鲁科版化学选修4第二章第4节化学反应条件的优化教案

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鲁科版高中化学选修四2.4《化学反应条件的优化——工业合成氨》省一等奖教案

2.4《化学反应条件的优化---工业合成氨》【教材分析】普通高中课程标准实验教科书化学反应原理（鲁科版）第2章第4节“化学反应条件的优化——工业合成氨”的内容是前三节“化学反应的方向”、“化学反应的限度”、“化学反应的速率”的延续，是对前三节知识的综合应用。

合成氨工业对化学工业、国防工业和我国实现农业现代化具有重要意义，是重要的化学工业之一；同时氮气、氢气合成氨反应也是一个学生熟悉的、典型的平衡体系。

本节以合成氨反应为研究对象，有利于学生应用化学平衡理论和化学反应速率理论尝试综合选择化工生产的适宜条件，从而体会化学理论的学习对生产实践的指导作用。

【学情分析】学生在前面的学习中，对化学平衡理论和化学反应速率理论有了一定程度的认识。

经过高中一年的训练，学生善于质疑、主动思考、积极获取知识的学习习惯已基本养成，参与意识、合作意识已有较明显提高。

他们正处于生理的高速发展期，认识能力和知识水平都达到了较高的层次，他们正经历着从习惯于感性思维、形象思维向更加关注理性思维、抽象思维的转轨期，所以在教学中注意引导学生分析、讨论，使他们的认识过程从直观的体验和想象上升到理性的思维阶段。

【设计思想】根据本节内容，先让学生就合成氨反应的热力学、动力学问题分别进行讨论，再综合考虑工业生产中的各种因素，对合成氨反应的适宜条件进行选择。

将本节的教学过程分为三个环节：①分别利用学过的化学平衡和化学反应速率理论讨论合成氨的适宜条件；②综合考虑合成氨生产中动力、设备、材料、生产效率等因素，寻找工业合成氨的优化生产条件；③展望合成氨的发展前景，拓宽学生的视野。

在讨论时注意问题设置的难度，利用平衡移动原理对反应转化率的探讨只局限在定性分析的水平上，而对于化学反应速率的研究则从半定量的角度进行。

【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调控在工业生产中的重要作用。

鲁科版高中化学选修4全册教案第2章第4节

【基础自学】1．合成氨的反应在298K时(能或不能)自发进行，该反应为(吸热或放热)反应，气态物质系数(增大或减小)，从反应的限度角度看，采用的条件为
时有利于提高氨在平衡混合物中的含量。
2．从加快化学反应速率角度看，采用的条件为时
有利于提高氨在单位时间内的产量。
3．选择合成氨的条件时，既不能片面追求，也不能只追求，而应该寻找的反应条件，此外还要考虑、、等问题，目前合成氨的条件一般为。
A.①②③B.④⑤C.①⑤D.⑤
4．已建立化学平衡的某可逆反应，当条件改变使化学平衡向正反应方向移动时，下列叙述正确的是
①生成物的质量分数一定增大;②生成物产量一定增加;③反应物的转化率一定增大;④反应物的浓度一定降低;⑤正反应速率一定大于逆反应速率;⑥一定使用了催化剂。
A.①②③B.③④⑤C.②⑤⑥D.④⑥
(1)应选用的温度是，其理由是
。
(2)应选用的压强是，其理由是
。
课后
反馈
C(拓展)5．已知2SO2（g）＋O2 2SO3（g）为放热反应，SO2在不同温度和不同压强下实验数据如下：
压强
温度
不同条件下SO2的转化率
10MPa
50MPa
100 MPa
500 Pa
1000 MPa
450℃
97.5
98.9
99.2
99.6
99.7
550℃
85.6
92.9
94.9
97.7
98.3
参考以上数据,在工业生产中：
B.500℃时NH3的平衡浓度最大
C.500℃时N2的转化率最高
D.500℃时催化剂能发挥最大效力
2．合成氨时，既要使合成氨的产率增大，又使反应速率增快，可采取的办法是（）

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选修4

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支配的是化学反应的方向、限度与速率的理论学问，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争辩和理性分析。

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冲突。

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争辩结果进行综合分析，即进行反应条件的优化。

本节内容就是对前两部分学问的综合应用，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，引导同学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同学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生疏；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教学目标学问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.生疏合成氨的化学原理，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。

同学通过丰富的资料及问题探讨培育抽象思维力量和分析推理力量。

2.了解合成氨生产的主要流程。

情感、态度与价值观1.同学在多媒体的交互式学习环境中，充分发挥学习的主动性，培育检索、处理、猎取信息的终身学习力量。

2.培育用辩证唯物主义观点（对立统一的观点）看待物质、看待世界。

树立环境爱护的意识和爱国主义的观点。

重点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方法同学自主学习问题争辩总结教学用具实物投影、电脑教学过程老师活动预设同学活动预期设计意图新课引入提问讲解【引入】这节课我们将争辩怎样应用学过的化学反应速率和化学平衡的学问来争辩有关合成氨工业的问题。

