2.4化学反应的方向和调控 课件 高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

化学反应的方向和调控柳州二中——韦才雄课前三准备：物质准备：选择性必修一课本，师说，练习本，黑笔，红笔知识准备：化学反应的方向和调控思想准备：有梦不觉天涯远，扬帆起航再出发坐姿要求：一拳一尺一寸课前三分钟朗读：朗读并理解化学反应的方向和调控必备知识课前三分钟：师说P421．自发过程(1)含义：在一定条件下，不用借助外力就可以自发进行的过程。(2)特点①体系趋向于从高能状态转变为低能状态。②在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。(3)非自发过程：在一定条件下，需持续借助外力才能进行的过程。2．自发反应(1)含义：在给定的条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的反应，称为自发反应。(2)非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。课前三分钟：师说P423．焓变与化学反应的方向(1)放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向。(2)焓变与化学反应进行方向的关系①大多数放热反应是可以自发进行的。②有些吸热反应也可以自发进行。4．熵变与化学反应的方向(1)熵①定义：度量体系混乱程度的物理量，用符号S表示。②熵变：ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。(2)熵值大小：同一种物质的熵值S(g)＞S(l)＞S(s)(3)自发反应与熵变的关系①体系有自发地向混乱度增加(即熵增，ΔS>0)的方向转变的倾向。②有些熵减的过程也能自发进行。课前三分钟：师说P425．自由能与化学反应的方向(1)自由能ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG单位：kJ·mol－1，T单位：K。(2)反应方向与自由能的关系化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。①当ΔG＜0时，反应能自发进行；②当ΔG＝0时，反应处于平衡状态；③当ΔG＞0时，反应不能自发进行。课前检测：写在课堂检测本上，然后同桌交叉批改反应NH4HS(s)⇌NH3(g)+H2S(g)ΔH>0。在某温度下达到平衡，当改变下列各种情况时，平衡将(填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”)。1.温度、容积不变时，通入SO2气体，平衡

。2.移走一部分NH4HS固体，平衡

。3.保持容器体积不变，充入HCI气体，平衡

。4.保持压强不变，充入氮气，平衡

。5.降低温度，平衡

。6.加入合适的催化剂，平衡

。正向移动正向移动正向移动不移动不移动逆向移动导——回归课本，梳理知识阅读课本P43~44，结合《师说》P42知识点一，思考：1.什么是自发过程，有么特点？2.什么是自发反应？结合《师说》P42【问题探究1，2】,总结自发反应发生的条件及对速率的影响。3.焓变(ΔH)对化学反应的方向有什么影响？4.什么是熵？熵变(ΔS)对化学反应的方向有什么影响？5.焓变(ΔH)和熵变(ΔS)共同作用对化学反应进行方向有什么影响？导——回归课本，梳理知识1.自发过程：自发——水从高处流向低处非自发——借助水泵从低处流向高处在一定条件下，不用借助外力就可以自发进行的过程。体系趋向于从高能状态转变为低能状态特点：在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序的倾向思2.自发反应：在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应。自发反应具有方向性特点：自发反应是指该反应过程有自发进行的倾向如“正”可以，“逆”不可以（合成氨）如燃烧自发，但在常温不自发

需要一定条件引发反应一定条件下也能发生师说P42[问题探究2]只是判断反应的方向，与是否会发生和反应的快慢无关。思3.焓变与反应方向Zn(s)+CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)+Cu(s)ΔH=-216.8kJ·mol-12H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=-571.6kJ·mol-1放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发反应的倾向大多数放热反应是可以自发进行的NaHCO3(s)+HCl(aq)=CO2(g)+NaCl(aq)+H2O(l)ΔH=＋31.4KJ/mol2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)

ΔH=+109.8kJ/mol

少数吸热反应也可以自发进行的结论：1.ΔH<0有利于反应自发进行但自发反应不一定要ΔH<0；2.焓变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。思4.熵变与反应方向（1）熵(S)：

