高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 2.4 化学反应条件的优化——工业合成氨课件13 鲁科版选修4
高中化学第2章化学反应的方向限度与速率第4节化学反应条件的优化__工业合成氨课件鲁科版选择性必修1
2.工业合成氨的正反应是放热反应,下列关于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的 图像中,错误的是( )
答案C 解析合成氨反应是放热反应,升高温度,正、逆反应速率都增大,但逆反应 速率增大的程度大,A正确;在T1时w(NH3)最大,达到平衡,再升高温度,平衡 逆向移动,w(NH3)减小,B正确;低温时达到平衡,w(NH3)大,C错误;增大压强, 平衡向右移动,w(NH3)增大,D正确。
3.合成氨反应的限度 降低温度、增大压强将有利于合成氨反应的化学平衡向生成氨气的方向 移动,在一定温度和压强下,从化学平衡的角度分析,反应物氮气与氢气的 体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。
【微思考】已知298 K时,N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.2 kJ·mol-1,ΔS=-198.2 J·K-1·mol-1,请通过计算说明298 K时合成氨反 应能否自发进行?
变式训练2对于可逆反应3H2(g)+N2(g) 2NH3(g) ΔH<0,当反应达到平 衡后,为了使H2的转化率增大,下列选项中采用的三种方法都正确的是 () A.升高温度,降低压强,增加氮气 B.降低温度,增大压强,加入催化剂 C.升高温度,增大压强,增加氮气 D.降低温度,增大压强,分离出部分氨
2NH3(g)
①一定温度下,在容积恒定的密闭容器中,一定量的N2和H2反应达到平衡后,
改变某一外界条件,反应速率与时间的关系如图所示,其中t2、t4、t7时刻所
对应的实验条件改变分别是t2
,t4
,t7
。
②温度为T ℃时,将2a mol H2和a mol N2放入0.5 L 密闭容器中,充分反应达
平衡后测得N2的转化率为50%,此时放出热量46.1 kJ,则该温度下反应的平
第2章化学反应的方向限度与速率知识点总结高二化学人教版选择性必修1
第2章化学反应的方向、限度与速率第1节化学反应的方向一、反应焓变与反应方向1、ΔH < 0有利于反应自发进行，但自发反应不一定要ΔH < 0。
焓变只是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素。
只根据焓变来判断反应方向是不全面的。
二. 反应熵变与反应方向1. 熵：用来度量体系混乱程度的物理量。
2. 符号：S 单位：J·mol1·K13. 体系混乱度越大，熵值越大。
纯物质的熵值的大小与物质的种类、数量、聚集状态以及温度、压强等因素有关。
例如，同一条件下，不同物质的熵不同；同一物质，S(g)>S(l)>S(s)。
4、熵变(ΔS)和熵增原理ΔS = 反应产物的总熵－反应物的总熵对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。
ΔS > 0 反应体系混乱度增大ΔS < 0 反应体系混乱度减小ΔS＞0的反应，其数值越大越有利于反应自发进行，但不绝对，熵减小的反应也有能自发进行的。
注意：（1）与焓变类似，熵变只是反应能否自发进行的一种因素；（2）熵变( ΔS )只取决于体系的始态和终态，与变化的途径无关；（3）熵判据只判断一定条件化学反应能否自发进行，与化学反应速率无关。
总结：自发过程的两大变化趋势：（1）能量趋于减小（焓减）（2）混乱度趋于增大（熵增）三.用焓变与熵变综合判断反应方向研究表明，在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为ΔH －TΔS。
ΔH －TΔS < 0 反应正向能自发进行ΔH －TΔS = 0 反应达到平衡状态ΔH －TΔS > 0 反应正向不能自发进行在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，自发反应总是向着ΔH －TΔS < 0 的方向进行，直到达到平衡状态。
该判据指出的是化学反应正向进行的趋势。
大大高小小低小大皆行大小皆停第2节化学反应限度一、化学平衡常数1、化学平衡常数定义：在一定温度时，当一个可逆反应达到平衡状态时，生成物平衡浓度的幂之积与反应物平衡浓度的幂之积的比值是一个常数.简称：平衡常数符号：K单位：(mol·L1) c+dabaA + bB ⇌cC + dD2、化学平衡常数关系式书写规则(1)如果反应中有固体和纯液体参加，它们的浓度不应写在平衡关系式中，因为它们的浓度是固定不变的，化学平衡关系式中只包括气态物质和溶液中各溶质的浓度。
高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 第4节 化学反应条件的优化教案 高二化学教案
【第4节化学反应条件的优化——工业合成氨】之小船创作一、教材分析本章教材前三节教材内容安排的是化学反应的方向、限度与速率的理论知识，分别从化学热力学角度介绍化学反应方向的判据以及浓度、温度等外界条件对化学平衡的影响，从化学动力学角度介绍影响化学反应速率的因素并进行定量研究和理性分析。
而在实际生产中，从化学热力学角度实现高转达化率所需的条件往往与从化学动力学角度实现高速率所需的条件相互矛盾。
为了以较高速率获得适当的转化率，人们通常对这两方面的研究结果进行综合分析，即进行反应条件的优化。
本节内容就是对前两部分知识的综合应用，以工业合成氨为例探究化学反应条件优化的选择方法，体现化学反应的方向、限度、速率等理论在优化选择化学反应条件方面的作用，初步尝试利用理论分析化工生产中的实际问题，引导学生考虑合成氨生产中动力、设备、材料生产效率等因素；再结合生产中的数据向学生介绍合成氨的实际生产条件，对合成氨的适宜条件进行选择，使他们在解决实际问题的过程中提升对化学反应的价值的认识；课堂中通过“动手”“动脑”“动口”等师生互动的方法来完成教与学的任务，达成教与学的目标。
二、教学设计思路三、教学过程课题化学反应条件的优化——工业合成氨授课人刘传武课时：1 课时时间：11.28教学目标知识与技能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。
过程与方法1.认识合成氨的化学原理，应用化学反应速率和化学平衡原理来选择合成氨的适宜条件。
学生通过丰富的资料及问题探讨培养抽象思维能力和分析推理能力。
2.了解合成氨生产的主要流程。