高二化学选修四第二章-第四节-化学反应进行的方向

第四节化学反应进行的方向一、自发过程与自发反应1．自发过程(1)含义：在确定条件下，不用借助于外力就可以自动进行的过程。

(2)特点：①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。

②在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。

2．自发反应在给定的一组条件下，一个反应可以自发地进行到显著程度。

二、化学反应进行方向的判据1．焓判据(能量判据)放热反应过程中体系能量降低，因此具有向最低能量状态进行的倾向，科学家提出用焓变(能量改变)来推断反应进行的方向，这就是焓判据(能量判据)。

2．熵判据(1)熵：用来度量体系混乱程度的物理量。

熵值越大，混乱程度越大。

符号为S。

单位：J·mol－1·K －1。

(2)熵值大小的比较：同一种物质在不同状态时的熵值大小为S(g)＞S(l)＞S(s)。

(3)熵增原理：在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变(符号ΔS)大于零。

(4)熵判据：用熵变来推断反应进行的方向。

3．复合判据过程的自发性只能用于推断过程的方向，不能确定过程是否确定会发生和过程发生的速率。

综合考虑焓判据和熵判据的复合判据，将更适合于全部的过程，只依据一个方面来推断反应进行的方向是不全面的。

学问点一自发过程与自发反应1．下列过程是非自发的是()A．水由高处向低处流B．自然气的燃烧C．铁在潮湿的空气中生锈D．水在室温下结冰答案 D解析自然界中水由高处向低处流、自然气的燃烧、铁在潮湿的空气中生锈、冰在室温下溶化，都是自发过程，其逆过程都是非自发过程。

2．试验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。

对此说法的理解正确的是()A．全部的放热反应都是自发进行的B．全部的自发反应都是放热的C．焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素D．焓变是确定反应是否具有自发性的惟一判据答案 C解析多数能自发进行的反应都是放热反应，但并不是全部能自发进行的反应都是放热反应，既然说“多数”，必定存在特例，所以只能说焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素，但不是惟一因素。

【整合】鲁科版高中化学选修4第二章第4节化学反应条件的优化--工业合成氨导学案2

第二章化学反应的方向、限度和速率第4节化学反应条件的优化--工业合成氨导学案2【学习目标】1. 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调控在工业生产中的重要作用，巩固化学反应速率和化学平衡的相关知识。

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，体会实际生产的选择与理论分析的差异。

3. 树立理论与实际相结合和追求最大效益的生产理念。

【学习过程】一、合成氨反应的限度1.合成氨反应的化学方程式为：N 2（g ）+3H 2（g ）2NH 3（g ）H<0，S 0 ，结合勒夏特列原理可知，_________温度，___________压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。

2.有关研究表明：在一定的温度和压强中下，反应物中N 2和H 2的体积比为____________时平衡混合物中氨的含量最高。

二、合成氨反应的速率1.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：__________________________，由速率方程可知， ________N 2和H 2的浓度（或分压），____________ NH 3的浓度（或分压），都有利于提高合成氨的速率。

2.温度升高时，k____________，因此升高温度有利于提高合成氨的速率。

3.加入适宜的催化剂能_______合成氨反应的活化能，使化学反应速率提高上万倍。

三、合成氨的适宜条件1.增大__________浓度，及时将生成的_______分离出来；2.温度为__________左右；3.压强为_______________；4._____________作催化剂。

导学案参考答案一、1、降低增大 2、1：2.8二、1、 1.51223v kc(N )c (H )c (NH )-=∙∙ 增大减小2、增大3、降低三、1、N 2、H 2 氨2、700K 3、7-210Pa -⨯⨯7—510 4、铁触媒问题思考参考答案问题思考1：由于氮气在催化剂上的吸附为总反应中最难发生的步骤，即影响反应速率的关键步骤，适当提高氮气的比例，即N 2和H 2的物质的量之比为1:2.8时更能加快合成氨反应的进行。

优课系列高中化学鲁科版选修四 2.4 化学反应条件的优化课件(22张)

展示内容
探究一问题1 探究一问题2
展示小组展示方式
7
口头表述+黑板展示
8
口头表述+黑板展示
○ 声音洪亮，条理清楚展示要求
○口头表述清晰流畅，能够解答质疑
【问题探究一】合成氨反应的限度和速率
问题1 合成氨反应的限度
材料1：合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
已知298K时：△H=—92.2 kJ·mol-1，△S=—198.2 J·K-1·mol-1
•8、教育技巧的全部诀窍就在于抓住儿童的这种上进心，这种道德上的自勉。要是儿童自己不求上进，不知自勉，任何教育者就都不能在他的身上培养出好的品质。可是只有在集体和教师首先看到儿童优点的那些地方，儿童才会产生上进心。 2021/11/162021/11/162021/11/162021/11/16
5分钟展示小组分工及要求
世。
赞扬他的人说他是‘天使’——用空气制造面包;诅咒他的人称他为‘魔鬼’——开化学武器之先河。
假如你是一家合成氨的BOSS，选择工业合成氨适宜条件时主要考虑的哪些
因素？
（1）尽可能提高反应混合物中所需物质的百分含量；（2）尽可能缩短反应到达平衡所需要的时间；（3）尽可能降低对耐高温高压设备所需材料的要求。
件下，第一次成功制取了氨。获得1918年诺贝尔化学奖。
合成氨是哈伯一生最大的成就，尽管实验室制得NH3，但氨的平衡含量很低，并没有马上得到工业界的青睐。他的研究步入
低谷，合作伙伴中途撤资，竞争对手冷嘲热讽。哈伯没有气馁，
他坚信：若能使N2、H2在高压下循环加工，并从循环系统中不断分离，在工业上肯定会有价值，著名的“哈伯循环”成功问

