1.認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的綜合調(diào)控在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要作用。2.知道催化劑可以改變反應(yīng)歷程，對(duì)調(diào)控反應(yīng)速率具有重要意義。3.能運(yùn)用溫度、濃度、壓強(qiáng)和催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律解釋生產(chǎn)、生活、實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)際問(wèn)題，能討論化學(xué)反應(yīng)條件的選擇和優(yōu)化。1.變化觀念與平衡思想:能運(yùn)用濃度、壓強(qiáng)、溫度和催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的影響規(guī)律，討論化學(xué)反應(yīng)條件的選擇和優(yōu)化。⒉宏觀辨識(shí)與微觀探析:針對(duì)典型案例，能從限度、速率等角度對(duì)化學(xué)反應(yīng)和化工生產(chǎn)條件進(jìn)行綜合分析。學(xué)習(xí)目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)第四節(jié)

化學(xué)反應(yīng)

的調(diào)控第二章化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)反應(yīng)平衡自然固氮雷電/大氣/高能固氮N2＋O22NO放電或高溫

H＝＋180.5kJ?mol-1工業(yè)合成氨人工固氮N2＋3H22NH3高溫、高壓催化劑

H＝－92.2kJ?mol-1

S＝－198.2J?mol-1?k-1K=5.0×108高溫下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行ΔH>0ΔS>0低溫下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行ΔH<0ΔS<0任務(wù)一、重走固氮路思考1:如果你是當(dāng)時(shí)的科學(xué)家，你會(huì)選擇哪個(gè)方案?理由?1898年，英國(guó)科學(xué)家克魯克斯發(fā)出“向空氣要面包”的號(hào)召

S＝＋124J?mol-1?k-1K=3.8×10-31人工固氮(合成氨法)從反應(yīng)進(jìn)行方向看

G=

H-T

S<0從反應(yīng)限度看K值較大，反應(yīng)能進(jìn)行完全方案可行任務(wù)一、重走固氮路思考2:工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)該考慮那些問(wèn)題呢？

多快好省小組研學(xué)化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)平衡移動(dòng)環(huán)保問(wèn)題設(shè)備安全能源消耗原料利用率從理論出發(fā)，科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室模擬該實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)：室溫下將氮?dú)?、氫氣混合，即使在?shí)驗(yàn)允許的最大壓強(qiáng)下也幾乎得不到氨氣。反應(yīng)速率過(guò)慢且產(chǎn)氨率較低化學(xué)平衡外界條件改變?cè)龃蠛铣砂钡姆磻?yīng)速率提高平衡混合物中氨的含量任務(wù)二、工業(yè)合成氨反應(yīng)條件的理論分析如何改進(jìn)上述所遇的問(wèn)題呢？合作探究反應(yīng)速率問(wèn)題1：合成氨的催化劑發(fā)展過(guò)程？問(wèn)題2：目前催化合成氨的催化劑是什么？請(qǐng)化學(xué)助手豆包給大家解答問(wèn)題化學(xué)助手豆包據(jù)統(tǒng)計(jì)，約90%以上的化學(xué)工業(yè)過(guò)程中都使用催化劑。合成氨需要用到催化劑鐵觸媒，為了尋找合適的催化劑，博施及其研究組進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，一直到1922年，共進(jìn)行了超過(guò)2500種配方的20000多次試驗(yàn)，終于篩選出了合成氨工業(yè)用催化劑。盡管后來(lái)不斷地改進(jìn)，但這種類型的催化劑一直沿用至今。知識(shí)拓展科學(xué)探索沒(méi)有止境，未來(lái)等待你們挑戰(zhàn)對(duì)合成氨反應(yīng)的影響影響因素濃度溫度壓強(qiáng)催化劑增大合成氨的反應(yīng)速率提高平衡混合物中氨的含量ΔH＝－92.4kJ/mol增大升高增大加入鐵觸媒降低無(wú)影響增大增大根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，應(yīng)如何選擇反應(yīng)條件，以增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡混合物中氨的含量？N2＋3H22NH3高溫、高壓催化劑合作探究任務(wù)二、工業(yè)合成氨反應(yīng)條件的理論分析數(shù)據(jù)分析分析表中數(shù)據(jù)，討論應(yīng)如何選擇反應(yīng)條件？增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡混合物中氨的含量的措施是否一致？不同條件下，合成氨反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)反應(yīng)混合物中氨的含量(體積分?jǐn)?shù))溫度/℃氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.4(初始時(shí)氮?dú)夂蜌錃獾捏w積比是1∶3)合作探究任務(wù)二、工業(yè)合成氨反應(yīng)條件的理論分析數(shù)據(jù)分析不同條件下，合成氨反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)反應(yīng)混合物中氨的含量(體積分?jǐn)?shù))溫度/℃氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.4(初始時(shí)氮?dú)夂蜌錃獾捏w積比是1∶3)合作探究分析表中數(shù)據(jù)，可知：溫度一定，隨著壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率增大，氨的含量升高任務(wù)二、工業(yè)合成氨反應(yīng)條件的理論分析分析表中數(shù)據(jù)，可知：壓強(qiáng)一定，隨著溫度越大，反應(yīng)速率增大，氨的含量降低壓強(qiáng)越大，對(duì)材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求就越高，需要的動(dòng)力也越大。圖像分析——壓強(qiáng)會(huì)大大增加生產(chǎn)投資，并可能降低綜合經(jīng)濟(jì)效益提示20%~40%我國(guó)的合成氨廠一般采用的壓強(qiáng)為10MPa~30MPa思考3:合成氨時(shí)壓強(qiáng)越大越好嗎?壓強(qiáng)的選擇—成本與效益的博弈任務(wù)三、工業(yè)合成氨反應(yīng)條件的控制圖像分析——溫度與催化劑實(shí)際生產(chǎn)中一般采用的溫度為400~500℃提示溫度降低，速率太慢，達(dá)到平衡所需時(shí)間變長(zhǎng)，這在工業(yè)生產(chǎn)中很不符合經(jīng)濟(jì)效益，升高溫度，轉(zhuǎn)化率降低，合成氨所需的催化劑鐵觸媒的活性在500℃左右活性最大。10%~30%為了防止混有的雜質(zhì)使催化劑“中毒”，原料氣必須經(jīng)過(guò)凈化。溫度的選擇—快與少、慢與多的權(quán)衡任務(wù)三、工業(yè)合成氨反應(yīng)條件的控制資料:500°C和30MPa時(shí)，合成氨平衡混合物中NH3的體積分?jǐn)?shù)為26.4%。思考4:如何提高原料的轉(zhuǎn)化率?方法一：分離出NH3以促使平衡正向移動(dòng)

