人教版高中化學(xué)選擇性必修1第二章第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控基礎(chǔ)課課件

第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控(基礎(chǔ)課)第二章

化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡素養(yǎng)目標(biāo)1．通過工業(yè)合成氨適宜條件的選擇與優(yōu)化，認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的綜合調(diào)控在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中的重要作用。2．在合成氨適宜條件的討論中，形成多角度分析化學(xué)反應(yīng)和化工生產(chǎn)條件的思路，體會(huì)化學(xué)反應(yīng)原理的應(yīng)用價(jià)值。舊知回顧知識(shí)點(diǎn)一合成氨條件的理論選擇1．合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)合成氨反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)。已知298K時(shí)：ΔH＝－92.4kJ·mol-1，ΔS＝－198.2J·mol-1·K-1。(1)自發(fā)性：常溫(298K)下，ΔH－TΔS____0，能自發(fā)進(jìn)行。(2)可逆性：反應(yīng)為______反應(yīng)。(3)熵變：ΔS____0，正反應(yīng)是氣體體積______的反應(yīng)。(4)焓變：ΔH____0，是______反應(yīng)。<

可逆<

減小<

放熱2．提高合成氨反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率的條件比較條件提高反應(yīng)速率提高平衡轉(zhuǎn)化率壓強(qiáng)高壓高壓溫度高溫低溫催化劑使用無影響濃度增大反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度，降低生成物濃度特別提醒

溫度對(duì)反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率的影響是不一致的，工業(yè)合成氨的溫度要適宜。3．?dāng)?shù)據(jù)分析根據(jù)課本表2-2在不同溫度和壓強(qiáng)下(初始時(shí)N2和H2的體積比為1∶3)，平衡混合物中氨的含量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，提高反應(yīng)速率的條件是______溫度、______壓強(qiáng)；提高平衡混合物中氨的含量的條件是______溫度、______壓強(qiáng)。二者在______這一措施上是不一致的。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與理論分析的結(jié)論是一致的。升高增大降低增大溫度1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。(1)充入的N2越多越有利于NH3的合成。 (

)(2)在合成氨的實(shí)際生產(chǎn)中，溫度越低，壓強(qiáng)越大越好。 (

)(3)在合成氨中，加入催化劑能提高原料的轉(zhuǎn)化率。 (

)(4)增大反應(yīng)物的濃度，減少生成物的濃度，可以提高氨的產(chǎn)率。

(

)(5)合成氨中在提高速率和原料的轉(zhuǎn)化率上對(duì)溫度的要求是一致的。

(

)×××√×2．下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說法正確的是(

)A．恒容條件下充入稀有氣體有利于NH3的合成B．N2的量越多，H2的轉(zhuǎn)化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成C．工業(yè)合成氨的反應(yīng)是熵增加的放熱反應(yīng)，在任何溫度下都可自發(fā)進(jìn)行D．工業(yè)合成氨的反應(yīng)是熵減小的放熱反應(yīng)，在常溫時(shí)可自發(fā)進(jìn)行√D

[A項(xiàng)，恒容條件下，充入稀有氣體對(duì)平衡無影響；B項(xiàng)，在合成氨工業(yè)中應(yīng)選擇一個(gè)合適的投料比[n(N2)∶n(H2)]，并不是充入的N2越多越有利于NH3的合成；C、D項(xiàng)，ΔH－TΔS＜0時(shí)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，而合成氨反應(yīng)的ΔH＜0、ΔS＜0，故在常溫條件下該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。]3．在合成氨反應(yīng)中使用催化劑和施加高壓，下列敘述正確的是(

)A．都能提高反應(yīng)速率，都對(duì)化學(xué)平衡無影響B(tài)．都對(duì)化學(xué)平衡有影響，但都不影響達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間C．都能縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，只有施加高壓對(duì)化學(xué)平衡有影響D．使用催化劑能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，而施加高壓無此效果√C