2021年高二鲁科版化学选修四练习：第2章第4节化学反应条件的优化——工业合成氨版含答案

一、合成氨反响的限度1．合成氨的化学方程式N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) .2．合成氨反响的特点.(1)所有的反响物和生成物都是气态,且该反响为体积减小的反响；(2)气体的物质的量减小的熵减小的反响；(3)该反响的正反响为放热反响.1．合成氨工业生产中 ,为什么采用未转化的合成气循环使用?答案：合成氨反响中,反响物的转化率并不高,如果让N2和H2的混合气体只一次通过合成塔起反响是很不经济的,应将别离液氨后的未转化的合成气进行循环使用,并及时补充N2和H2 ,使反响物保持一定的浓度,有利于合成氨反响的进行.二、合成氨反响的速率1．速率方程：在特定条件下,合成氨反响的速率与参加反响的物质的浓度的关系式为v ＝kc(N2)c(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响的速率.2．温度升温时,k增大,因此升温有利于提高合成氨的速率.3．参加适宜的催化剂能降低合成氨反响的活化能,使合成氨反响的速率提高上万亿倍.三、合成氨的适宜条件1．合成氨反响条件的选择.工业生产中,必须从反响速率和反响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响物的转化率充分利用原料,又要选择较快的反响速率,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.反响条件压强温度催化剂浓度1×107～1×108 Pa 700 K左右铁触媒(1)N2与H2的投料比为1∶(2)使气态NH3变成液态NH3并及时从平衡混合物中别离出去,并及时补充N2和H22．合成氨工业生产中 ,为什么采取700 K左右的温度?答案：在这个温度时,催化剂活性最||大,反响速率也就大,从而可以提高合成NH3的经济效益.活学活用1．以下关于工业合成氨的表达中 ,错误的选项是(B)A．在动力、设备、材料允许的情况下 ,反响尽可能在高压下进行B．温度越高越有利于工业合成氨C．在工业合成氨中 ,N2、H2的循环利用可提高其利用率 ,降低本钱D．及时从反响体系中别离出氨气有利于平衡向正反响方向移动解析：合成氨的反响为放热反响 ,温度越高 ,NH3的产率越低 ,温度太高会影响催化剂的催化效果.2．合成氨反响到达平衡时NH3的体积分数与温度、压强的关系如右图所示,根据此图分析合成氨工业最||有前途的研究方向是(C)A．提高别离技术B．研制耐高温的合成塔C．研制低温催化剂D．探索不用N2和H2合成氨的新途径解析：由题图可知：NH3%随着温度的升高而显著下降 ,故要提高NH3% ,必须降低温度 ,但目前所用催化剂铁触媒活性最||高时的温度为500 ℃ ,故最||有前途的研究方向为研制低温催化剂.1．有关合成氨工业的说法中,正确的选项是(B)A．从合成塔出来的混合气体,其中NH3只占15% ,所以生产氨的工厂的效率都很低B．由于氨易液化,N2、H2在实际生产中是循环使用,所以总体来说氨的产率很高C．合成氨工业的反响温度控制在500 ℃,目的是使化学平衡向正反响方向移动D．合成氨厂采用的压强是2×107～5×107 Pa ,因为该压强下铁触媒的活性最||大解析：合成氨的反响在适宜的生产条件下到达平衡时 ,原料的转化率并不高 ,但生成的NH3别离出后 ,再将未反响的N2、H2循环利用 ,这样处理后 ,可使生产氨的产率都较高 ,故A项错误 ,B项正确；合成氨工业选择500 ℃左右的温度 ,是综合了多方面的因素确定的 ,因合成氨的反响是放热反响 ,低温才有利于平衡向正反响方向移动 ,故C项错误；无论从反响速率还是化学平衡考虑 ,高压更有利于合成氨 ,但压强太大 ,对设备、动力的要求更高 ,基于此选择了2×107～5×107 Pa的高压 ,催化剂活性最||大时的温度是500 ℃ ,故D 项错误.2．工业合成氨的反响是在500 ℃左右进行的,这主要是因为(D)A．500 ℃时此反响速率最||快B．500 ℃时NH3的平衡浓度最||大C．500 ℃时N2的转化率最||高D．500 ℃时该反响的催化剂活性最||大解析：工业合成氨反响采用500 ℃的温度 ,有三个方面的原因：①有较高的反响速率；②反响物有较大的转化率；③催化剂的活性最||大.3．合成氨时,既要使合成氨的产率增大,又要使反响速率增快,不可采取的方法是(B) A．补充N2B．升高温度C．增大压强D．别离出NH3解析：补充N2、增大压强既能加快反响速率 ,又能促进平衡向生成氨的大向移动；别离出NH3,能使平衡向生成氨的方向移动 ,反响速率是提高的；升高温度能加快反响速率 ,但不利于氨的生成.4．(双选)合成氨工业对国民经济和社会开展具有重要的意义.对于密闭容器中的反响：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ,在673 K、30 MPa下n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如下列图.以下表达正确的选项是(AD )A．A点的正反响速率比B点的大B．C点处反响到达平衡C．D点(t1时刻)和E点(t2时刻)处n(N2)不一样D．其他条件不变,773 K下反响至||t1时刻,n(H2)比上图中D点的值大解析：在AB段可逆反响向正反响方向移动 ,随着反响的进行 ,反响物浓度在减小 ,正反响速率在降低 ,应选项A正确；C点时NH3、H2的物质的量仍在变化 ,未到达化学平衡 ,应选项B不正确；t1时刻和t2时刻都处于同样的化学平衡状态 ,那么n(N2)不变 ,应选项C 不正确；由于正反响是一个放热反响 ,升高温度化学平衡向逆反响方向移动 ,平衡时n(H2)比题图中D点的值要大 ,应选项D正确.5．氨是一种重要的化工原料,氨的合成和应用是当前的重要研究内容之一.传统哈伯法合成氨工艺中相关的反响式为：N2＋3H 22NH3ΔH＜0 .(1)该反响的平衡常数K的表达式为：K＝______；升高温度,K值______(选填 "增大〞"减小〞或 "不变〞) .(2)不同温度、压强下,合成氨平衡体系中NH3的物质的量分数见下表(N2和H2的起始物质的量之比为1∶3) .