迅速冷卻方法二：應(yīng)將NH3分離后的原料氣循環(huán)利用，并及時(shí)補(bǔ)充反應(yīng)物使反應(yīng)物濃度保持1:2.8合作探究任務(wù)三、工業(yè)合成氨反應(yīng)條件的控制圖像分析——濃度NH3的體積分?jǐn)?shù)/%0123456102030405060氫氣和氮?dú)獾捏w積比初始時(shí)氮?dú)夂蜌錃獾捏w積比是1∶3增大氮?dú)鉂舛纫夯睔饧皶r(shí)從混合物中分離出去從原料成本來(lái)看，氫氣的價(jià)格要比氮?dú)獾膬r(jià)格高，思考：如何提高氨氣的產(chǎn)量？促使化學(xué)平衡正向移動(dòng)，提高氨的產(chǎn)量NH3的體積分?jǐn)?shù)最大濃度的選擇任務(wù)三、工業(yè)合成氨反應(yīng)條件的控制2NH3

N2

+3H2

催化劑高溫、高壓溫度：400~500℃壓強(qiáng)：10MPa~30MPa催化劑：鐵觸媒濃度：增大氮?dú)鉂舛?、液化氨?反應(yīng)速率較快、催化劑活性較大)(反應(yīng)速率較快、平衡正向移動(dòng))(反應(yīng)速率較快，縮短到達(dá)平衡時(shí)間)(反應(yīng)速率較快、提高氫氣的轉(zhuǎn)化率)工業(yè)合成氨適宜的條件任務(wù)三、工業(yè)合成氨反應(yīng)條件的控制物質(zhì)、能量交換生產(chǎn)流程制氣→凈化除雜→壓縮→合成→冷卻分離→循環(huán)壓縮液態(tài)NH3干燥凈化N2+H2N2+H2防止催化劑中毒增加原料利用率N2和H2經(jīng)過(guò)循環(huán)反應(yīng)，盡可能多的轉(zhuǎn)化為NH3壓縮機(jī)加壓10MPa~30MPaN2+H2熱交換N2+H2鐵觸媒400~500℃N2+H2NH3+N2+H2NH3+N2+H2冷卻任務(wù)四、工業(yè)合成氨的工藝流程知識(shí)拓展合成氨與三次諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)哈伯（1918年）合成氨的基礎(chǔ)開發(fā)工博施（1931年）實(shí)現(xiàn)了合成氨的工業(yè)化埃特爾（2007年）揭開了合成氨的“天機(jī)”

“合成氨”里的中國(guó)人：2016年中科院大連化學(xué)物理研究所研究團(tuán)隊(duì)研制合成了一種新型催化劑，將合成氨的溫度、壓強(qiáng)分別降到了350℃、1MPa更加節(jié)能、降低成本化工生產(chǎn)中調(diào)控反應(yīng)的一般思路思維建模1、影響化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的因素(1)內(nèi)因:參加反應(yīng)的物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等本身因素(2)外因:溫度、壓強(qiáng)、濃度、催化劑等反應(yīng)條件。2、化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控

分值：4分題目1在合成氨工業(yè)中,為增加NH3的日產(chǎn)量,下列操作與平衡移動(dòng)無(wú)關(guān)的是(

)。A.不斷地將氨分離出來(lái)B.使用催化劑B

分值：2分題目2合成氨工業(yè)采用的溫度：()A.常溫B.400~500°CB

分值：2分題目3合成氨工業(yè)采用的壓強(qiáng)：()A.常壓B.10~30MPaB

分值：4分題目4合成氨工業(yè)中采用循環(huán)操作是主要是為了（）A.提高平衡混合物