情感、态度与价值观1.学生在多媒体的交互式学习环境中，充分发挥学习的主动性，培养检索、处理、获取信息的终身学习能力。
2.培养用辩证唯物主义观点（对立统一的观点）看待物质、看待世界。
树立环境保护的意识和爱国主义的观点。
重点应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件难点教学方法学生自主学习问题讨论总结教学用具实物投影、电脑教学过程教师活动预设学生活动预期设计意图新课引入提问讲解【引入】这节课我们将讨论怎样应用学过的化学反应速率和化学平衡的知识来研究有关合成氨工业的问题。
高中化学第2章化学反应的方向限度与速率第4节化学反应条件的优化教案鲁科版
第4节化学反应条件的优化——工业合成氨一、教材分析本章教材前三节教材内容安排的是化学反应的方向、限度与速率的理论知识，分别从化学热力学角度介绍化学反应方向的判据以及浓度、温度等外界条件对化学平衡的影响，从化学动力学角度介绍影响化学反应速率的因素并进行定量研究和理性分析。
而在实际生产中，从化学热力学角度实现高转达化率所需的条件往往与从化学动力学角度实现高速率所需的条件相互矛盾。
为了以较高速率获得适当的转化率，人们通常对这两方面的研究结果进行综合分析，即进行反应条件的优化。
本节内容就是对前两部分知识的综合应用，以工业合成氨为例探究化学反应条件优化的选择方法，体现化学反应的方向、限度、速率等理论在优化选择化学反应条件方面的作用，初步尝试利用理论分析化工生产中的实际问题，引导学生考虑合成氨生产中动力、设备、材料生产效率等因素；再结合生产中的数据向学生介绍合成氨的实际生产条件，对合成氨的适宜条件进行选择，使他们在解决实际问题的过程中提升对化学反应的价值的认识；课堂中通过“动手”“动脑”“动口”等师生互动的方法来完成教与学的任务，达成教与学的目标。
二、教学设计思路三、教学过程合成氨工厂为什么需要那么庞大而复杂的生产设备和特殊的生成条件呢？这就要求我们从动力学角度与化学平衡移动原理分析如何提高氨的产量。
【板书】化学反应条件的优化——工业合(g)【知识拓展】简单介绍我国合成氨工业的发展情况。
【知识前沿】化学模拟生物固氮根瘤菌，生物固氨。
常温常压下进行。
成本低、转化率高、效率高。
模拟生物的功能，把生物的功能原理用于化学工业生产过程。
结合理论依据和生产实际，适宜的合成氨条件为：铁催化剂，700K，根据反应器选择压强，氨气及时从混合气中分离出来，并且不断地向循环气中补充氮气、氢气。
(g)（1）应选用的温度是。
（2）应采用的压强是常压，理由是。
（3）在生产中，通入过量空气目的是。
（4）原料气必需净化的原因是。
(5)尾气中有SO2必须回收是为了。
2020-2021学年高中化学 第二章 化学反应的方向、限度与速率 第4节 化学反应条件的优化—(
修4第4节化学反应条件的优化——工业合成氨1．了解合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响。
(重点)2．了解工业生产条件选择的依据和原则。
3．知道化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域的重要作用。
授课提示：对应学生用书第39页知识点一合成氨反应的限度1．反应原理合成氨反应的化学方程式为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，ΔS<0。
2．影响因素(1)结合化学平衡移动规律可知，降低温度、增大压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。
(2)在一定的温度和压强下，反应物中氮气和氢气的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。
[自我诊断]在298 K时，合成氨反应的ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1，该温度下，合成氨反应能否自发进行？[提示] ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.2 kJ·mol－1＋298 K×0.198 2 kJ·K－1·mol－1＝－33.1 kJ·mol－1<0，故能自发进行。
知识点二外界因素对合成氨反应速率的影响1．浓度在特定条件下，合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由关系式可知，增大N2或H2的浓度，降低NH3的浓度，都有利于提高合成氨的速率。
2．温度温度越高，反应进行得越快。
3．催化剂加入适宜的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使化学反应速率提高上万亿倍。
修44．压强压强越大，反应速率越快。
[自我诊断](1)工业合成氨压强越高越好。
(×)(2)合成氨反应加入催化剂能增大产率。
(×)知识点三合成氨的适宜条件1．合成氨反应条件的选择依据工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。
高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨学案 鲁科版选
第4节化学反应条件的优化—工业合成氨发展目标体系构建1.结合生产实例，讨论化学反应条件的选择和优化，形成从限度、速率、能耗的多角度综合调控化学反应的基本思路，发展“绿色化学”的观念和辩证思维的能力。
2.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题。
1．合成氨反应的限度(1)反应原理N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1。
(2)反应特点(3)影响因素①外界条件：降低温度、增大压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。
②投料比：温度、压强一定时，N2、H2的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。
微点拨：合成氨反应中，为了提高原料转化率，常采用将未能转化的N2、H2循环使用的措施。
2．合成氨反应的速率(1)提高合成氨反应速率的方法(2)浓度与合成氨反应速率之间的关系在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由速率方程可知：增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。