[對(duì)于反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)，使用催化劑能提高反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)；施加高壓既能提高反應(yīng)速率，使反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間縮短，也能使化學(xué)平衡向生成NH3的方向移動(dòng)。]知識(shí)點(diǎn)二工業(yè)合成氨的適宜條件1．合成氨反應(yīng)條件的選擇原則工業(yè)生產(chǎn)中，必須從__________和__________兩個(gè)角度選擇合成氨的適宜條件。(1)盡量增大反應(yīng)物的________，充分利用原料。(2)選擇較快的______________，提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量。(3)考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件。反應(yīng)速率反應(yīng)限度轉(zhuǎn)化率化學(xué)反應(yīng)速率2．問題討論(1)壓強(qiáng)：目前，我國(guó)的合成氨廠一般采用的壓強(qiáng)為10MPa～30MPa，不采用更高壓強(qiáng)的理由是____________________________________________________________。(2)溫度：升高溫度能提高化學(xué)反應(yīng)速率，但工業(yè)合成氨溫度不能太高的理由是①____________________________________________。②______________________________________________________。壓強(qiáng)越大，對(duì)材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求越高，需要的動(dòng)力也越大合成氨反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，轉(zhuǎn)化率降低400～500℃催化劑活性最大，升高溫度，催化劑活性減弱(3)催化劑：以____為主體的多成分催化劑，又稱鐵觸媒。原料氣必須經(jīng)過凈化，防止____________。(4)濃度①采取的措施：采取__________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；將NH3分離后的原料氣__________，并及時(shí)____________，使反應(yīng)物保持一定的濃度。②采取該措施的理由：分離出NH3以促使平衡向______________移動(dòng)，此外，原料氣的循環(huán)使用并及時(shí)補(bǔ)充原料氣，既提高了原料的________，又提高了反應(yīng)______，有利于合成氨反應(yīng)。鐵催化劑中毒迅速冷卻循環(huán)利用補(bǔ)充N2和H2合成氨的方向利用率速率3．工業(yè)合成氨的適宜條件外部條件工業(yè)合成氨的適宜條件壓強(qiáng)根據(jù)反應(yīng)器使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來選擇壓強(qiáng)(10MPa～30MPa)溫度適宜溫度，400～500℃催化劑使用鐵觸媒作催化劑濃度使氨液化并及時(shí)分離，循環(huán)利用原料氣特別提醒

工業(yè)生產(chǎn)中，必須從反應(yīng)限度和反應(yīng)速率兩個(gè)角度選擇合成氨的適宜條件，既要考慮盡量增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，充分利用原料，又要選擇較快的反應(yīng)速率，提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量，同時(shí)還要考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件。4．合成氨的生產(chǎn)流程在硫酸工業(yè)中，通過下列反應(yīng)使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)

2SO3(g)

ΔH＝－198kJ·mol-1。已知催化劑是V2O5，在400～500℃時(shí)催化效果最好，如題表為不同溫度和壓強(qiáng)下SO2的轉(zhuǎn)化率：溫度轉(zhuǎn)化率1×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450℃97.5%99.2%99.6%99.7%550℃85.6%94.9%97.7%98.3%(1)在實(shí)際生產(chǎn)中，選定400～500℃作為操作溫度，其原因是什么？(2)根據(jù)題表中的數(shù)據(jù)分析，制取SO3時(shí)為什么不采用高壓？(3)在生產(chǎn)中，通入過量空氣的目的是什么？(4)工業(yè)合成SO3的適宜條件是什么？[提示]

(1)兼顧速率和平衡，且在此溫度下催化劑的活性最高。(2)在常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率就已經(jīng)很高了(97.5%)，若采用高壓，平衡能向右移動(dòng)，但效果并不明顯，且采用高壓時(shí)會(huì)增大設(shè)備的成本，得不償失。(3)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，提高價(jià)格較高的SO2的轉(zhuǎn)化率。(4)常壓、450℃左右、催化劑、過量空氣。1．下列有關(guān)合成氨工業(yè)的敘述，可用勒夏特列原理來解釋的是(

)A．合成氨時(shí)采用循環(huán)操作，可提高原料的利用率B．高壓比常壓條件更有利于合成氨的反應(yīng)C．700K左右比室溫更有利于合成氨的反應(yīng)D．使用鐵觸煤，使N2和H2混合氣體有利于合成氨√B

[循環(huán)操作可提高原料的利用率，不能用勒夏特列原理來解釋，A項(xiàng)不符合題意；合成氨反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積減小的反應(yīng)，故加壓有利于合成氨，可用勒夏特列原理來解釋，B項(xiàng)符合題意；合成氨反應(yīng)為放熱反應(yīng)，高溫不利于合成氨，溫度控制在700K左右是考慮催化劑的活性，不能用勒夏特列原理來解釋，C項(xiàng)不符合題意；使用催化劑，對(duì)平衡移動(dòng)沒有影響，不能用勒夏特列原理來解釋，D項(xiàng)不符合題意。]2．某工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)生反應(yīng)：2A(g)＋B(g)??2M(g)

ΔH<0。下列有關(guān)該工業(yè)生產(chǎn)的說法正確的是(

)A．工業(yè)上合成M時(shí)，一定采用高壓條件，因?yàn)楦邏河欣贛的生成B．若物質(zhì)B價(jià)廉易得，工業(yè)上一般采用加入過量的B以提高A和B的轉(zhuǎn)化率C．工業(yè)上一般采用較高溫度合成M，因?yàn)闇囟仍礁?，反?yīng)物的轉(zhuǎn)化率越高D．工業(yè)生產(chǎn)中常采用催化劑，因?yàn)樯a(chǎn)中使用催化劑可提高M(jìn)的日產(chǎn)量√D

