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新授課
第二章 化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡
第14課時(shí) 化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.認(rèn)識(shí)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)以及外部條件對(duì)合成氨反應(yīng)的影響。 2.了解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理分析合成氨的適宜條件，體驗(yàn)實(shí)際生產(chǎn)條件的選擇與理論分析的差異。
【學(xué)習(xí)活動(dòng)】
學(xué)習(xí)任務(wù)
目標(biāo)一：認(rèn)識(shí)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)以及外部條件對(duì)合成氨反應(yīng)的影響。 任務(wù)1：在298K時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得溶液中 工業(yè)合成氨的反應(yīng)為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。該反應(yīng)的特點(diǎn)是反應(yīng)可逆、正反應(yīng)是放熱反應(yīng)、正反應(yīng)熵減小。已知在298 K時(shí)：ΔH=-92.2 kJ·mol-1；ΔS=-198.2 J·K-1·mol-1。思考以下問題： （1）根據(jù)反應(yīng)的焓變和熵變分析298K下氨的合成反應(yīng)能否正向自發(fā)進(jìn)行。 （2）利用化學(xué)平衡移動(dòng)的知識(shí)分析什么條件有利于氨的合成。 任務(wù)2：工業(yè)上利用反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)合成氨。相同溫度下,在體積為1 L的兩個(gè)恒容密閉容器中發(fā)生可逆反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1。 實(shí)驗(yàn)測(cè)得起、始平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表: 編號(hào)起始時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量/mol平衡時(shí)反應(yīng)的能量變化N2H2NH3①130放出熱量a kJ②230放出熱量b kJ
（1）計(jì)算容器①中反應(yīng)物N2的轉(zhuǎn)化率。 （2）寫出容器①中反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算式。 （3）兩個(gè)容器中合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)有什么關(guān)系 比較兩個(gè)容器中N2、H2的轉(zhuǎn)化率的大小關(guān)系。
目標(biāo)二：了解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理分析合成氨的適宜條件，體驗(yàn)實(shí)際生產(chǎn)條件的選擇與理論分析的差異。 任務(wù)1：閱讀教材p44-p47內(nèi)容，完成下列問題。 1.工業(yè)合成氨主要考慮哪些因素 2.合成氨的生產(chǎn)流程如下: （1）工業(yè)生產(chǎn)中增大壓強(qiáng)既可提高反應(yīng)速率，又可提高氨的產(chǎn)量，那么在合成氨工業(yè)中壓強(qiáng)是否越大越好？為什么？ （2）既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動(dòng)，那么生產(chǎn)中是否溫度越低越好？為什么？ （3）在合成氨工業(yè)中要使用催化劑，既然催化劑對(duì)化學(xué)平衡的移動(dòng)沒有影響，為什么還要使用呢？ （4）怎樣提高N2、H2的利用率 在合成氨工業(yè)中反應(yīng)物的濃度怎么定？ 任務(wù)2：（1）合成氨的整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)包括造氣、凈化、合成氨三大部分。為了提高合成氨生產(chǎn)的能力，還可以在哪些方面做進(jìn)一步改進(jìn) （2）在實(shí)際生產(chǎn)中化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則是什么？ 條件原則從化學(xué)反應(yīng)速率分析從化學(xué)反應(yīng)限度分析從原料的利用率分析從實(shí)際生產(chǎn)能力分析從催化劑的使用活性分析
【學(xué)習(xí)總結(jié)】
回顧本課所學(xué)，畫出思維導(dǎo)圖
2新授課
第二章 化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡
第14課時(shí) 化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.認(rèn)識(shí)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)以及外部條件對(duì)合成氨反應(yīng)的影響。 2.了解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理分析合成氨的適宜條件，體驗(yàn)實(shí)際生產(chǎn)條件的選擇與理論分析的差異。
【學(xué)習(xí)活動(dòng)】
學(xué)習(xí)任務(wù)