分析表中数据,________(填温度和压强)时H2转化率最||高,实际工业生产不选用该条件的主要原因是________________________________________________________________________ .压强/MPa氮的平衡含量/%10 20 30 60 100温度/℃200300400500600(3)以下关于合成氨说法正确是________(填字母) .A．使用催化剂可以提高氮气的转化率B．寻找常温下的适宜催化剂是未来研究的方向C．由于ΔH＜0、ΔS＞0 ,故合成氨反响一定能自发进行D．增大n(N2)∶n(H2)的比值,有利于提高H2的转化率解析：(1)根据化学方程式可写出平衡常数为K＝c2(NH3)/ [c(N2)·c3(H2)],由于反响放热 ,升高温度平衡向逆反响方向移动 ,那么平衡常数减小.(2)在200 ℃、100 MPa时氨气的含量最||大 ,那么H2转化率最||高 ,但实际工业生产中压强不能太大 ,因压强太高 ,对生产设备要求也高 ,难以实现.(3)催化剂不影响平衡移动 ,故A错误；寻找常温下的适宜催化剂可减少能量的消耗 ,为研究的主要方向 ,故B正确；ΔS＜0 ,需在一定温度4才能进行 ,故C错误；增大n(N2)可提高H2的转化率 ,故D正确.答案：(1)c2(NH3)/ [c(N2)·c3(H2)]减小(2)200 ℃、100 MPa压强太高,对生产设备要求也高,难以实现(3)BD6．CO可用于合成甲醇,反响方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) .CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下列图.该反响的ΔH____0(选填 "＞〞或 "＜〞) .实际生产条件控制在250 ℃、×104 kPa左右,选择此压强的理由是________________ .解析：根据图示 ,当压强相同时 ,降低温度 ,CO的平衡转化率升高 ,说明降温平衡向正反响方向移动 ,因此正反响为放热反响 ,那么ΔH＜0 .答案：<在×104kPa下,CO的平衡转化率已较高,再增大压强,CO的平衡转化率提高不大,而生产本钱增加,得不偿失1．以下有关合成氨的说法中正确的选项是(A)A．降温并加压有利于提高氨在平衡混合物中的百分含量B．升温并加压有利于提高氨在平衡混合物中的百分含量C．通过调控温度和压强,就一定能获得氨在平衡混合物中的百分含量D．通过调控温度、压强、氮气和氢气的分压比,就一定能使氮气和氢气完全转化为氨解析：氮气与氢气合成氨是气体物质的量减小的放热反响 ,降温和加压均能使化学平衡状态向生成氨的反响方向移动；改变反响物的浓度或气态反响物的分压也能改变氨在平衡混合物中的百分含量；无论采取什么措施 ,使可逆反响的反响限度到达100%都是不可能的.2．合成氨所需H2可由煤和水反响制得,其中的一步反响为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)(正反响是放热反响) ,欲提高CO的转化率可采用的方法有：①降低温度；②增大压强；③使用催化剂；④增大CO的浓度；⑤增大水蒸气的浓度；其中正确的组合是(C) A．①②③B．④⑤C．①⑤D．⑤解析：该反响为气体体积不变的反响 ,改变压强只能改变反响速率 ,但不能改变CO的转化率；该反响的正方向为放热反响 ,所以降低温度可使平衡向正反响方向移动 ,提高CO 的转化率；增大反响物的浓度可使另一反响物的转化率提高 ,而本身转化率降低；催化剂只能改变化学反响速率 ,但不能使平衡移动 .3．NO2蒸气易形成N2O4：2NO2(g)N2O4(g)(正反响为放热反响) ,现欲较准确测定NO2的相对分子质量,应采用的反响条件是(A)A．高温低压B．低温高压C．低温低压D．高温高压解析：题目要求准确测定NO2的相对分子质量 ,而NO2(g)易形成N2O4(g),不利于NO2的相对分子质量的测定.故要准确测定NO2的相对分子质量 ,就必须使上述平衡向生成NO2分子的方向移动 ,由于上述正反响是一个体积缩小的放热反响 ,要使平衡向逆反响方向移动 ,那么应采取高温低压的措施才行.4．反响N2 (g)＋3H2(g) 2NH3(g)ΔH<0在某一时间段中反响速率与反响过程的曲线关系如右图所示,那么氨的百分含量最||高的一段时间段是(t1～t6,只改变了温度或压强)(A)A．t0～t1B．t2～t3C．t3～t4D．t5～t6解析：此题考查了对速率-时间图象的分析.化学平衡时v正＝v逆 ,氨的百分含量不变.t1～t2、t4～t5,v逆大于v正 ,平衡向左移动 ,致使氨的百分含量减少 .所以氨的百分含量最||高时是t0～t1 .5．合成氨的温度和压强通常控制在约500 ℃以及2×107～5×107 Pa的范围,且进入合成塔的N2和H2的体积比为1∶3 ,经科学实验测定,在相应条件下,N2和H2反响所得氨的平衡浓度(体积分数)如下表所示,而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15% ,这说明(D)压强2×107 Pa 6×107 Pa温度500 ℃19 .1A.表中所测数据有明显误差B．生产条件控制不当C．氨的分解速率大于预测值D．合成塔中的反响并未到达平衡解析：表中数据为科学实验测定 ,不可能有明显误差；合成氨连续进行 ,不会突然改变生产条件；平衡的浓度问题与速率的大小没有直接关系 ,而到达平衡状态的时间那么取决于反响速率的大小；平衡浓度是该条件下该可逆反响的最||高生成物浓度 ,所以D项正确.6．在合成氨的反响中,N2和H2的初始参加量为110 mL、130 mL ,当到达平衡时,气体的总体积变为220 mL ,那么生成NH3的体积为(B)A．10 mL B．20 mL C．25 mL D．30 mL解析：根据N2＋3H22NH31 32 ΔV＝2110 mL 130 mL V(NH3) ΔV＝110 mL＋130 mL－220 mL＝20 mL缩小2体积也等于生成NH3的体积数 ,即：V(NH3)＝20 mL7．以下事实,不能用勒·夏特列原理解释的是(D)A．反响CO(g)＋NO2(g)CO2(g)＋NO(g)ΔH<0 ,升高温度可使平衡向逆反响方向移动B．合成NH3的反响,为提高NH3的产率,理论上应采取相对较低的温度C．