2.4 化学反应的调控 课件-2025-2026学年上学期高二化学同步课件(人教版2019选择性必修1)

该高中化学课件聚焦化学反应的调控，核心涵盖调控目标（加快速率、提高产率）、依据（速率理论、平衡原理、ΔG判据）及方法（温度、浓度等）。通过生活实例（灭火、食物储存）与工业案例（合成氨）导入，衔接已学的反应速率和平衡知识，构建“理论—目标—应用”的学习支架。 其亮点在于以合成氨、硫酸工业为载体，结合化学史（哈伯-博施法）、数据表格（温度压强对转化率影响）及工业流程，培养科学思维（证据推理、方案设计）与科学态度（效益与环保）。采用“理论分析—实际条件优化—一般思路总结”的教学方法，帮助学生建立综合调控理念，教师可借助案例与检测提升教学实效。

第二章 化学反应速率与化学平衡 第四节 化学反应的调控 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 通过回顾反应速率、平衡及方向判断的核心知识，掌握化学反应调控的两大目标（加快有利反应速率、提高目标产物产率）与核心依据（速率理论、平衡原理、自发反应判据），深化宏观辨识与微观探析素养。​ 通过典型案例分析（如合成氨、硫酸工业），掌握调控反应的常用方法（温度、浓度、压强、催化剂选择），能结合具体反应设计合理调控方案，提升证据推理与综合应用能力。​ 结合化工生产、环境保护等实际场景，体会化学反应调控对提升生产效率、减少资源浪费的重要意义，增强科学态度与社会责任意识。 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 知识整合与依据认知：能系统整合反应速率理论、化学平衡原理及自发反应判据（ΔG=ΔH-TΔS），明确化学反应调控的核心目标（提升速率、优化产率）与底层逻辑，建立 “理论依据 — 调控目标” 的关联认知，理解速率与平衡的辩证统一关系。​ 能力实践与方案设计：能以合成氨、硫酸工业等典型反应为载体，运用温度、浓度、压强、催化剂等调控手段，结合设备成本、能耗等实际因素，分析并设计合理的反应调控方案；能通过数据或图像解读调控条件的优化逻辑，提升综合分析与实践设计能力。​ 素养塑造与价值认同：结合化学史（如哈伯 - 博施合成氨工艺发展）与工业实例，认识调控技术对农业、能源等领域的革命性意义；能权衡反应效率、经济成本与环境保护的关系，树立 “综合调控、绿色高效” 的科学理念，强化科学精神与社会责任素养。 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 我们对化学反应的调控并不陌生。例如，为了灭火，可以采取隔离可燃物、隔绝空气或降低温度等措施；为了延长食物储存时间，可以将它们保存在冰箱中。 这些是生活中对化学反应的调控，实际对化学反应的调控在工业上的应用更为广泛，我们以工业合成氨生产条件的为例，来进行研究。 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 合成氨的发展历程 20世纪 以前 生物固氮 H+，e- ADP 固氮 酶 NH3 ATP 1898年 1909年 德国A.弗兰克等人发现氮能与碳化钙固定而生成氰氨化钙，进一步与过热水蒸气反应即可获得氨 德国化学家Haber用锇催化剂将氮气与氢气在17.5～20MPa和500～600℃下直接合成 1912年 1985年 1990年 Furuya和Yoshiba 考察了26 种无机催化剂在气体 扩散电极上 NRR 产氨的性能 2007年 Gerhard Ertl对人工固氮技术的原理提供了详细的解释 Haber-Bosch法 铁基 催化剂 N2+H2 NH3 Pickett和Talarmin在N2饱和的四氢呋喃溶液中用汞阴极于-2.6V下恒电势电解，首次利用电化学方法还原氮气 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 生产的效率问题 产率问题 反应进行的方向 化学反应的速率 化学平衡(限度) 生产的可行性问题 根据所学内容，若要把一个化学反应投入生产，针对化学反应而言，需要考虑： 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 化学反应的调控 环节一：合成氨反应可行性分析 工业合成氨是人类科学的一项重大突破， 下面我们将以合成氨为例，研究化学反应的调控问题。 N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔH = -92.4kJ/mol ΔS = -198.2 J·mol-1·K-1 (1)可逆性：反应为可逆反应，需要考虑方向与限度等问题。 (2)焓变：ΔH < 0，熵变：ΔS < 0。 (3)自发性：常温(298 K)下，ΔH – TΔS < 0，能自发进行。 (4)转化率：常温下，平衡常数K = 4.1×106。 可行性分析：反应能自发进行，K值较大，反应较为完全，方案可行。 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 化学反应的调控 环节二：理论分析合成氨反应的条件 从理论出发，科学家在实验室模拟该实验，研究发现：室温下将氮气、氢气混合，即使在实验允许的最大压强下也几乎得不到氨气。 原因：反应速率过慢且产氨率较低 反应速率 化学平衡 外界条件 改变 增大合成氨的反应速率 提高平衡混合物中氨的含量 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 化学反应的调控 N2(g)＋3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 对合成氨反应的影响 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 增大 升温 增大 正催化剂 及时移走氨 降温 增大 不影响 增大C反应物 环节二：理论分析合成氨反应的条件 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 化学反应的调控 N2(g)＋3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 温度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4 环节二：理论分析合成氨反应的条件 温度一定，随着压强越大，反应速率增大，氨的含量升高 压强一定，随着温度升高，反应速率增大，氨的含量逐渐降低 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 化学反应的调控 环节二：理论分析合成氨反应的条件 升高温度、增大压强可以使合成氨的反应速率增大； 降低温度、增大压强有利于提高平衡混合物中氨的含量。 