高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二章 化学反应速率与化学平衡第四节 化学反应的调控教案及反思

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二章 化学反应速率与化学平衡第四节 化学反应的调控教案及反思，共3页。教案主要包含了教学目标，教学重难点，教学过程等内容，欢迎下载使用。
    第四节 化学反应的调控      【教学目标】1.了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件。2.了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异。3.认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用。【教学重难点】利用所学的化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题。【教学过程】1.新课导入[投影]神秘的魔鬼谷介绍。[设问]在新疆与青海交界处有一山谷，人称魔鬼谷。每当人畜进入后，经常电闪雷鸣，狂风暴雨，把人畜击毙。然而谷内却是牧草茂盛，四季常青。请解释一下原因。[师]这就是我们俗话经常说的，雷雨发庄稼。这其实也是固氮作用在生活中的一种应用。那么什么是固氮作用呢，我们一起来了解一下。[投影]将游离态氮转化为化合态氮的方法叫氮的固定。[引入]氮的固定中人工固氮应用很广， 而工业合成氨就是人工固氮技术的典型应用，下面我们就以工业合成氨生产条件的选择为例，研究化学反应的调控问题。[投影]合成氨的实地照片2.新课讲授[师]我们先来看一下合成氨的反应原理据此热化学方程式，你能看出工业合成氨有哪些反应特点吗？[生]思考并回答：反应为可逆反应，正反应是气体体积减小的反应，是放热反应， △H<0。[过渡]升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等，都可以使合成氨的反应速率增大；降低温度、增大压强、增大反应物浓度等有利于提高平衡混合物中氨的含量。催化剂可以增大反应速率，但不改变平衡混合物的组成。那么，在实际生产中到底选择哪些适宜的条件呢？[师]原理分析和对实验数据的分析均表明，合成氨时压强越大越好。但是，压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。目前，我国合成氨厂一般压强为10 MPa~30 MPa。[设问]合成氨时压强越大越好，为何不采用比30 MPa更大的压强？[学生活动]思考并回答。[讲解]压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这会加大生产投资，可能降低综合经济效益。[师]根据平衡移动原理，合成氨应该采用低温以提高平衡转化率。实验数据也说明了这一点。但是，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。因此，需要选择一个适宜的温度。目前，在实际生产中一般采用的温度为400~500 ℃。[设问]合成氨采用低温时可提高转化率，但为何未采用更低的温度？[学生活动]小组讨论并回答。[讲解]温度太低，反应速率太小，达到平衡所需的时间变长，不经济。另外，合成氨所需的催化剂铁触媒的活性在500 ℃左右活性最大。[师]即使在高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行得十分缓慢。通常采用加入催化剂的方法，改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地发生反应。目前，合成氨工业中普遍使用的是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，这也是合成氨一般选择400~500 ℃进行的重要原因。另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒"，原料气必须经过净化。[设问]合成氨工业采用迅速冷却法，使气态氨变为液氨后及时从混合物中分离出去的目的是什么？[生]使化学平衡向生成氨的方向移动。[师]综上可知,要使合成氨的化学反应具有理想的反应速率和反应物的平衡转化率,应掌握合成氨化学反应本身的特点,运用化学反应速率和化学平衡原理,同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素,综合确定合成氨的条件。当前,从所用催化剂的活性对温度的要求、工业生产对化学反应的速率与限度的要求、制作生产设备的材料性能和技术水平、追求生产投入与产品的最大正效益等实际情况来看,400~500 ℃的温度、10~30 MPa的压强和铁触媒的组合是合成氨的最佳条件。[强调]为了提高合成氨生产的综合经济效益,还有三点是不可忽视的:①使原料气中n(N2)∶n(H2)≈1∶3;②将从反应混合物中分离出来的氮气和氢气重新压缩后输入合成塔再次利用;③及时将NH3从平衡混合物中分离出来。[师]氨是最基本的化工原料之一，其人工制备的研究最早要追溯到1898年。当时，德国的弗兰克（A.Frank，1834-1916）等人研究出了氮气与碳化钙（CaC2）、水蒸气反应制备氨的方法。随后，这种方法被工业化。下面让我们一起来认识一下这位伟大的科学家——哈伯。[投影]弗里茨.哈伯：德国化学家，出生于一个犹太富商家中。1900年获得博士学位。1908年7月首次合成氨气，1909年7月建成每小时生产90克氨气的实验装置，1918年获得诺贝尔化学奖。      氨气的合成一方面使氮肥大量的工业化生产，提高了粮食的产量。另一方面氨氧化制得硝酸及TNT炸药。由于以上原因，德国才能将第一次世界大战延续了几年。     哈伯首创了使用化学毒剂的化学战，在第一次世界大战中有130万人受到化学战的伤害，其中9万人死亡。【板书】2.4 化学反应的调控一、合成氨反应条件的原理分析 二、实际合成氨工业中选择的生产条件1.压强：10~30 MPa2.温度：400-500 ℃3.催化剂：铁触媒