溴水中存在平衡：Br2＋H2O HBr＋HBrO ,当参加AgNO3溶液后,溶液颜色变浅D．对2HI(g)H2(g)＋I2(g) ,增大平衡体系的压强(压缩体积)可使体系颜色变深解析：此题考查勒·夏特列原理的应用.选项A的反响为放热反响 ,升高温度 ,平衡向逆反响方向移动.选项B合成氨的反响是放热反响 ,理论上采取低温有利于反响向正反响方向进行 ,但需同时考虑温度对反响速率的影响.选项C中参加AgNO3后 ,Ag＋与Br－反响生成AgBr沉淀 ,降低了Br－的浓度 ,平衡向正反响方向移动 ,溶液颜色变浅 ,A、B、C三项均能用勒·夏特列原理解释.选项D因2HI(g)H2(g)＋I2(g) ,化学方程式两边气体分子数相等 ,压缩体积使压强增大 ,平衡不发生移动 ,但由于体积减小 ,各组分的浓度增大 ,故颜色变深.应选D .8．工业上合成氨是在一定条件下进行如下反响：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH ＝－kJ·mol－1 ,其局部工艺流程如以下列图所示：反响体系中各组分的局部性质见下表：气体氮气氢气氨熔点/℃－－－沸点/℃－－－答复以下问题：(1)写出该反响的化学平衡常数表达式：K＝________ .随着温度升高,K值______(选填"增大〞 "减小〞或 "不变〞) .(2)平衡常数K值越大,说明________(填字母) .A．N2的转化率越高B．NH3的产率越大C．原料中N2的含量越高D．化学反响速率越快(3)合成氨反响的平衡常数很小,所以在工业上采取气体循环的流程.即反响后通过把混合气体的温度降低到________使__________别离出来；继续循环的气体是________ .解析：(1)由方程式N2(g)＋3H2 (g)2NH3 (g)不难写出：K＝[NH3]2[N2]·[H2]3 ,根据此反响ΔH<0 ,说明正反响为放热反响 ,升高温度平衡向吸热方向移动 ,即向左移动 ,[NH3]减小 ,[N2]和[H2]增大 ,故K减小.(2)平衡常数K值越大 ,说明[NH3]越大 ,[N2]和[H2]就越小 ,说明反响进行的程度大 ,故N2的转化率就越高 ,NH3的产率就越大(注：产率是指实际产生的NH3与理论产生的NH3的物质的量之比) .(3)根据气体的熔、沸点可知 ,氨气容易液化 ,使其别离可使平衡正向移动 ,剩余N2和H2循环使用 ,以提高产率.答案：(1)[NH3]2[N2]·[H2]3减小(2)A、B(3)－℃氨N2和H29．合成氨反响在工业生产中的大量运用,满足了人口的急剧增长对粮食的需求,也为有机合成提供了足够的原料- -氨.合成氨反响是一个可逆反响：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) .在298 K时：ΔH＝－kJ·mol－1 ,K＝×106(mol·L－1)－2 .(1)从平衡常数来看,反响的限度已经很大,为什么还需要使用催化剂?________________ .(2)试分析实际工业生产中采取700 K左右的温度的原因：________________ .(3)298 K ,×105 Pa ,在10 L密闭容器中充入10 mol氮气、30 mol氢气和20 mol氨气,开始的瞬间,反响向________(选填 "正〞或 "逆〞)方向进行,反响进行5 min后体系能量的变化为________(选填 "吸收〞或 "放出〞) kJ ,容器内压强变为原来的________倍 .(4)从开始至||5 min时,用N2浓度变化表示该反响的平均速率为____________ .解析：(1)对于一个实际工业生产的反响原理 ,既要考虑反响的限度问题 ,也要考虑反响的速率问题 ,使用催化剂主要是为了在不影响限度的情况下加快反响速率 .(2)在该温度下 ,催化剂的活性最||大.(3)依据Q＝[(20 mol/10 L)2]/[(10 mol/10 L)·(30 mol/10 L)3]＝4/27(mol·L－1)－2<K＝×106(mol·L－1)－2 ,反响正向进行 ,放出热量 ,且放出热量的数值为92.2 kJ·mol－1的两倍 ,故5 min时生成的氨气为4 mol ,用三步式表示为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)起始量(mol)103020转化量(mol)2645 min时(mol)82424故 5 min时气体总物质的量为8＋24＋24＝56(mol) ,容器内压强变为原来的56/60＝14/15 .(4)v(N2)＝(2 mol/10 L)/5 min＝0.04 mol·L－1·min－1答案：(1)使用催化剂主要是为了在不影响限度的情况下加快反响速率,提高单位时间内的产量(2)在该温度下,催化剂的活性最||高,速率较大,反响的限度虽然有所降低,但综合分析,单位时间内的产量还是最||理想的(3)正放出14/15(4) mol·L－1·min－1 10．工业上生产硫酸时,利用催化氧化反响将SO2转化为SO3是一个关键步骤.压强及(1)SO2的氧化是放热反响,如何利用表中数据推断此结论?________ .(2)在400～500 ℃时,SO2的催化氧化采用常压而不是高压,主要原因是________ .(3)选择适宜的催化剂,是否可以提高SO2的转化率?________(选填 "是〞或 "否〞) ,是否可以增大该反响所放出的热量?________(选填 "是〞或 "否〞) .(4)为提高SO3吸收率,实际生产中用________吸收SO3 .(5)：2SO3(g) ＋O2 (g) = = =2SO3 (g)ΔH＝－kJ·mol－1 ,计算每生产1万吨98%硫酸所需要的SO3质量和由SO2生产这些SO3所放出的热量.(1)压强一定时,温度升高,SO2转化率下降,说明升温有利于逆反响进行,所以正反响为放热反响(2)增大压强对提高SO2转化率无显著影响,反而会增加生产本钱(3)否否(4)浓硫酸(5)1万吨98%的硫酸含H2SO4的质量为×109 g ,设需要SO3的质量为x ,该反响产生的热量为y ,那么：H2SO4 ～SO3～ΔH98 g 80 g ×kJ×109 g x yx＝错误!＝×109 g＝×103 t ,y＝错误!＝×109 kJ。

