师：同学们，今天我们一起来学习高二人教版化学选择性必修一第二章第四节——化学反应的调控。通过本节课学习，大家要达成两点目标：一是通过工业合成氨适宜条件的选择与优化，认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用；二是在合成氨适宜条件的讨论中，形成多角度分析化学反应和化工生产条件的思路，体会化学反应原理的应用价值。本节课重点是合成氨反应中化学反应速率和化学平衡的综合调控，难点是形成多角度调控化学反应的思路。
生活中有很多化学反应调控的例子，比如在月饼盒中放脱氧剂，把食物放入冰箱或抽真空保存，这些都是通过改变条件降低食物腐败速率，延长储存时间。那在工业生产中，人们是如何调控化学反应的呢？我们以合成氨为例探讨。
工业合成氨是人类科学技术的重大突破，有三位化学家因相关研究获诺贝尔化学奖。哈伯发明氮气和氢气合成氨的方法，1918 年获奖；博施开发合成氨的高压方法，1931 年获奖；埃特尔证实铁催化剂表面合成氨的反应历程，2007 年获奖。
现在大家化身小小工程师，体验工业合成氨条件的选择。一个用于工业生产的化学反应，一般要经过这些步骤：先分析反应特点，再用理论指导反应条件选择，接着模拟实验获取数据，综合考量确定生产条件，最后投入大规模工业生产。
我们先了解合成氨反应的特点，它是一个可逆、放热且正向气体分子数减小的反应。从理论角度分析，要增大合成氨的反应速率，可以增大反应物氮气和氢气的浓度、升高温度、增大压强或者使用合适的催化剂。要提高平衡混合物中氨的含量，根据平衡移动原理，可增大反应物氮气和氢气的浓度，减小生成物氨气的浓度。温度方面，正反应放热，降低温度可促进平衡向正反应方向移动；压强方面，合成氨反应正向气体分子数减小，增大压强可促进平衡向正反应方向移动，而催化剂对平衡移动无影响。
从理论分析完，那实验数据和理论一致吗？请大家翻到课本 45 页看表 2 - 2，表格给出不同温度、压强下平衡混合物中氨的含量变化。分析数据发现，温度相同时，压强越大，平衡混合物中氨的含量越高；压强相同时，温度越高，平衡混合物中氨的含量越低。所以要提高平衡混合物中氨的含量，需增大压强、降低温度。
综合来看，增大合成氨的反应速率和提高平衡混合物中氨的含量，在压强方面措施一致，但温度方面不一致。实际生产中该怎么选择适宜条件呢？我们先讨论催化剂的选择。大家知道催化剂可加快反应速率，来看具体数据体会下它对反应速率的影响。700K 时，不使用催化剂，合成氨反应活化能是 335 千焦每摩尔；使用铁做催化剂，活化能降为 167 千焦每摩尔，反应速率提高到 3.4×1012 倍。不过，催化剂活性受温度影响大，看左边图像，温度在 400 - 500 摄氏度时，铁的催化能力最强。目前合成氨生产一般选铁做催化剂，反应温度控制在 400 - 500 摄氏度。这表明增大合成氨的反应速率，使用适宜催化剂是最有效途径，但要在一定温度范围内使用。
接着讨论温度的选择。温度既影响平衡又影响化学反应速率，根据平衡移动原理，合成氨应采用低温提高平衡转化率，但温度降低会使反应速率减小，达到平衡所需时间变长，不经济，所以要选适宜温度，实际生产一般采用 400 - 500 摄氏度。思考一下，选择温度时考虑了哪些因素，优先考虑什么？我们发现选择温度时，既要考虑对化学平衡和反应速率的影响，更要优先考虑对催化剂活性的影响。
再来讨论压强的选择。分析表明合成氨压强越大越好，实验数据也能说明这点。但压强并非越大越好，因为压强越大，对材料强度、设备制造要求越高，需要动力也越大，会大大增加生产投资，降低综合经济效益。目前我国合成氨厂一般采用十到三十兆帕的压强。思考一下，选择压强时考虑了哪些因素？选择压强时，既要考虑对化学平衡和反应速率的影响，更要考虑增大压强对材料强度、设备制造要求和动力的要求。