2.4化學(xué)反應(yīng)的方向和調(diào)控 課件 高二上學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

化學(xué)反應(yīng)的方向和調(diào)控柳州二中——韋才雄課前三準(zhǔn)備：物質(zhì)準(zhǔn)備：選擇性必修一課本，師說(shuō)，練習(xí)本，黑筆，紅筆知識(shí)準(zhǔn)備：化學(xué)反應(yīng)的方向和調(diào)控思想準(zhǔn)備：有夢(mèng)不覺天涯遠(yuǎn)，揚(yáng)帆起航再出發(fā)坐姿要求：一拳一尺一寸課前三分鐘朗讀：朗讀并理解化學(xué)反應(yīng)的方向和調(diào)控必備知識(shí)課前三分鐘：師說(shuō)P421．自發(fā)過(guò)程(1)含義：在一定條件下，不用借助外力就可以自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程。(2)特點(diǎn)①體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)。②在密閉條件下，體系有從有序自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序的傾向。(3)非自發(fā)過(guò)程：在一定條件下，需持續(xù)借助外力才能進(jìn)行的過(guò)程。2．自發(fā)反應(yīng)(1)含義：在給定的條件下，無(wú)需外界幫助，一經(jīng)引發(fā)即能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng)，稱為自發(fā)反應(yīng)。(2)非自發(fā)反應(yīng)：不能自發(fā)進(jìn)行，必須借助某種外力才能進(jìn)行的反應(yīng)。課前三分鐘：師說(shuō)P423．焓變與化學(xué)反應(yīng)的方向(1)放熱反應(yīng)過(guò)程中體系能量降低，具有自發(fā)進(jìn)行的傾向。(2)焓變與化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的關(guān)系①大多數(shù)放熱反應(yīng)是可以自發(fā)進(jìn)行的。②有些吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行。4．熵變與化學(xué)反應(yīng)的方向(1)熵①定義：度量體系混亂程度的物理量，用符號(hào)S表示。②熵變：ΔS＝S(生成物)－S(反應(yīng)物)。(2)熵值大小：同一種物質(zhì)的熵值S(g)＞S(l)＞S(s)(3)自發(fā)反應(yīng)與熵變的關(guān)系①體系有自發(fā)地向混亂度增加(即熵增，ΔS>0)的方向轉(zhuǎn)變的傾向。②有些熵減的過(guò)程也能自發(fā)進(jìn)行。課前三分鐘：師說(shuō)P425．自由能與化學(xué)反應(yīng)的方向(1)自由能ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG單位：kJ·mol－1，T單位：K。(2)反應(yīng)方向與自由能的關(guān)系化學(xué)反應(yīng)總是向著自由能減小的方向進(jìn)行，直到體系達(dá)到平衡。①當(dāng)ΔG＜0時(shí)，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；②當(dāng)ΔG＝0時(shí)，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；③當(dāng)ΔG＞0時(shí)，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。課前檢測(cè)：寫在課堂檢測(cè)本上，然后同桌交叉批改反應(yīng)NH4HS(s)?NH3(g)+H2S(g)ΔH>0。在某溫度下達(dá)到平衡，當(dāng)改變下列各種情況時(shí)，平衡將(填“正向移動(dòng)”、“逆向移動(dòng)”或“不移動(dòng)”)。1.溫度、容積不變時(shí)，通入SO2氣體，平衡