目標(biāo)一：認(rèn)識(shí)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)以及外部條件對(duì)合成氨反應(yīng)的影響。 任務(wù)1：在298K時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得溶液中 工業(yè)合成氨的反應(yīng)為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。該反應(yīng)的特點(diǎn)是反應(yīng)可逆、正反應(yīng)是放熱反應(yīng)、正反應(yīng)熵減小。已知在298 K時(shí)：ΔH=-92.2 kJ·mol-1；ΔS=-198.2 J·K-1·mol-1。思考以下問題： （1）根據(jù)反應(yīng)的焓變和熵變分析298K下氨的合成反應(yīng)能否正向自發(fā)進(jìn)行。 參考答案：ΔG=ΔH-TΔS=-92.2kJ·mol-1-298K×（-198.2kJ·K-1·mol-1×10-3 ）=-33.1kJ·mol-1＜0 通過分析我們可以得出，氨合成反應(yīng)的特點(diǎn)為：在298K時(shí)能正向自發(fā)進(jìn)行的放熱反應(yīng)，且為氣體的物質(zhì)的量減小的熵減反應(yīng)。 （2）利用化學(xué)平衡移動(dòng)的知識(shí)分析什么條件有利于氨的合成。 參考答案：降低溫度、增大壓強(qiáng)，有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動(dòng)。 任務(wù)2：工業(yè)上利用反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)合成氨。相同溫度下,在體積為1 L的兩個(gè)恒容密閉容器中發(fā)生可逆反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1。 實(shí)驗(yàn)測(cè)得起、始平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表: 編號(hào)起始時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量/mol平衡時(shí)反應(yīng)的能量變化N2H2NH3①130放出熱量a kJ②230放出熱量b kJ
（1）計(jì)算容器①中反應(yīng)物N2的轉(zhuǎn)化率。 參考答案：1 mol N2完全反應(yīng)時(shí)放出的熱量為92.4 kJ,①中平衡時(shí)放出熱量a kJ,則反應(yīng)物N2的轉(zhuǎn)化率為。 （2）寫出容器①中反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算式。 參考答案： 　　 　　　 N2　+　　3H2 2NH3 初始濃度(mol·L-1)　 1　　　 3　　 　0 轉(zhuǎn)化濃度(mol·L-1)　 　　 　　 平衡濃度(mol·L-1)　1-　 3-　 K==。 （3）兩個(gè)容器中合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)有什么關(guān)系 比較兩個(gè)容器中N2、H2的轉(zhuǎn)化率的大小關(guān)系。 參考答案：相等。N2的轉(zhuǎn)化率:①>②;H2的轉(zhuǎn)化率:②>①。
目標(biāo)二：了解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理分析合成氨的適宜條件，體驗(yàn)實(shí)際生產(chǎn)條件的選擇與理論分析的差異。 任務(wù)1：閱讀教材p44-p47內(nèi)容，完成下列問題。 1.工業(yè)合成氨主要考慮哪些因素 參考答案：化學(xué)反應(yīng)速率、原料的利用率、單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量、生產(chǎn)中的耗能、設(shè)備條件等因素。 2.合成氨的生產(chǎn)流程如下: （1）工業(yè)生產(chǎn)中增大壓強(qiáng)既可提高反應(yīng)速率，又可提高氨的產(chǎn)量，那么在合成氨工業(yè)中壓強(qiáng)是否越大越好？為什么？ 參考答案：不是。因?yàn)闇囟纫欢〞r(shí)，增大混合氣體的壓強(qiáng)對(duì)合成氨的速率和平衡都有利，但壓強(qiáng)越大需要的動(dòng)力越大，對(duì)材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求越高，一般采用10～30 MPa。 （2）既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動(dòng)，那么生產(chǎn)中是否溫度越低越好？為什么？ 參考答案：不是。因?yàn)閺钠胶獾慕嵌瓤紤]，合成氨低溫有利，但是溫度過低反應(yīng)速率很慢，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到平衡，很不經(jīng)濟(jì)，所以實(shí)際生產(chǎn)中，采用500 ℃左右的適宜溫度(在此溫度時(shí)催化劑的活性最大)。 （3）在合成氨工業(yè)中要使用催化劑，既然催化劑對(duì)化學(xué)平衡的移動(dòng)沒有影響，為什么還要使用呢？ 參考答案：為了加快反應(yīng)速率，采用以鐵為主的催化劑。 （4）怎樣提高N2、H2的利用率 在合成氨工業(yè)中反應(yīng)物的濃度怎么定？ 參考答案：將未化合的N2、H2循環(huán)使用。 增大反應(yīng)物的濃度可以增大反應(yīng)速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動(dòng)。從化學(xué)平衡的角度分析，在氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量比為1：3時(shí)，平衡轉(zhuǎn)化率最大，但是實(shí)驗(yàn)測(cè)得適當(dāng)提高N2的濃度，更能促進(jìn)氨的合成，還能提高氫氣的利用率，降低成本。 任務(wù)2：（1）合成氨的整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)包括造氣、凈化、合成氨三大部分。為了提高合成氨生產(chǎn)的能力，還可以在哪些方面做進(jìn)一步改進(jìn) 參考答案：原料的價(jià)格、未轉(zhuǎn)化的合成氣（氮?dú)夂蜌錃猓┑难h(huán)使用、反應(yīng)熱的綜合利用 （2）在實(shí)際生產(chǎn)中化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則是什么？ 條件原則從化學(xué)反應(yīng)速率分析既不能過快，又不能太慢從化學(xué)反應(yīng)限度分析既要注意外界條件對(duì)速率和平衡影響的一致性，又要注意二者影響的矛盾性從原料的利用率分析增加易得廉價(jià)原料，提高難得高價(jià)原料的利用率，從而降低生產(chǎn)成本從實(shí)際生產(chǎn)能力分析如設(shè)備承受高溫、高壓能力等從催化劑的使用活性分析注意溫度對(duì)催化劑的活性的限制
【學(xué)習(xí)總結(jié)】
回顧本課所學(xué)，畫出思維導(dǎo)圖
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