二者在温度这一措施上是不一致的 对数据进行分析，讨论增大反应速率和提高平衡混合物中的氨的含量对应的措施是否一致？ 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 化学反应的调控 环节二：理论分析合成氨反应的条件 升高温度、增大压强可以使合成氨的反应速率增大，化学平衡向生成氨的方向移动。 降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动，提高平衡混合物中氨的含量。 降低温度会导致反应速率减小 若温度太高，催化剂活性会减弱 压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 化学反应的调控 环节三：工业合成氨的适宜条件 那么，在实际生产中到底选择哪些适宜的条件呢？ 能耗 原料 环境 设备 成本 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 化学反应的调控 环节三：工业合成氨的适宜条件 压强 通过分析：压强越大，反应速率越快，平衡混合物中氨的含量也会越高。 但是压强越大，对材料的强度和设备的要求就越高，需要的动力也越大。 这会大大增加生产投资，导致降低综合经济效益。 目前来说，我国的合成氨厂一般采用的压强为10-30MPa。 约20%~40% 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 化学反应的调控 环节三：工业合成氨的适宜条件 温度 通过分析：低温有利于提高原料的平衡转化率。但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。 同时还需要考虑到催化剂的活性，铁触媒在500℃左右时活性最大。 目前来说，我国合成氨厂一般选择400-500℃的反应温度。 约10%~30% 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 化学反应的调控 催化剂 催化剂可以通过降低反应的活化能改变反应历程，使反应物在较低温度时能较快地进行反应。 合成氨反应通常采用加入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。 原料气还应经过净化后投入，否则可能造成催化剂中毒 环节三：工业合成氨的适宜条件 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 化学反应的调控 环节一：合成氨反应可行性分析 投料比 通过分析： 在N2和H2的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大。 因氮气价格低廉，适当提高N2的浓度，促进氢气转化。即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。 环节三：工业合成氨的适宜条件 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 化学反应的调控 浓度 实际生产中，还需考虑浓度对化学平衡的影响。 ①可以采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，以促使化学平衡向生成NH3的方向移动。 ②如果让N2和H2的混合气体只一次通过合成塔发生反应也是很不经济的，应将NH3分离后的原料气循环使用，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。 环节三：工业合成氨的适宜条件 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 化学反应的调控 环节三：工业合成氨的适宜条件 工业合成氨的适宜条件 压强 温度 催化剂 浓度 10～30 MPa 400～500 ℃ 铁触媒 及时移走产物氨、 投料比为1∶2.8 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 化学反应的调控 环节三：工业合成氨的适宜条件 工业合成氨流程示意图 制气→净化除杂→压缩→合成→冷却分离→循环压缩 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 化学反应的调控 环节四：化工生产中调控反应的一般思路 可行性分析 分析调控方法 实验摸索 选取恰当的反应 原理分析 确定最佳条件 化学平衡 反应速率 综合考虑： 设备要求 安全操作 经济成本 环境保护 社会效益 考虑参加反应的物质组成结构性质 等本身因素 增大转化率，充分利用原料 选择较快的反应速率 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 化学反应的调控 环节四：化工生产中调控反应的一般思路 条件 原则 从化学反应速率分析 从化学反应限度分析 从原料的利用率分析 从实际生产能力分析 从催化剂的使用活性分析 既不能过快，又不能太慢 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本 如设备承受高温、高压能力等 注意温度对催化剂的活性的限制 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性， 又要注意二者影响的矛盾性 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 知识建构 物质、能量交换 液态NH3 干燥 净化 N2+H2 N2+H2 防止催化剂中毒 增加原料利用率 N2+H2经过循环反应，可全部转化为NH3 压缩机加压 10MPa~30MPa N2+H2 热交换 N2+H2 铁触媒 400~500℃ N2+H2 NH3+N2+H2 NH3+N2+H2 冷却 制气→净化除杂→压缩→合成→冷却分离→循环压缩 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 1．