。2.移走一部分NH4HS固體，平衡

。3.保持容器體積不變，充入HCI氣體，平衡

。4.保持壓強(qiáng)不變，充入氮?dú)?，平?/p>

。5.降低溫度，平衡

。6.加入合適的催化劑，平衡

。正向移動(dòng)正向移動(dòng)正向移動(dòng)不移動(dòng)不移動(dòng)逆向移動(dòng)導(dǎo)——回歸課本，梳理知識(shí)閱讀課本P43~44，結(jié)合《師說(shuō)》P42知識(shí)點(diǎn)一，思考：1.什么是自發(fā)過(guò)程，有么特點(diǎn)？2.什么是自發(fā)反應(yīng)？結(jié)合《師說(shuō)》P42【問(wèn)題探究1，2】,總結(jié)自發(fā)反應(yīng)發(fā)生的條件及對(duì)速率的影響。3.焓變(ΔH)對(duì)化學(xué)反應(yīng)的方向有什么影響？4.什么是熵？熵變(ΔS)對(duì)化學(xué)反應(yīng)的方向有什么影響？5.焓變(ΔH)和熵變(ΔS)共同作用對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向有什么影響？導(dǎo)——回歸課本，梳理知識(shí)1.自發(fā)過(guò)程：自發(fā)——水從高處流向低處非自發(fā)——借助水泵從低處流向高處在一定條件下，不用借助外力就可以自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程。體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)特點(diǎn)：在密閉條件下，體系有從有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序的傾向思2.自發(fā)反應(yīng)：在給定的條件下，可以自發(fā)進(jìn)行到顯著程度的化學(xué)反應(yīng)。自發(fā)反應(yīng)具有方向性特點(diǎn)：自發(fā)反應(yīng)是指該反應(yīng)過(guò)程有自發(fā)進(jìn)行的傾向如“正”可以，“逆”不可以（合成氨）如燃燒自發(fā)，但在常溫不自發(fā)

需要一定條件引發(fā)反應(yīng)一定條件下也能發(fā)生師說(shuō)P42[問(wèn)題探究2]只是判斷反應(yīng)的方向，與是否會(huì)發(fā)生和反應(yīng)的快慢無(wú)關(guān)。思3.焓變與反應(yīng)方向Zn(s)+CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)+Cu(s)ΔH=-216.8kJ·mol-12H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=-571.6kJ·mol-1放熱反應(yīng)過(guò)程中體系能量降低，因此具有自發(fā)反應(yīng)的傾向大多數(shù)放熱反應(yīng)是可以自發(fā)進(jìn)行的NaHCO3(s)+HCl(aq)=CO2(g)+NaCl(aq)+H2O(l)ΔH=＋31.4KJ/mol2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)

ΔH=+109.8kJ/mol

少數(shù)吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行的結(jié)論：1.ΔH<0有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行但自發(fā)反應(yīng)不一定要ΔH<0；2.焓變是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一個(gè)因素,但不是唯一因素。思4.熵變與反應(yīng)方向（1）熵(S)：

單位：J·mol-1·K-1

描述體系混亂度的物理量氣體的自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程硝酸銨溶于水的過(guò)程可以自發(fā)進(jìn)行這些過(guò)程都是自發(fā)地從混亂度小(有序)向混亂度大（無(wú)序）的方向進(jìn)行。體系混亂度越大，熵值越大特點(diǎn)：同種物質(zhì)：S(g)>S(l)>S(s)氣態(tài)水熵：188.8J/(mol·K)液態(tài)水熵：70.0J/(mol·K)固態(tài)水（冰）熵：為37.6J/(mol·K)思4.熵變與反應(yīng)方向（2）熵變（ΔS）ΔS=S(生成物）-S(反應(yīng)物）ΔS>0,熵增反應(yīng)ΔS<0,熵減反應(yīng)熵增反應(yīng)(ΔS>0)體系趨向于從有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序，因此具有自發(fā)的傾向。Zn(s)+H2SO4(aq)＝ZnSO4(aq)+H2(g)2KClO3(s)＝2KCl(s)+3O2(g)△S>02NO(g)+2CO(g)＝N2(g)+2CO2(g)4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)＝4Fe(OH)3(s)△S<0大多數(shù)熵增反應(yīng)可以自發(fā)少數(shù)熵減反應(yīng)也可以自發(fā)結(jié)論：1.ΔS>0有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，但自發(fā)反應(yīng)不一定要ΔS>0。；2.熵變是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一個(gè)因素,但不是唯一因素。高中階段的熵變（ΔS）直接看氣體的個(gè)數(shù)，反應(yīng)前后氣體數(shù)增加則為熵增，反之則為熵減。思5.復(fù)合判據(jù)研究表明：在等溫、等壓條件下封閉體系中，自由能的變化綜合反應(yīng)了體系的焓變和熵變對(duì)自發(fā)過(guò)程的影響：△G=△H-T△S當(dāng)△G＜0時(shí)，

