2.4 化学反应的调控 教学设计-2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

《第四节  化学反应的调控》教学设计

——人教版（2019）高中化学选择性必修1 化学反应原理

课时：1 课时（40 分钟）　课型：新授课

一、教材分析

本节是人教版（2019）高中化学选择性必修1第二章《化学反应速率与化学平衡》的第4节，是在学生学习了化学反应速率、化学平衡和化学反应的方向之后，对前面三节内容的综合运用与提升。教材以工业合成氨为典型素材，引导学生运用化学反应速率和化学平衡原理，结合合成氨生产中动力、设备、材料等实际情况，合理选择合成氨的生产条件。

合成氨是化学动力学基础理论和化学平衡理论综合应用的一个范例，更具有极大的生产价值。因为有了工业合成氨，才从根本上解决了人类生存的基本问题之一——"吃得饱"。本节教材体现了化学反应速率和平衡移动原理等理论对工业生产实践的指导作用，同时在运用理论的过程中，也可进一步加深学生对所学理论的理解。

本节内容包括两部分：一是合成氨反应条件的原理分析（从可逆性、焓变、熵变等角度判断反应的可行性，分析温度、压强、催化剂等条件对速率和平衡的影响）；二是实际合成氨工业生产条件的选择（综合考虑速率、限度、设备、成本、催化剂活性等因素，形成化工生产中调控化学反应的一般思路）。

二、学情分析

通过本章前三节的学习，学生已经掌握了判断化学反应方向的判据，讨论了化学反应速率及其影响因素以及化学平衡移动原理，具备了相应的知识基础。但这部分知识比较抽象，学生在孤立地运用单一原理分析问题时比较顺利，一旦面对真实的工业生产情境，需要同时兼顾速率与限度、理论与实际等多重矛盾时，往往顾此失彼。

从认知特点来看，高二学生已经具备了一定的逻辑推理能力和数据分析能力，能够进行简单的多因素综合分析。但学生在学习本节内容时，可能会遇到以下困难：一是对"速率与限度对同一条件的要求可能相互矛盾"缺乏思想准备；二是对工业生产中设备耐压、催化剂活性、经济效益等非纯化学因素考虑不足；三是难以把零散的条件选择上升为系统的调控模型。

因此，教学中要从学生熟悉的社会情境引入，激发学习兴趣；要引导学生自己进行理论分析和数据讨论，理解合成氨条件选择的来龙去脉；要通过具体实例帮助学生建立"速率—限度—技术—效益"多角度考虑工业问题的思维模型。

三、教学目标（核心素养目标）

（1）宏观辨识与微观探析：能从化学反应速率和化学平衡两个角度综合分析外界条件对合成氨反应的影响，理解实际生产条件的选择是速率与限度统筹兼顾的结果。

（2）变化观念与平衡思想：认识合成氨反应的限度和速率随条件改变而变化，能依据平衡移动原理和速率理论对生产条件做出预测和解释。

（3）证据推理与模型认知：通过分析不同温度、压强下平衡混合物中氨的含量的实验数据，形成"依据数据、综合权衡、优化条件"的证据推理思路；构建化工生产中调控化学反应的一般思维模型。

（4）科学态度与社会责任：通过合成氨工业发展史实，感悟科学家攻坚克难、勇于探索的科学精神，认识化学对解决粮食安全问题、推动社会进步的巨大贡献，增强社会责任感。

四、教学重难点

教学重点：从化学反应速率和化学平衡两个角度综合调控合成氨反应；工业生产中选择适宜生产条件的原则。

教学难点：形成多角度调控化学反应的思维模型；理解速率与限度对同一条件的要求发生矛盾时的统筹兼顾原则。

五、教学方法与教学准备

教学方法：案例分析教学法、问题驱动教学法、讲授法与讨论法相结合、数据表格分析法、多媒体辅助教学法。

教学准备：多媒体课件（含粮食安全新闻图片、合成氨工厂图片、不同温度和压强下平衡混合物中氨的含量的数据表、合成氨生产流程示意图），合成氨反应原理分析表学案，课堂练习学案。

六、教学过程（40 分钟）

（一）新课导入（约 4 分钟）

教师展示图片：我国粮食丰收的场景与国家粮仓；同时展示一段新闻材料——近年来国际粮食市场波动加剧，部分国家一度限制粮食出口，粮食安全再次成为全社会关注的焦点。

教师提问：同学们，"手中有粮，心中不慌"。粮食增产有哪些途径？其中化肥起着怎样的作用？

学生活动：观察图片，思考并自由发言（改良作物品种、科学施肥、防治病虫害等）。

教师引导：化肥中用量最大的是氮肥。空气中含有约78%（体积分数）的氮气，能不能"向空气要氮肥"，把空气中的氮气转化为氮肥的原料——氨呢？这正是化学要解决的问题。氮气与氢气化合生成氨的反应，就是在高温、高压和催化剂条件下进行的。这节课我们就以工业合成氨为例，研究化学反应的调控问题。

（二）合成氨反应条件的原理分析（约 12 分钟）

1.合成氨反应的特点（约 4 分钟）。

教师板书合成氨的热化学方程式并引导学生分析反应特点：

教师提问：根据这一热化学方程式，你能概括出合成氨反应的哪些特点？请从可逆性、体积变化、焓变三个方面考虑。

学生活动：小组讨论交流并作出回答。

小结反应特点：一是可逆反应；二是正反应是气体分子总数减小的反应；三是正反应为放热反应（ΔH＜0）。

教师追问：结合上节课内容，该反应是熵增还是熵减？能否自发进行？

学生回答：该反应是熵减反应（ΔS＜0），根据ΔG＝ΔH−TΔS，在低温条件下可以自发进行。

2.外界条件对速率和平衡影响的原理分析（约 8 分钟）。

教师提出问题：确定反应可以自发进行后，我们来看外界条件（温度、压强、催化剂）的改变对反应速率及化学平衡分别会有什么影响？请同学们结合前面所学的速率理论和平衡移动原理完成分析。

教师展示教材表2-2数据（图1）：不同温度、压强下平衡混合物中氨的含量的实验数据。

图1　不同温度、压强下平衡混合物中NH3的体积分数

教师引导学生分析数据：请同学们从表中找出规律——温度升高，平衡混合物中氨的含量如何变化？压强增大呢？

学生活动：分析数据并回答。同一压强下，温度越高，氨的含量越低；同一温度下，压强越大，氨的含量越高。