单位：J·mol-1·K-1

描述体系混乱度的物理量气体的自发扩散过程硝酸铵溶于水的过程可以自发进行这些过程都是自发地从混乱度小(有序)向混乱度大（无序）的方向进行。体系混乱度越大，熵值越大特点：同种物质：S(g)>S(l)>S(s)气态水熵：188.8J/(mol·K)液态水熵：70.0J/(mol·K)固态水（冰）熵：为37.6J/(mol·K)思4.熵变与反应方向（2）熵变（ΔS）ΔS=S(生成物）-S(反应物）ΔS>0,熵增反应ΔS<0,熵减反应熵增反应(ΔS>0)体系趋向于从有序转变为无序，因此具有自发的倾向。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大多数熵增反应可以自发少数熵减反应也可以自发结论：1.ΔS>0有利于反应自发进行，但自发反应不一定要ΔS>0。；2.熵变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。高中阶段的熵变（ΔS）直接看气体的个数，反应前后气体数增加则为熵增，反之则为熵减。思5.复合判据研究表明：在等温、等压条件下封闭体系中，自由能的变化综合反应了体系的焓变和熵变对自发过程的影响：△G=△H-T△S当△G＜0时，

反应能自发进行当△G＞0时，反应不能自发进行当△G＝0时，反应达到平衡状态

化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡，且自由能越小反应越易自发进行！思、议、展8．根据所学知识判断下列反应中，在所有温度下都不自发进行的是(

)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·河北正定中学高二期末]下列说法正确的是(

)A．能自发进行的反应一定能迅速发生B．NH4Cl(s)=NH3(g)＋HCl(g)室温下不能自发进行，

说明该反应的ΔH<0C．NH4HCO3(s)=NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)

ΔH>0，

该反应在高温下能自发进行D．加入合适的催化剂能改变反应的焓变，使非自发反应转化为自发反应BCΔG=ΔH-TΔS<0

自发所有温度任何温度都可自发任何温度都不可自发低温可自发高温可自发不自发※T只有正值，高温或低温自发反应与快慢无关高温可自发ΔH>0思、议、展同桌之间相互复述焓判据化学反应进行的方向熵判据复合判据放热反应体系能量降低，具有自发的倾向大多数放热反应和少数吸热可以自发ΔH<0有利于反应自发但一定要ΔH<0焓变是判断自发的一个因素但不是唯一因素熵增反应体系趋于从有序变无序，具有自发的倾向大多数熵增反应和少数熵减反应可以自发ΔS>0有利于反应自发但一定要ΔS>0熵变是判断自发的一个因素但不是唯一因素ΔG=ΔH-TΔSΔG＜0，反应能自发进行ΔG＞0，反应不能自发进行ΔG＝0，反应达到平衡状态测课时作业P38，T3，6，7，8，9，10，11，12可逆反应2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)，ΔH<0达到平衡状态时，当反应达到平衡时，下列措施：①升温

②恒容通入惰性气体③增加SO2浓度

④增加O2浓度

⑤加压

⑥加入催化剂⑦恒压通入惰性气体

⑧及时移出SO31.能提高SO2转化率的是(

)2.既能提高SO2转化率，又能提高反应速率的是(

)课前检测：写在课堂检测本上，然后同桌交叉批改④⑤⑧④⑤导生活中化学反应的调控隔离可燃物、隔绝空气或降低温度延长食物储存时间思工业上合成氨如何调控反应的条件？思N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH=-92.2kJ·mol-1ΔS=-198.2J·mol-1·K-1反应特点可逆反应ΔH<0、ΔS<0，温度大于-273℃即可反应自发反应不能进行彻底合成氨时考虑合成氨要快生成氨要多成本低，原料利用率高绿色化学反应速率平衡正向移动经济成本环保问题工业上合成氨如何调控反应的条件？根据以上考虑完成课本P46思考与讨论表格思对合成氨反应的影响影响因素浓度温度压强催化剂增大合成氨的反应速率提高平衡混合物中氨的含量增大反应物浓度增大反应物浓度或减小生成物浓度升高温度降低温度增大压强增大压强使用催化剂无影响原理分析：课本P46思考与讨论速率平衡移动N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH=-92.2kJ·mol-1思不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量(体积分数)温度/℃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数据分析：课本P47表2—2综合以上两个方面，分析增大合成氨的反应速率与提高平衡混合物中氨的含量所采取的措施是否一致？温度——速率温度——平衡移动压强——速率平衡移动压强——平衡移动压强一致，温度不一致！思1.压强