[工業(yè)上合成M可能采用常壓，如硫酸工業(yè)中SO3的生成；加入過量B只能提高A的轉(zhuǎn)化率，B的轉(zhuǎn)化率降低；溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低；使用催化劑可降低反應(yīng)的活化能，提高反應(yīng)速率。]隨堂評(píng)估·知能落實(shí)1．下列有關(guān)說法正確的是(

)A．為降低高爐尾氣中CO的含量，可采用增加高爐高度的方法B．合成氨的生產(chǎn)中，壓強(qiáng)越大，氨的產(chǎn)率越高，因此在選擇條件時(shí)，壓強(qiáng)越大越好C．合成氨的生產(chǎn)中，溫度越低，氨的產(chǎn)率越高，因此在選擇條件時(shí)，溫度越低越好D．在給定的條件下，達(dá)到平衡時(shí)可逆反應(yīng)完成程度最大√243題號(hào)15D

[A.增加高爐高度對(duì)反應(yīng)限度無影響，不能降低高爐尾氣中CO的含量，故A錯(cuò)誤；B.壓強(qiáng)越大，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的要求越高，需結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況選擇合適壓強(qiáng)，故B錯(cuò)誤；C.溫度越低，反應(yīng)速率越慢，需選擇合適溫度，故C錯(cuò)誤；D.在給定條件下，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)可逆反應(yīng)達(dá)到最大限度，轉(zhuǎn)化率最高，完成程度最大，故D正確。]243題號(hào)152．化學(xué)家使用了一種鐵化合物作催化劑，在常溫常壓下合成氨，反應(yīng)可表示為N2＋3H2

2NH3，下列有關(guān)說法正確的是(

)A．不同的催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響均相同B．哈伯法合成氨是吸熱反應(yīng)，新法合成氨是放熱反應(yīng)C．新法合成氨能在常溫下進(jìn)行是因?yàn)椴恍枰獢嗔鸦瘜W(xué)鍵D．新法合成氨與哈伯法合成氨相比不需要在高溫條件下，可節(jié)約大量能源，極具發(fā)展前景√243題號(hào)15D

[A.不同的催化劑催化機(jī)理不同，效果也不同，但在其他條件相同時(shí)，轉(zhuǎn)化率相同，A錯(cuò)誤；B.哈伯法合成氨和新法合成氨都是放熱反應(yīng)，B錯(cuò)誤；C.任何化學(xué)反應(yīng)都涉及舊鍵的斷裂和新鍵的生成，C錯(cuò)誤。]243題號(hào)153．(生產(chǎn)素材)工業(yè)生產(chǎn)苯乙烯是利用乙苯的脫氫反應(yīng)：√243題號(hào)15針對(duì)上述反應(yīng)，在其他條件不變時(shí)，下列說法正確的是(

)A．加入適當(dāng)催化劑，可以提高苯乙烯的產(chǎn)量B．僅從平衡移動(dòng)的角度分析，工業(yè)生產(chǎn)苯乙烯選擇恒壓條件優(yōu)于恒容條件C．加入乙苯至反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡的過程中，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不斷增大D．在保持容積一定的條件下，充入較多的乙苯，可以提高乙苯的轉(zhuǎn)化率B

[催化劑只改變反應(yīng)速率，不影響平衡移動(dòng)，加入催化劑，不能提高苯乙烯的產(chǎn)量，故A錯(cuò)誤；反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量增大，在恒容條件下，容器中氣體的壓強(qiáng)不斷增大，不利于平衡正向移動(dòng)，因此僅從平衡移動(dòng)的角度分析，工業(yè)生產(chǎn)苯乙烯選擇恒壓條件優(yōu)于恒容條件，故B正確；加入乙苯至反應(yīng)達(dá)到平衡的過程中，氣體的總質(zhì)量不變，但物質(zhì)的量逐漸增大，則混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不斷減小，故C錯(cuò)誤；在保持容積一定的條件下，充入較多的乙苯，相當(dāng)于在原來的基礎(chǔ)上壓強(qiáng)增大，則平衡逆向移動(dòng)，乙苯的轉(zhuǎn)化率減小，故D錯(cuò)誤。]243題號(hào)154．(教材互鑒：改編自魯科版教材)工業(yè)制硫酸中的一步重要反應(yīng)是SO2在400～500℃和常壓下的催化氧化：2SO2＋O2??2SO3，這是一