优课系列高中化学鲁科版选修四 2.4 化学反应条件的优化课件(18张)

适宜温度，700 K左右
大致有三种类型：低压中压
高压
一般选择铁做催化剂
速率与各物质的浓度的关系式：
V=KC(N2) C1.5(H2) C-1(NH3)
讨论：工业上能否用过量N2提高H2转化率？
NH3% 实验表明：适当提高氮气比例为1:2.8，有利于合成氨 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
压强越大，反应速率越大正催化剂, 加快反应速率浓度越大，反应速率越大
压强
催化剂
无影响
增大反应物浓度，平衡正向移动
浓度
二、合成氨反应的速率
交流· 研讨 (P66)
1. 升高温度、增大压强增大浓度、使用催化剂
2. 增大N2 、H2浓度,同时将氨及时从混合气中分离出去 3. 使用催化剂，可以使合成氨的速率提高上万亿倍
适宜的合成氨条件工艺流程
化学反应的限度
怎样能促使化学平衡向合成氨方向移动怎样能提高合成氨反应速率
化学动力学
化学反应的速率
社会效益
分析：合成氨的反应特点
N2+3H2 反应特点
_____反应
2NH3
△H<0
正反应为_____反应
正反应为气体系数_____的反应
1:1
1:2
1:3
1:4
1:5
1:6
N2:H2
四.合成氨的生产流程
粗读课本P69
造气———净化———合成氨
例已知2SO2(g)+O2(g) 题
其实验数据见表
2SO3 (g) △H＜0
450℃ (1) 应选用的温度是______ 。 SO2 常压，理由是因为常压下 (2) 应采用的压强是______ ___________ 的转化率已经很高，若采用较大压强，SO2的转化率 __________________________________________ 提高很少，但需要的动力更大，对设备的要求更高。 _______________________________________