原理分析数据分析合成氨时压强越大越好实际生产压强越大对材料的强度和设备的制造要求就越高，需要的动力也越大大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益我国的合成氨厂一般采用的压强为10MPa~30MPa思2.温度

原理分析数据分析低温可以提高平衡转化率低温会使化学反应速率减小实际生产达到平衡所需时间变长，工业生产中是很不经济在实际生产中一般采用的温度为400~500℃（还需考虑催化剂活性）思3.催化剂

高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行十分缓慢。

通常采用加入催化剂的方法，改变反应历程降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地发生反应合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的名成分催化剂，又称铁触媒500℃时，催化剂活性最高故合成氨温度一般选择400~500℃进行课本P48：为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。注①催化剂“中毒”：因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程。思理论值

n(N2):n(H2)=1:3实际值

n(N2):n(H2)=1:2.8N2与H2物质的量之比NH3平衡体积分数/%提高H2的转化率

采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，以促使化学平衡向生成氨气的方向移动。循环利用分离氨后的原料气，并及时补充氮气和氢气，使反应物保持一定的浓度，以利于合成氨反应。4.浓度

N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH=-92.2kJ·mol-1ΔS=-198.2J·mol-1·K-1反应特点可逆反应ΔH<0、ΔS<0，温度大于-273℃即可反应自发反应不能进行彻底合成氨时考虑合成氨要快生成氨要多成本低，原料利用率高绿色化学反应速率平衡正向移动经济成本环保问题工业上合成氨如何调控反应的条件？压强:温度：催化剂：浓度：n(N2):n(H2)=1:2.810MPa

~

30MPa铁触媒400

~

500℃循环利用分离氨后的原料气优化H2来源，余热回收利用，减少废弃物排放......【小结】思、议、展思、议、展5.合成氨的生产流程

N2+H2干燥净化防止催化剂中毒N2+H2压缩机加压10MPa～30MPaN2+H2热交换N2+H2铁触媒400～500℃N2+H2+NH3冷却液态NH3N2+H2+NH3N2+H2充分利用能源增大压强促使化学平衡向生成氨气的方向移动原料气循环利用，提高原料利用率思、议、展师说P45[问题探究]在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化为SO3：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)

ΔH<0。下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2转化率的统计数据。(1)从理论上分析。使SO2尽可能多、尽可能快地转化为SO3，应选择的条件是什么？(2)在实际生产中，选定400～500℃，其原因是什么？(3)在实际生产中，采用的压强为常压，其原因是什么？(4)在实际生产中，通入过量的空气，其原因是什么？(5)尾气中的SO2必须回收，其原因是什么？温度不同压强下，平衡时SO2的转化率(%)0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa450℃97.598.999.299.699.7550℃85.692.994.997.798.3高压、低温、使用催化剂此温度范围催化剂的活性最高常压转化率已经很高，若高压对设备的要求更高增大O2浓度，提高SO2的转化率SO2有毒，防止污染环境ΔH<0212思、议、展师说P45[即学即练]2．合成氨工业的原料气中含有少量CO，CO会使催化剂失去催化能力(催化剂中毒)，因此，在进入合成塔前必须将其除去。一般用醋酸二氨合铜溶液来吸收原料气中的CO，其反应为Cu(NH3)2Ac(aq)＋CO(g)＋NH3(g)⇌[Cu(NH3)3CO]Ac(aq)(正反应为放热反应)。(1)醋酸二氨合铜吸收CO的生产适宜条件是________________。(2)吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过处理后，可再生成醋酸二氨合铜溶液，恢复其吸收CO的能力以供循环使用，醋酸铜氨溶液再生的生产适宜条件是________________。(g)(g)正反应为放热反应低温、高压高温、低压思、议、展课时作业P4111．一定条件下，将一定量的CO2和H2混合气体通过装有催化剂的反应器可得到甲烷。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在两种不同催化剂作用下反应相同时间，CO2转化率和生成CH4选择性随温度变化关系如图所示CH4选择性＝CH4的物质的量发生反应的CO2的物质的量×100%选择性越高，越有利于产物生成化工题产率指