微点拨：温度升高k值增加，会加快反应速率；同时加入合适的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使合成氨反应的速率提高。
3．合成氨生产的适宜条件(1)合成氨反应适宜条件分析工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。
(2)合成氨的适宜条件序号影响因素选择条件1 温度反应温度控制在700_K左右2 物质的量N2、H2投料比1∶2.83 压强1×107～1×108 Pa4 催化剂选择铁做催化剂5 浓度使气态NH3变成液态NH3并及时分离出去，同时补充N2、H2(3)合成氨的生产流程的三阶段1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。
高中化学第2章化学反应的方向、限度与速率2.4化学反应条件的优化——工业合成氨课件13鲁科版选修4
3 、催化剂对化学平衡的移动 要不要用催化 没有影响， 在合成氨工业中 剂？
要不要使用催化剂，为什么？
1、压强怎么选？
分析：
①合成氨反应是气态物质系数减小的气体反 应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平 衡正向移动，所以理论上压强越大越好。
②但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2 和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合实 际科学技术。
的方向移动，N2、H2体积比为_1_：__3_时平衡混 合物中氨的含量最高。
2）合成氨反应的速率
实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的 速率与反应的物质的浓度的关系为:
ν =κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)
①.增大N2、H2浓度，将氨及时从混合物中分离 出去
②.增大压强 ③.升高温度 ④.使用催化剂
增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小 生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡 的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3 时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2 的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更 能促进氨的合成。
实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却 液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使 其保持一定的浓度。即N2和H2的物质的量比为1： 2.8
综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质 量及综合指标来选择压强。实际生产中压强一 般选择在200～500大气压之间。
2、温度怎么选择？
分析：
①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度 有利于平衡正向移动。
②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需 要的时间越长，因此温度也不宜太低。 ③催化剂要在一定温度下催化活性最大。
【总结】 合成氨的适宜条件
外部条件 压强 温度
精品高中化学第2章化学反应的方向限度与速率2-4化学反应条件的优化——工业合成氨教案
【最新】2019年高中化学第2章化学反应的方向限度与速率2-4化学反应条件的优化——工业合成氨教案教学目标知识与技能: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.通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的控制在工业生产中的重要作用。
过程与方法:在化学反应的方向、限度、速率等理论为指导的基础上带领学生选择适宜的反应条件，引导学生考虑合成氨生产中动力、设备、材料生产效率等因素，寻找工业合成氨生产的最佳条件。
情感、态度与价值观:认识化学反应原理在工业生产中的重要作用，提升学生对化学反应的价值的认识，从而赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献。
教学重点：应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件。
教学难点：应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件。
教学过程：【提问】影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些？【学生】回答【注意】催化剂只能改变化学反应速率，不能改变化学平衡状态。
【教师】今天这节课我们就看看如何利用化学反应的有关知识将一个化学反应实现工业化，我们以工业合成氨为例。
首先我们看看合成氨的有关背景。
【投影】展示弗里茨·哈伯的图像【投影】弗里茨·哈伯与合成氨合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约150年的时间。
德国科学家哈伯在10年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，2年间他们就进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了一种合适的催化剂，使合成氨的设想在1913年成为工业现实。
鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。
【投影并讲解】【交流·研讨】P65。
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温度怎么选择？
3 、催化剂对化学平衡的移动 要不要用催化
没有影响， 在合成氨工业中 剂？
要不要使用催化剂，为什么？K12课件
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1、压强怎么选？
分析：