高中化学鲁科版选修4化学反应原理第2章第4节化学反应条件的优化

N2 （g） +3H2 （g） 2NH3 （g）在一定条件下可以正向自发进行怎样才能得到更快的生产速率，以使N2 和H2 尽快的转响化学反应速率的因素（内因、温度、压强、浓度、催化剂）二、实验表明，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系：V=kC(N2)C1.5(H2)C -1(NH3)
。
资料在线
氨的用途：
一、氮肥
氨除了本身可以作为肥料外，它是进一步制取各种氮肥的原料。氮肥是现代农业生产必不可少的。由氨制成的氮肥，最重要的是尿素、硝酸铵、硫酸铵、碳酸氢铵、磷酸铵等。氨用于生产各种氮肥约占总产量的80～ 90%。
二、工业原料
氨也可用于制造硝酸、硝酸盐、铵盐、氰化物等无机物。还可以用来制造胺、磺胺、腈等有机物。氨和这些氮化合物是生产染料、炸药、医药、合成纤维、塑料等的原料。
情景假定
假设你是某家大型化工厂的工程师，完成下面的研究课题：
课题：实现由氮气和
氢气为原料合成氨的工业化生产并获得最大的经济效益。
N2 （g） +3H2 （g）
2NH3 （g）
技术支持
对于上面的反应在298K时：
ΔH=—92.2KJ•mol-1 ΔS=—198.2J•K-1 • mol-1 ΔH –TΔS是判断一个反应能否进行的判据
合成氨的生产流程
1、氨的合成
造气净化合成氨
2、氮气氢气的循环利用 3、反应热的综合利用
练习
1、在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化为SO3： 2SO2 + O2 催化剂 2SO3 ΔH<0 ，试回答下列问题： ⑴ 生产过程中常常通入过量的空气，你认为其原因是什么？提高SO2的转化率 ⑵ 实际生产控制的温度为400℃-500℃，为什么？提高化学反应速率，并且催化剂在该温度下活性最好 ⑶ 增大压强对上述反应有何影响？平衡向正向移动

【整合】鲁科版高中化学选修4第二章第4节化学反应条件的优化--工业合成氨教学设计2

第二章化学反应的方向、限度和速率第4节化学反应条件的优化--工业合成氨教学设计2【教学目标】知识与技能1.使学生理解如何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。

2.使学生了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。

过程与方法1.教学时应以化学反应速率和化学平衡原理为主线，以合成氨知识为中心，结合工业生产的实际情况，将知识串联、拓展、延伸，培养学生的归纳思维能力。

2.在运用理论的过程中，可以进一步加深学生对所学理论的理解和提高知识的实际应用能力。

情感态度与价值观1.通过了解合成氨的全过程，可以激发学生爱科学、探索科学的热情。

2.通过合成氨前景的展望，激发学生学习兴趣，使学生体会化学学科中逻辑结构严谨深刻的科学美。

【教学过程】一、合成氨的反应限度请同学们根据合成氨反应的特点,利用影响化学平衡移动的因素,分析什么条件有利于氨生成。

（降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动；N2与H2的体积比为1：3时，平衡混合物中氨的含量最高）交流·研讨参阅65页合成氨反应是一个可逆反应：N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)。

已知298 K时：△H==一92．2 kJ·mol-1△S=一198．2 J·K一1·mol一1(提示：合成氨反应的特点：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。

)1．请你根据正反应的焓变和熵变分析298 K下合成氨反应能否自发进行。

2．请你利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成。

[结论]高温,低压有利于化学平衡正向移动,N2,H2浓度比为1:3有利于化学平衡正向移动.二、合成氨反应的速率------阅读66页交流研讨[交流·研讨]1、结合影响反应速率的因素,思考什么条件能使氨生成的快答：升高温度增大压强增大反应物浓度使用催化剂2、实验表明,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答：ν =κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)3、请你根据关系式分析:各物质的浓度对反应速率有哪些影响可以采取哪些措施来提高反应速率答：增大N2、H2浓度、将氨及时从混合气中分离出去三、合成氨的适宜条件[交流·研讨]1．根据合成氨反应的特点，应分别采取什么措施提高反应的平衡转化率和反应速率?请将你的建议填入下表。

