交流】 请同学们结合所学，讨论合成氨反应的适宜条件有哪些? 适宜条件 选择依据 浓度 其他 及时将氨气从反应混合物中分离出去，将未反应的N2和H2循环使用并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。 兼顾环保和效益 任务二 工业合成氨的适宜条件 【评价训练】正误判断 (1)使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，可提高原料的利用率 （ ） (2)在工业生产条件优化时，只考虑经济性就行，不用考虑环保 （ ） (3)合成氨反应选择在400～500 ℃进行的重要原因是催化剂在500 ℃左右时的活性最大 （ ） 2.已知氮气在催化剂上吸附分解为各基元反应中最慢的步骤。合成氨工业生产一般采用n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8的目的是什么？ 适当提高N2比例，加快合成氨的速率。 任务二 工业合成氨的适宜条件 √ × √ 【问题1】在实际生产中，采用的压强为常压，原因是 【问题2】在实际生产中，通入过量的空气，原因是 【问题3】尾气中SO2必须回收，原因是____________________________________ 在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增大对设备的要求而增大生产成本 增大反应物O2的浓度，有利于提高SO2的转化率 防止污染环境；循环利用，提高原料的利用率 任务二 工业合成氨的适宜条件 【问题解决】 结合上述合成氨反应的适宜条件，解决下列问题。 【评价训练1】下列有关合成氨工业的说法正确的是 A.N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的 合成 B.恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成 C.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 D.工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行 √ 应选择一个合适的投料比 对平衡无影响 ΔH－TΔS<0反应自发进行，而合成氨反应ΔH<0、ΔS<0，故在常温条件下该反应能自发进行。 任务二 工业合成氨的适宜条件 【评价训练2】(2023·石家庄十八中高二月考)下列关于工业合成氨的说法正确的是 A.工业合成氨采用的压强为10~30 MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好 B.选择不同的催化剂会改变此反应ΔH的数值 C.合成氨工业中采用低温以提高平衡转化率 D.合成氨工业中采用循环操作，主要是为了提高氮气和氢气的利用率 √ 任务二 工业合成氨的适宜条件 本课结束 今日作业 第2章 第四节 第1课时 课后作业训练 $$