下列关于工业生产过程的叙述正确的是（ ） A．联合制碱法中循环使用CO2和NH3，以提高原料利用率 B．硫酸工业中，SO2氧化为SO3时采用常压，因为高压会降低SO2转化率 C．合成氨生产中将NH3液化分离，可加快正反应速率，提高N2、H2的转化率 D．SO2在接触室被氧化成SO3，SO3在吸收塔内被吸收制成浓硫酸 D 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 2.合成氨对人类生存和发展有着重要意义，1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮，其合成原理为：   。下列说法不符合工业合成氨生产实际的是 A．增大压强，可增加单位体积内的活化分子数目，则速率增大 B．实际生产温度主要由催化剂决定 C．在实际生产中温度越高，化学反应速率一定越快 D．NH3液化分离有利于合成氨 C ΔH＝－92.4 kJ/mol N2＋3H2 2NH3 催化剂 高温、高压 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 3.1913年，德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。如图所示为哈伯法的流程图，下列说法错误的是 A．为保持足够高的原料转化率，应在反应达到一定时间时将氨从混合气中分离出去 B．操作①中“净化”可以防止催化剂中毒 C．操作③中“500℃”是催化剂催化活性的最佳温度 D．操作②④⑤均既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率 D 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 4.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＝－196.6 kJ·mol－1。(已知：催化剂是V2O5，在400～500 ℃时催化剂效果最好)下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率。 温度/℃ 平衡时SO2的转化率/% 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 (1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，应选择的条件是________________。 温度/℃ 平衡时SO2的转化率/% 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 450 ℃、10 MPa 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 (2)在实际生产中，选定的温度为400～500 ℃，原因是_____________ _________________________________________________________________________________________________。 温度/℃ 平衡时SO2的转化率/% 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 在此温度下， 催化剂活性最高。温度较低，会使反应速率减小，达到平衡所需时间变长；温度较高，SO2的转化率会降低 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 (3)在实际生产中，采用的压强为常压，原因是____________________ _____________________________________________________________________________________________________________。 温度/℃ 平衡时SO2的转化率/% 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 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 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 (4)在实际生产中，通入过量的空气，原因是______________________ ______________________。 温度/℃ 平衡时SO2的转化率/% 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 增大反应物O2的浓度， 有利于提高SO2的转化率 学习目标 课程标准 情境导入 教学进程 知识建构 检测反馈 (5)尾气中SO2必须回收，原因是_________________________________ ______________________。 温度/℃ 平衡时SO2的转化率/% 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 料的利用率(合理即可) 防止污染环境；循环利用，提高原 感谢您的观看 Thank you $