选修4 第二章第四节化学反应进行的方向111

第四节化学反应进行的方向1、识记焓和熵的概念，能够体会到化学反应方向的规律性2、通过学习教材，理解焓变与熵变对化学反应方向进行的共同影响3、学会应用能量判据和熵判据分析化学反应进行的方向一、自发过程和自发反应（一）自发过程：在一定条件下，不用借助于外力就可以自动进行的过程如：水往低处流、冰在常温下自动熔化、气体分子的自由扩散、电流从电压高的地方流向电压低的地方、蔗糖溶于水得均一的溶液（二）自发反应：在给定的条件下，能自发地进行到显著程度的反应如：铁在潮湿的空气中缓慢腐蚀、生石灰溶于水生成熟石灰、酒精的燃烧、铁粉与硫粉混合加热生成硫化亚铁（需点燃，但一旦发生就能自发地进行下去）、钠与水的反应等自发的放热反应：甲烷燃烧、铁生绣、H2与O2反应、H2与Cl2反应等（三）非自发反应：不能自发地进行，必须借助于某种外力才能进行的反应如炽热的炭与水蒸气生成CO与H2（四）自发的吸热过程和反应：①室温下冰的融化、硝酸盐类的溶解等都是自发的吸热过程②在25℃、101kPa时，N2O5和碳酸铵的分解都是自发的吸热过程2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g) △H=＋56.7kJ·mol－1(只要是从分子数小的到分子数大的反应，都是自发的过程，)熵增加原理(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3＋NH3△H=＋74.9kJ·mol－1（五）既不吸热也不放热的自发过程如图分别装有A、B两种气体，打开活塞，则A、B会运动，使得最终两种气体均匀混合并占据这两个瓶子，此自发过程既不吸热也不放热。

（六）自发过程和自发反应的应用1、用来完成有用功如向下流动的水可推动机器、汽油燃烧可在内燃机中被用来做功、可将氢气设计成燃料电池2、一般的，如果一个过程是自发的，则其逆过程就是非自发的。

非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可将水从低处抽向高处、通电可将水分解二、判断反应进行方向的焓判据(能量判据)自发过程的体系总是趋向于从高能量状态转变为低能量状态（这时反应体系对外部做功或释放能量），表现为焓变△H＜0，这一经验规律就是能量判据，即焓判据判断反应进行的方向依据的是焓变，即焓判据规律：1、对于密闭体系，在恒压和不做其他功的条件下发生变化，吸收或放出的热量等于体系的焓的变化2、实验事实证明：多数能自发进行的化学反应是放热反应，即△H＜0C3H8的燃烧、Na在Cl2中点燃、H2与F2的反应等均是因为它们是放热反应而能自发进行，并且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应进行得越完全3、但是，不少吸热过程和吸热反应也能自发进行如硝酸铵溶于水吸热、NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)=CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l) △H=＋37.30kJ·mol－1还有一些吸热反应在较低的温度下不能自发进行，但在较高温度下能自发进行，如在室温和较高温度下均为吸热过程的碘酸钙的分解：CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g) △H(298K)=＋178.2kJ·mol－1△H(1200K)=＋176.5kJ·mol－14、焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素只是根据焓变来判断反应进行的方向是不完全的三、判断反应进行的熵判据在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序的倾向，这种推动体系变化的因素称作熵。

【高中化学】选修四第二章第四节化学反应进行的方向

选修四第二章第四节化学反应进行的方向一、教材分析在学生学习了化学反应及其能量变化、化学反应速率、化学反应的限度之后，教材安排了难度较大的化学反应进行的方向的内容。

对于自由能知识，仅限于达到知道、了解的层次即可。

事物的发展、变化常常受多种因素的制约，通过焓变、熵变的介绍，力图使学生学会全面分析问题。

二、教学目标1．知识目标：(1)、通过学生日常生活中所见所闻以及常见的化学反应，让学生了解放热反应的自发性和某些吸热过程的自发性；（2）、通过“有序”和“无序”的对比，引出熵的概念；（3）、通过日常生活中的见闻引导学生，使学生明确根据反应的焓变和熵变的大小，只能判断反应自发进行的可能性，不能决定反应是否一定发生或反应速率的大小。

2．能力目标：（1）、通过学生已有知识及日常生活中的见闻，使学生构建化学反应方向的判据；（2）学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加式，构建新知识3．情感、态度和价值观目标：通过日常生活中的焓变和熵变的具体实例，让学生明确化学与日常生活是息息相关的。

三、教学重点难点重点：熵判据难点：焓减与熵增与化学反应方向的关系四、学情分析学生在学习了化学反应速率、化学平衡及其影响因素的基础上，抽象思维能力提高很多，本节降低难度后，学生应该能掌握重点内容。

五、教学方法1．启发教学2．学案导学：见后面的学案。

3．新授课教学基本环节：预习检查、总结疑惑→情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、当堂检测→发导学案、布置预习六、课前准备1．学生的学习准备：填写学案。

2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。

七、课时安排：1课时八、教学过程(一)预习检查、总结疑惑检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。

（二）情景导入、展示目标。

教师：汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮以及燃料不完全燃烧所产生的一氧化碳，它们是现代城市中的大气污染物，为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气：2NO（g） + 2CO（g） = N2（g） + 2CO2（g），你能否判断这一方案是否可行？理论依据是什么？教师：上述问题是化学反应的方向的问题。

鲁科版化学选修4第二章第4节化学反应条件的优化教案.(DOC)

第4节化学反应条件的优化——工业合成氨知识与技能：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。

课型：新课课时安排：１课时教学过程：【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合成氨反应是一个可逆反应: N 2(g)+3H 2(g)2NH 3(g)已知298K 时: △H= -92.2KJ·mol —1 ， △S = -198.2J·K —1·mol —1 请根据正反应的焓变和熵变分析298K 下合成氨反应能否自发进行？ 298K 下合成氨反应的平衡常数K 为4.1×106（mol·L —1)—2 【学生】假设△H 和△S 不随温度变化，算得T<465.2K 。

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