反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行當(dāng)△G＞0時(shí)，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行當(dāng)△G＝0時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)

化學(xué)反應(yīng)總是向著自由能減小的方向進(jìn)行，直到體系達(dá)到平衡，且自由能越小反應(yīng)越易自發(fā)進(jìn)行！思、議、展8．根據(jù)所學(xué)知識(shí)判斷下列反應(yīng)中，在所有溫度下都不自發(fā)進(jìn)行的是(

)A．2O3(g)=3O2(g)

ΔH＜0B．2CO(g)=2C(s)＋O2(g)

ΔH＞0C．N2(g)＋3H2(g)=2NH3(g)

ΔH＜0D．CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)

ΔH＞010．[2024·河北正定中學(xué)高二期末]下列說(shuō)法正確的是(

)A．能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定能迅速發(fā)生B．NH4Cl(s)=NH3(g)＋HCl(g)室溫下不能自發(fā)進(jìn)行，

說(shuō)明該反應(yīng)的ΔH<0C．NH4HCO3(s)=NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)

ΔH>0，

該反應(yīng)在高溫下能自發(fā)進(jìn)行D．加入合適的催化劑能改變反應(yīng)的焓變，使非自發(fā)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為自發(fā)反應(yīng)BCΔG=ΔH-TΔS<0

自發(fā)所有溫度任何溫度都可自發(fā)任何溫度都不可自發(fā)低溫可自發(fā)高溫可自發(fā)不自發(fā)※T只有正值，高溫或低溫自發(fā)反應(yīng)與快慢無(wú)關(guān)高溫可自發(fā)ΔH>0思、議、展同桌之間相互復(fù)述焓判據(jù)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向熵判據(jù)復(fù)合判據(jù)放熱反應(yīng)體系能量降低，具有自發(fā)的傾向大多數(shù)放熱反應(yīng)和少數(shù)吸熱可以自發(fā)ΔH<0有利于反應(yīng)自發(fā)但一定要ΔH<0焓變是判斷自發(fā)的一個(gè)因素但不是唯一因素熵增反應(yīng)體系趨于從有序變無(wú)序，具有自發(fā)的傾向大多數(shù)熵增反應(yīng)和少數(shù)熵減反應(yīng)可以自發(fā)ΔS>0有利于反應(yīng)自發(fā)但一定要ΔS>0熵變是判斷自發(fā)的一個(gè)因素但不是唯一因素ΔG=ΔH-TΔSΔG＜0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行ΔG＞0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行ΔG＝0，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)測(cè)課時(shí)作業(yè)P38，T3，6，7，8，9，10，11，12可逆反應(yīng)2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)，ΔH<0達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，下列措施：①升溫

