第二章第四节 化学反应的调控课件—2026—2027学年高二上学期化学人教版选择性必修一

该高中化学课件聚焦化学反应速率与化学平衡的综合调控，以工业合成氨为核心案例。课堂导入通过20世纪粮食危机的历史背景引出固氮需求，结合合成氨与氮气氧化反应的ΔG、K值等数据对比，引导学生分析反应自发性和工业适用性，搭建从理论到实践的学习支架。 其亮点在于融合科学思维与科学态度，通过热力学数据推理反应可行性，结合工业条件优化（如10-30MPa压强选择、铁触媒活性温度）培养证据推理能力。借助合成氨三次诺贝尔化学奖及中国团队研究，渗透科学精神与责任。小结形成“理论-实践-思想”三层思路，助力学生构建系统调控方法，教师可依托案例提升教学实效。

第四节 化学反应的调控 第二章 化学反应速率与化学平衡 人教版 高二年级 选择性必修一 Z 1.通过工业合成氨适宜条件的选择与优化认识化学反应速率和化学平衡综合调控在生产生活和科学研究中的重要作用。 2.在合成氨适宜条件的讨论中，形成多角度分析化学反应和化工生产条件的思路，体会化学反应原理的应用价值。 合成氨反应中化学反应速率和化学平衡综合调控。 形成多角度调控化学反应的思路。 教学目标 重点 难点 教学目标 教学目标与重难点 历史背景：20世纪初，世界人口激增粮食缺乏，有机肥料已经无法满足土壤对氮肥的需求。英国物理学家克鲁克斯率先发出“向空气要氮肥”的号召 思考1：循环图中哪个过程可以在工业生产中实现固氮？ N2+O2 2NO 放电或高温 ========= N2 + 3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 课堂引入 N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔH = −92.4 kJ·mol-1 298K，101kPa 时，ΔS = −198.2 J·mol-1·K-1 N2(g) + O2(g) ⇌ 2NO(g) ΔH = +180 kJ·mol-1 298K，101kPa 时，ΔS = +24.8 J·mol-1·K-1 ΔG = ΔH − TΔS = −33.3 kJ·mol-1 ΔG = ΔH − TΔS = +172.6 kJ·mol-1 思考2：结合数据，分析下面两个反应可以自发进行吗？哪个反应更适合工业固氮？ 经验判断：一般△G越小，K越大 正向进行的程度大 常温常压下可自发进行 常温常压下不自发进行 思考3：结合下表，分析哪个反应更适合工业固氮？ 寻找反应 思考4：为什么该反应K值很大，实际反应时却需要苛刻的条件呢？ N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔH = −92.4 kJ·mol-1 K=5×108 N N 反应很慢（破坏氮氮三键需要很高的能量），但升高温度会导致反应ΔG > 0使得氨气又分解。在1000℃时，合成氨只占到混合气体的0.01，根本没有意义。 ΔG = ΔH − TΔS 思考5：可以从哪些角度选择合适的工业合成氨的生产条件？ 产率 速率 安全 设备 经济 多 快 好 省 寻找反应 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 温度 压强 催化剂 浓度 N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔH = −92.4 kJ·mol-1 K=5×108 高温 高压 需要 补充：优质催化剂的特点 催化活性高（提高反应速率） 稳定性好（耐用） 不易中毒 （有杂质可能使催化剂失去活性而中毒） 价格低廉 原料来源易得，容易制备 环保出发：原料本身低毒无毒 从理论分析反应条件 合成氨的催化剂探索过程 400~500℃催化活性最大 效果好，但储量极少，且有剧毒 锇 铀 铀价格昂贵，性质过于活泼 1909年哈伯 1922年博施 经过2500种配方，2万多次试验 铁触媒 催化活性高，原料易得，性质稳定 图：相同时间内氨的含量与温度、催化剂的关系 从理论分析反应条件 ①扩散 ②吸附（N2吸附最难） ③表面反应 ④脱附 ⑤反向扩散 铁触媒 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 温度 压强 催化剂 浓度 高温 高压 铁触媒（活性温度400-500℃） 增大反应物浓度 减小生成物浓度 低温 高压 无影响 增大反应物浓度 400-500℃ 从理论分析反应条件 思考6：高压既能提高化学反应速率又能提高转化率，所以是不是选择100MPa？ 压强越大，对材料、设备要求越高，增加生产投资，可能降低综合经济效益 10-30MPa即可 从实践探寻反应条件 一般采用n(N2):n(H2) = 1:2.8 ①从平衡角度分析，n(N2):n(H2)=1:3时，平衡转化率最大，氨气百分含量最多 ②实验测得适当提高N2的浓度，从而增加N2的吸附浓度，加快决速步骤的反应速率，n(N2):n(H2)=1:2.8时，更能促进氨的合成 ③增加 N2的浓度还可以提高H2的转化率 图：NH3的平衡体积分数随投料比变化的曲线 思考7：结合下图分析，为使得氨气的平衡体积分数最大，n(N2):n(H2)应为？ 从实践探寻反应条件 增大反应物浓度 减小生成物浓度 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 温度 压强 催化剂 浓度 N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔH = −92.4 kJ·mol-1 K=5×108 高温 高压 铁触媒（活性温度400-500℃） 增大反应物浓度 低温 高压 无影响 400-500℃ 10-30MPa 增大N2和H2浓度 n(N2):n(H2) = 1:2.8 从实践探寻反应条件 及时移走NH3 从实践探寻反应条件 防止催化剂“中毒”，原料气必须经过净化 反应 “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。 分离产物 反应放热 原料循环利用 迅速冷却 工业流程示意图 哈伯 （1918年） 合成氨的基础开发工 博施 （1931年） 实现了合成氨的工业化 埃特尔 （2007年） 揭开了合成氨的“天机” 合成氨的三次诺贝尔化学奖 “合成氨”里的中国人：2016年中科院大连化学物理研究所研究团队研制合成了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1 MPa 更加节能、降低成本 科学史话 化学反应调控的一般思路 理论层面 反应方向：自发的反应 反应速率：优先考虑催化剂 反应限度：实际一般都不会反应到平衡态 实践层面 设备、成本、耗能 循环工艺：提高原料的利用率（转化率） 思想层面 绿色化学 可持续发展 课堂小结 P51 T3 低温、高压 该温度是催化剂的活性温度，选择此温度可提高反应速率，缩短反应达到平衡所需要的时间 课堂检测 P51 T3 增大O2的浓度，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 在常压下，400~500℃时，SO2的转化率已经很高了，若再加压对设备及动力系统要求高，加大了成本和能量消耗，不适宜。 课堂检测 1. 下列有关合成氨工业的说法中，正确的是 从合成塔出来的混合气体中，其中NH3只占15%，但依靠循环工艺，所以总体上，合成氨的产率较高 使用催化剂能提高原料的转化率 合成氨工业的反应温度控制在400~500℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动 N2、H2循环利用来提高原料利用率，可用勒夏特列原理解释。 A 2.根据工业合成氨反应的特点分析，当前最有前途的研究发展方向是 研制耐高压的合成塔 采用超大规模的工业生产 研制耐低温复合催化剂 探索不用H2和N2合成氨的新途径 C 课堂检测 $