①合成氨反应是气态物质系数减小的气体反 应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平 衡正向移动，所以理论上压强越大越好。
②但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2 和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合实 际科学技术。
【总结】 合成氨的适宜条件
外部条件 压强 温度
催化剂
浓度
工业合成氨的适宜条件
根据反应器可使用的钢材质 量及综合指标来选择压强
适宜温度 700K左右
使用铁触媒作催化剂
N2和H2的物质的量比为1：2.8的投 料比, 氨及时从混合气中分离出去
K12课件
11
• 练一练
1.合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应而制 得，其中一步的反应为：
K12课件
2
一 . 合成氨反应
1. 合成氨反应的特点：
N2(g)+ 3H2(g)
2NH3(g) △H ＝-92.2kJ/mol
(1体积) (3体积) (2体积)
△S = -198.2J·K-1·mol-1
①可逆反应
②熵减小的反应
③正反应气态物质系数减小
④正反应是放热反应K12课件
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2.合成氨条件的选择 1）合成氨反应的限度 降__低_ 温度、增__大_ 压强有利于化学平衡向生成氨
综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质
量及综合指标来选择压强。实际生产中压强一
般选择在200～500大K气12课件压之间。
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2、温度怎么选择？
分析：
①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度 有利于平衡正向移动。
②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需 要的时间越长，因此温度也不宜太低。 ③催化剂要在一定温度下催化活性最大。
CO(g)+H2O（g） CO2(g)+H2(g)（正反 应放热），下列措施中，能提高CO转化率 的是（ ）
A、增大压强 B、降低温度 C、增大水蒸气浓度 D、增大CO浓度
K12课件
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2. 合成氨工业中，除了采用高压，加入催化剂外，还要 把温度提高到700K左右，其原因和目的是（ ）
A 提高氢气的转化率 B提高氨的产率 C适当提高氨的合成速率D催化剂在700K左右时活性最大
使用催化剂可使合成氨反应的速率提高 上万亿倍。
பைடு நூலகம்
二.合成氨的适宜K12课条件 件
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【交流·研讨】
研讨的内容
研讨的问题
1、既然增大压强既可提 高反应速率，又可提高氨 的产量，那么在合成氨工 业中压强是否越大越好？
压强怎么定？
2、既然降低温度有利于 平衡向生成氨的方向移动 ，那么生产中是否温度越 低越好？
的方向移动，N2、H2体积比为_1_：__3_时平衡混 合物中氨的含量最高。
2）合成氨反应的速率
实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的 速率与反应的物质的浓度的关系为:
ν =κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)
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①.增大N2、H2浓度，将氨及时从混合物中分离 出去
②.增大压强 ③.升高温度 ④.使用催化剂
K12课件
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K12课件
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化学反应条件的优化---工业合成氨
K12课件
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化学热 力学
化学反应 的方向
化学反应 的限度
化学动 化学反应 力学 的速率
合成氨反 应能否自 发进行？
怎样能促 使化学平 衡向合成 氨方向移 动？
化学工艺学
适
宜
的
工
合
艺
成
流
氨
程
条
件
怎样能提 高合成氨 反应速率？
高压对设备材质、 加工制造的要求、温度 的催化剂活性的影响等
综合以上因素:实际生产中温度一般选择在 700K左右（主要考虑催化剂的活性）。
K12课件
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3、用不用催化剂？
分析: 经济效益和社会效益要求化学反应速度要快， 原料的利用率要高，单位时间的产量要高。
实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂 （铁触媒），它在700K时活性最高。
K12课件
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4、浓度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？
增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小 生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡 的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3 时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2 的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更 能促进氨的合成。
实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却 液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使 其保持一定的浓度。即NK122课和件 H2的物质的量比为110： 2.8