2.2.4 化学反应的调控 课件-2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

该高中化学课件聚焦化学反应的调控，以合成氨工业为核心案例，通过介绍德国化学家哈伯及合成氨反应式导入，连接反应方向（ΔG）、限度（K）分析，到外界条件对速率和平衡的影响，构建“原理分析—数据支撑—工业条件选择”的学习支架。 其亮点是以真实工业情境融合科学思维与科学探究，通过数据分析对比温度对速率和产率的矛盾，结合成本、设备等实际因素选择条件，设置评价题巩固平衡状态判断，末附思维导图梳理思路，助学生形成系统思维，也为教师提供清晰教学流程。

第二章 化学反应速率与化学平衡 第四节 化学反应的调控 时间：2025.11.7 化学魔法—空气变面包 人教版 2019选择性必修1 N2＋3H2 2NH3 催化剂 高温、高压 ΔH＝－92.4 kJ/mol 新课导入 N2(g) + O2(g) 2NO(g) ΔH＜0 活动一、原理分析 在选择反应时，首先要考虑反应的方向和限度。 1. 根据ΔG＝ΔH－TΔS考虑反应方向， 2. 根据K考虑反应进行的限度问题，从而选择合适的反应。 从化学平衡的视角？ N2(g) + O2(g) 2NO(g) K＝5×10-31 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) K＝5.0×108 ✔ 合成氨应该可行 常温下 1. 反应特点： 自发性：常温（298 K）下，ΔH－TΔS<0，能自发进行 化学反应的方向性？ N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝- 92.4 kJ·mol-1， ΔS＝- 198.2 J·mol-1·K-1 × 合成氨 难不难呢？ 600℃、20MPa， 在锇催化剂作用下，氨的产率只有_____ 2% 利用所学所知，我们如何设计合成氨的条件呢？ 可以从哪些角度分析？ 新课导入 对合成氨反应的影响 影响因素 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C反 升高 增大 加入铁触媒 降低 无影响 增大C反 增大 ΔH＝－92.4 kJ/mol N2＋3H2 2NH3 催化剂 高温、高压 及时移走氨 活动一、原理分析 2. 外界条件的影响： 温度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa 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 9.1 13.8 23.1 31.4 由表中数据可知，增大压强，降低温度均有利于提高平衡混合物中氨的含量 活动一、原理分析 3. 数据分析： 外界条件 使NH3生产得快 使NH3生产得多 理论选择适宜条件 反应物浓度 温度 压强 催化剂 增大浓度 增大浓度 增大浓度 高温 低温 矛盾 ？ 高压 高压 高压 使用 无影响 使用 速率分析 平衡分析 思考：在实际生产中到底选择哪些适宜的条件呢？ 活动一、原理分析 4. 总结分析 工业生产需要考虑的问题 速率 产率 经济 成本 安全 条件 设备 条件 多 快 好 省 1. 压强 ①原理分析：压强越大越好； 400℃下平衡时氨的体积分数随压强的变化 压强/MPa NH3的体积分数/% 80 60 40 20 40 60 80 100 20 0 活动二、适宜条件选择 ③结论：目前，一般采用的压强为10 MPa~30 MPa。 ②实际分析：压强过大，对设备要求越高，增加成本，降低综合经济效益。 ①原理分析：温度越低越好。 90 200 温度／℃ 400 300 600 500 80 70 60 40 30 50 20 10 0 10 MPa下平衡时氨的体积分数随温度的变化 NH3的体积分数/% 2. 温度 活动二、适宜条件选择 ③结论：目前，一般采用的温度为400 ~500 ℃。 ②实际分析：温度降低，反应速率减小，达到平衡时间变长，这在工业生产中是很不经济的。 ①原理分析：加催化剂能改变反应历程，降低反应活化能，加快反应速率。 3. 催化剂 活动二、适宜条件选择 ③结论：目前，一般加铁触媒。 ②实际分析：铁触媒在500℃左右时活性最大。这也是合成氨一般选择400-500 ℃进行的重要原因。 ①原理分析：增大反应物浓度或及时分离产物氨，平衡正向移动。 NH3的平衡体积分数随投料比变化 4. 浓度 活动二、适宜条件选择 ②实际分析：实验测得适当提高N2的浓度，n(N2):n(H2)=1: 2.8 时，更能促进氨的合成。 ③结论：迅速冷却氨气成液态并及时分离； 将氨分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2 。 可行性 化学平衡 反应速率 设备可行 成本核算 反应条件 确定反应 原理分析 实验摸索 明确目的 活动三、化工生产中调控反应的一般思路 选取适宜的化工生产条件时,要运用反应速率和化学平衡移动的相关知识，同时考虑化工生产中的动力、材料及设备等因素的影响，综合选取适宜的生产条件。 大家回顾一下咱们是怎么一步步寻找到工业合成氨的适宜条件的，由此我们可以初步归纳出化工生产中调控反应的一般思路。首先要选取一个恰当的反应。工业固氮我们选取了合成氨。 13 活动四、学习评价 2. 一定温度下，恒容密闭容器中充入一定量的N2和H2发生反应： N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ,ΔH<0 ①下列证据不能说明反应一定达到化学平衡状态的是________。 A.N2的转化率不再改变 B.容器内混合气体的密度不再改变 C.容器内的混合气体的压强不再改变 D. N2、H2、NH3 的浓度比为1:3:2 E. v正(N2)＝2v逆(NH3) F. 1 mol N≡N键断裂的同时，有6 mol N—H键形成 ②采取的下列措施既可以提高反应速率又可以提高原料转化率的是________(填字母)。 a.用铁触媒作催化剂 b.采用较高压强(20 MPa～50 MPa) c.采用较高温度(500 ℃左右) d.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来 e.采用适宜的低温 f.增加反应物的浓度，N2：H2≈1:2.8； ③该反应的平衡常数K（400℃，20Mpa） K（500℃，20Mpa）; BDEF bf ＞ 思维导图 大家回顾一下咱们是怎么一步步寻找到工业合成氨的适宜条件的，由此我们可以初步归纳出化工生产中调控反应的一般思路。首先要选取一个恰当的反应。工业固氮我们选取了合成氨。 15 $