②恒容通入惰性氣體③增加SO2濃度

④增加O2濃度

⑤加壓

⑥加入催化劑⑦恒壓通入惰性氣體

⑧及時(shí)移出SO31.能提高SO2轉(zhuǎn)化率的是(

)2.既能提高SO2轉(zhuǎn)化率，又能提高反應(yīng)速率的是(

)課前檢測(cè)：寫在課堂檢測(cè)本上，然后同桌交叉批改④⑤⑧④⑤導(dǎo)生活中化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控隔離可燃物、隔絕空氣或降低溫度延長(zhǎng)食物儲(chǔ)存時(shí)間思工業(yè)上合成氨如何調(diào)控反應(yīng)的條件？思N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH=-92.2kJ·mol-1ΔS=-198.2J·mol-1·K-1反應(yīng)特點(diǎn)可逆反應(yīng)ΔH<0、ΔS<0，溫度大于-273℃即可反應(yīng)自發(fā)反應(yīng)不能進(jìn)行徹底合成氨時(shí)考慮合成氨要快生成氨要多成本低，原料利用率高綠色化學(xué)反應(yīng)速率平衡正向移動(dòng)經(jīng)濟(jì)成本環(huán)保問(wèn)題工業(yè)上合成氨如何調(diào)控反應(yīng)的條件？根據(jù)以上考慮完成課本P46思考與討論表格思對(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增大反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度升高溫度降低溫度增大壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)使用催化劑無(wú)影響原理分析：課本P46思考與討論速率平衡移動(dòng)N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH=-92.2kJ·mol-1思不同條件下，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數(shù)據(jù)分析：課本P47表2—2綜合以上兩個(gè)方面，分析增大合成氨的反應(yīng)速率與提高平衡混合物中氨的含量所采取的措施是否一致？溫度——速率溫度——平衡移動(dòng)壓強(qiáng)——速率平衡移動(dòng)壓強(qiáng)——平衡移動(dòng)壓強(qiáng)一致，溫度不一致！思1.壓強(qiáng)

原理分析數(shù)據(jù)分析合成氨時(shí)壓強(qiáng)越大越好實(shí)際生產(chǎn)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)力也越大大大增加生產(chǎn)投資，并可能降低綜合經(jīng)濟(jì)效益我國(guó)的合成氨廠一般采用的壓強(qiáng)為10MPa~30MPa思2.溫度

原理分析數(shù)據(jù)分析低溫可以提高平衡轉(zhuǎn)化率低溫會(huì)使化學(xué)反應(yīng)速率減小實(shí)際生產(chǎn)達(dá)到平衡所需時(shí)間變長(zhǎng)，工業(yè)生產(chǎn)中是很不經(jīng)濟(jì)在實(shí)際生產(chǎn)中一般采用的溫度為400~500℃（還需考慮催化劑活性）思3.催化劑

高溫、高壓下，N2和H2的化合反應(yīng)仍然進(jìn)行十分緩慢。

通常采用加入催化劑的方法，改變反應(yīng)歷程降低反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)物在較低溫度時(shí)能較快地發(fā)生反應(yīng)合成氨工業(yè)中普遍使用的是以鐵為主體的名成分催化劑，又稱鐵觸媒500℃時(shí)，催化劑活性最高故合成氨溫度一般選擇400~500℃進(jìn)行課本P48：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。注①催化劑“中毒”：因吸附或沉積毒物而使催化劑活性降低或喪失的過(guò)程。思理論值

n(N2):n(H2)=1:3實(shí)際值

n(N2):n(H2)=1:2.8N2與H2物質(zhì)的量之比NH3平衡體積分?jǐn)?shù)/%提高H2的轉(zhuǎn)化率

采取迅速冷卻的方法，使氣態(tài)氨變成液氨后及時(shí)從平衡混合物中分離出去，以促使化學(xué)平衡向生成氨氣的方向移動(dòng)。循環(huán)利用分離氨后的原料氣，并及時(shí)補(bǔ)充氮?dú)夂蜌錃猓狗磻?yīng)物保持一定的濃度，以利于合成氨反應(yīng)。4.濃度

N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH=-92.2kJ·mol-1ΔS=-198.2J·mol-1·K-1反應(yīng)特點(diǎn)可逆反應(yīng)ΔH<0、ΔS<0，溫度大于-273℃即可反應(yīng)自發(fā)反應(yīng)不能進(jìn)行徹底合成氨時(shí)考慮合成氨要快生成氨要多成本低，原料利用率高綠色化學(xué)反應(yīng)速率平衡正向移動(dòng)經(jīng)濟(jì)成本環(huán)保問(wèn)題工業(yè)上合成氨如何調(diào)控反應(yīng)的條件？壓強(qiáng):溫度：催化劑：濃度：n(N2):n(H2)=1:2.810MPa

