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速率和化学平衡的综合调控，以合成氨工业为核心案例。通过1898年克鲁克斯“向空气要氮肥”的情境导入，结合物质分类、氮元素化合价等知识，以任务一选择反应（从自发性、限度分析）为支架，衔接任务二调控条件。 其亮点在于真实情境驱动与理论实际结合，通过对比方案ΔH、ΔS等数据培养科学思维，分析10～30 MPa压强等工业条件体现科学态度与责任，课堂练习迁移硫酸工业培养探究能力。学生能理解理论应用，教师可高效实施情境-任务教学。

2.4 化学反应的调控 课标解读： 认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用 知道催化剂可以改变反应的历程对调控化学反应速率具有重要意义 必备知识： 1、化学反应速率和化学平衡的影响因素 2、利用化学反应原理，了解调控化学反应速率和平衡的方法 关键能力：结合工业生产实际，了解化工条件的选择 学科素养：科学态度与社会责任 重点：合成氨反应中化学反应速率和化学平衡的综合调控 难点：形成多角度调控化学反应的思路 创设情境 meiyangyang8602 1898 年英国物理学家克鲁克斯“先天下之忧而忧”，率先发出“向空气要氮肥”的号召。 如何从空气中获得肥料？ 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 2 任务一 选择合适的工业反应 人工合成氮肥的物质转化 如何从空气中获得肥料？ 氢化物 单质 氧化物 酸 盐 物质分类 －3 0 ＋2 ＋4 ＋5 氮气 NH3 －3 0 NO NO2 HNO3 化合价 NH4＋ －3 N2 NO3－ ＋5 酸或酸性氧化物 方案一：N2(g)＋O2(g)⇌2NO(g) 方案二：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) 任务一 选择合适的工业反应 工业上选择哪种方法进行固氮，你的理由是？（提示：考虑化学反应的方向和化学反应的限度） 方案一：N2(g)+O2(g) ⇌ 2NO(g) △H=+180.5kJ/mol ; △S=+247.7J·mol-1·K-1 △H=-92.2kJ/mol; △S=-198.2J·mol-1 · K-1 常温下( 298K )=4.1×106 方案二：N2(g)+3H2(g) ⇌ 2NH3(g) 常温下( 298K ), K=3.8×10-31 常温下( 298K )，△G>0，反应不能自发进行 常温下( 298K )，△G<0，反应能自发进行 且反应进行程度大 任务一 选择合适的工业反应 假如你是合成氨的工程师，你如何为工厂设计合成氨的生产条件，结合我们所学的知识可以从哪些角度分析？ （1）多——提高平衡混合物里氨的含量【化学平衡】 （2）快——提高单位时间内氨的产量【化学反应速率】 （3）便宜——降低成本，提高原料利用率 （4）绿色——保护环境、设备的要求 【思考与讨论】教材P46页，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) N2(g)＋3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 任务二 工业合成氨的适宜条件 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 增大 升高 增大 使用 提高平衡混合物中氨的含量 增大反应物浓度 减小生成物浓度 降低 增大 无影响 实际生产 不一致 【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？ 任务一 理论分析合成氨反应的条件 【结论分析】①升高温度，氨的含量 ；这与反应速率是 的。 ②增大压强，氨的含量 ；这与反应速率是 的。 降低 相矛盾 增大 相一致 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 压强越大，NH3%越大。 温度越低，NH3%越大。 实验数据表明应采取的措施与理论一致。 【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 10～30 MPa、400～500 ℃、催化剂铁触媒、浓度 任务二 工业合成氨的适宜条件 任务二 工业合成氨的适宜条件 N2(g)＋3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 压强 ①原理分析： ②实际分析： ③结论 ： 目前，一般采用的压强为10 MPa~30 MPa。 合成氨时压强越大越好 压强小，NH3的产率、H2和N2的转化率低； 压强大，对设备的要求高、压缩气体需要的成本高 任务二 工业合成氨的适宜条件 温度 ①原理分析： ②实际分析： ③结论： 根据平衡移动原理， 合成氨应采用低温以提高平衡转化率 温度低，反应速率慢；温度高，NH3的产率、H2和N2的转化率低 目前，一般采用的温度为 400 ~500 ℃。 任务二 工业合成氨的适宜条件 催化剂 ①原理分析： ②实际分析： 催化剂不同温度下的催化能力 使用催化剂能改变反应历程，降低反应活化能，使反应物在较低温度时能较快地进行反应。目前合成氨工业中普遍使用的是铁触媒。 铁触媒在500℃左右时活性最大， 一般选择400 ~500 ℃ 混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气 必须经过净化 任务二 工业合成氨的适宜条件 实际生产条件的选择 浓度 　 ①原理分析： ②实际分析： 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。 分离后的原料气N2和 H2，及时补充并循环使用，使 反应物保持一定的浓度。 任务二 工业合成氨的适宜条件 【资料卡片】：NH3含量的实验测定结果 NH3的平衡体积分数随投料比变化的曲线 n(N2):n(H2)=1 : 2.8 最优 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 1:7 总结 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 增大 升高 增大 使用 提高平衡混合物中氨的含量 增大反应物浓度 减小生成物浓度 降低 增大 无影响 实际生产 一般400℃~ 500℃ 一般10MPa~ 30MPa 铁触媒 500 ℃ 循环N2和H2， 及时补充N2和H2 课堂练习 【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 （ ） (7)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 （ ） (8)在工业生产条件优化时，只考虑经济性就行，不用考虑环保 （ ） (9)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（ ） × √ × × × × √ × √ 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。 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？ 原料气中N2相对易得,适度过量有利于提高H2的转化率　 N2的吸附分解是决定反应速率的步骤,适度过量有利于提高整体反应速率  课堂练习 3、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 √ 4、(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 √ 课堂练习 5、（教材P51页，第3题）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 课堂练习 课堂练习 (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______________________。 (2)在实际生产中，选定的温度为400～500 ℃，原因是________ _____________________________________________________________________________________________________________。 (3)在实际生产中，采用的压强为常压，原因是 _____________________________________________________________________________________________________________________________________。 450℃、10 MPa 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 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 课堂练习 (4)在实际生产中，通入过量的空气，原因是__________________ __________________________。 (5)尾气中SO2必须回收，原因是______________________________ ________________________。 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(合理即可) 本课结束 今日作业 练案12 $