~

30MPa鐵觸媒400

~

500℃循環(huán)利用分離氨后的原料氣優(yōu)化H2來(lái)源，余熱回收利用，減少?gòu)U棄物排放......【小結(jié)】思、議、展思、議、展5.合成氨的生產(chǎn)流程

N2+H2干燥凈化防止催化劑中毒N2+H2壓縮機(jī)加壓10MPa～30MPaN2+H2熱交換N2+H2鐵觸媒400～500℃N2+H2+NH3冷卻液態(tài)NH3N2+H2+NH3N2+H2充分利用能源增大壓強(qiáng)促使化學(xué)平衡向生成氨氣的方向移動(dòng)原料氣循環(huán)利用，提高原料利用率思、議、展師說(shuō)P45[問(wèn)題探究]在硫酸工業(yè)中，通過(guò)下列反應(yīng)使SO2氧化為SO3：2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)

ΔH<0。下表列出了在不同溫度和壓強(qiáng)下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)SO2轉(zhuǎn)化率的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。(1)從理論上分析。使SO2盡可能多、盡可能快地轉(zhuǎn)化為SO3，應(yīng)選擇的條件是什么？(2)在實(shí)際生產(chǎn)中，選定400～500℃，其原因是什么？(3)在實(shí)際生產(chǎn)中，采用的壓強(qiáng)為常壓，其原因是什么？(4)在實(shí)際生產(chǎn)中，通入過(guò)量的空氣，其原因是什么？(5)尾氣中的SO2必須回收，其原因是什么？溫度不同壓強(qiáng)下，平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率(%)0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa450℃97.598.999.299.699.7550℃85.692.994.997.798.3高壓、低溫、使用催化劑此溫度范圍催化劑的活性最高常壓轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，若高壓對(duì)設(shè)備的要求更高增大O2濃度，提高SO2的轉(zhuǎn)化率SO2有毒，防止污染環(huán)境ΔH<0212思、議、展師說(shuō)P45[即學(xué)即練]2．合成氨工業(yè)的原料氣中含有少量CO，CO會(huì)使催化劑失去催化能力(催化劑中毒)，因此，在進(jìn)入合成塔前必須將其除去。一般用醋酸二氨合銅溶液來(lái)吸收原料氣中的CO，其反應(yīng)為Cu(NH3)2Ac(aq)＋CO(g)＋NH3(g)?[Cu(NH3)3CO]Ac(aq)(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))。(1)醋酸二氨合銅吸收CO的生產(chǎn)適宜條件是________________。(2)吸收CO后的醋酸銅氨溶液經(jīng)過(guò)處理后，可再生成醋酸二氨合銅溶液，恢復(fù)其吸收CO的能力以供循環(huán)使用，醋酸銅氨溶液再生的生產(chǎn)適宜條件是________________。(g)(g)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)低溫、高壓高溫、低壓思、議、展課時(shí)作業(yè)P4111．一定條件下，將一定量的CO2和H2混合氣體通過(guò)裝有催化劑的反應(yīng)器可得到甲烷。已知Ⅰ.CO2(g)＋H2(g)?CO(g)＋H2O(g)

ΔH＝＋41kJ·mol－1Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g)?CH4(g)＋2H2O(g)

ΔH＝－165kJ·mol－1在兩種不同催化劑作用下反應(yīng)相同時(shí)間，CO2轉(zhuǎn)化率和生成CH4選擇性隨溫度變化關(guān)系如圖所示CH4選擇性＝CH4的物質(zhì)的量發(fā)生反應(yīng)的CO2的物質(zhì)的量×100%選擇性越高，越有利于產(chǎn)物生成化工題產(chǎn)率指