人教版高中化学选择性必修1第二章第四节化学反应的调控基础课课件

第四节化学反应的调控(基础课)第二章

化学反应速率与化学平衡素养目标1．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。2．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。旧知回顾知识点一合成氨条件的理论选择1．合成氨反应的特点合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)。已知298K时：ΔH＝－92.4kJ·mol-1，ΔS＝－198.2J·mol-1·K-1。(1)自发性：常温(298K)下，ΔH－TΔS____0，能自发进行。(2)可逆性：反应为______反应。(3)熵变：ΔS____0，正反应是气体体积______的反应。(4)焓变：ΔH____0，是______反应。<

可逆<

减小<

放热2．提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较条件提高反应速率提高平衡转化率压强高压高压温度高温低温催化剂使用无影响浓度增大反应物浓度增大反应物浓度，降低生成物浓度特别提醒

温度对反应速率和平衡转化率的影响是不一致的，工业合成氨的温度要适宜。3．数据分析根据课本表2-2在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是______温度、______压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是______温度、______压强。二者在______这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。升高增大降低增大温度1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)充入的N2越多越有利于NH3的合成。 (

)(2)在合成氨的实际生产中，温度越低，压强越大越好。 (

)(3)在合成氨中，加入催化剂能提高原料的转化率。 (

)(4)增大反应物的浓度，减少生成物的浓度，可以提高氨的产率。

(

)(5)合成氨中在提高速率和原料的转化率上对温度的要求是一致的。

(

)×××√×2．下列有关合成氨工业的说法正确的是(

)A．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成B．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成C．工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行D．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行√D

[A项，恒容条件下，充入稀有气体对平衡无影响；B项，在合成氨工业中应选择一个合适的投料比[n(N2)∶n(H2)]，并不是充入的N2越多越有利于NH3的合成；C、D项，ΔH－TΔS＜0时反应自发进行，而合成氨反应的ΔH＜0、ΔS＜0，故在常温条件下该反应能自发进行。]3．在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述正确的是(

)A．都能提高反应速率，都对化学平衡无影响B．都对化学平衡有影响，但都不影响达到平衡状态所用的时间C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有施加高压对化学平衡有影响D．使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而施加高压无此效果√C

[对于反应N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)，使用催化剂能提高反应速率，缩短达到平衡状态所用的时间，不能使化学平衡发生移动；施加高压既能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。]知识点二工业合成氨的适宜条件1．合成氨反应条件的选择原则工业生产中，必须从__________和__________两个角度选择合成氨的适宜条件。(1)尽量增大反应物的________，充分利用原料。(2)选择较快的______________，提高单位时间内的产量。(3)考虑设备的要求和技术条件。反应速率反应限度转化率化学反应速率2．问题讨论(1)压强：目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为10MPa～30MPa，不采用更高压强的理由是____________________________________________________________。(2)温度：升高温度能提高化学反应速率，但工业合成氨温度不能太高的理由是①____________________________________________。②______________________________________________________。压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，需要的动力也越大合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低400～500℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱(3)催化剂：以____为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。原料气必须经过净化，防止____________。(4)浓度①采取的措施：采取__________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；将NH3分离后的原料气__________，并及时____________，使反应物保持一定的浓度。②采取该措施的理由：分离出NH3以促使平衡向______________移动，此外，原料气的循环使用并及时补充原料气，既提高了原料的________，又提高了反应______，有利于合成氨反应。铁催化剂中毒迅速冷却循环利用补充N2和H2合成氨的方向利用率速率3．工业合成氨的适宜条件外部条件工业合成氨的适宜条件压强根据反应器使用的钢材质量及综合指标来选择压强(10MPa～30MPa)温度适宜温度，400～500℃催化剂使用铁触媒作催化剂浓度使氨液化并及时分离，循环利用原料气特别提醒

工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，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。4．合成氨的生产流程在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)

2SO3(g)

ΔH＝－198kJ·mol-1。已知催化剂是V2O5，在400～500℃时催化效果最好，如题表为不同温度和压强下SO2的转化率：温度转化率1×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450℃97.5%99.2%99.6%99.7%550℃85.6%94.9%97.7%98.3%(1)在实际生产中，选定400～500℃作为操作温度，其原因是什么？(2)根据题表中的数据分析，制取SO3时为什么不采用高压？(3)在生产中，通入过量空气的目的是什么？(4)工业合成SO3的适宜条件是什么？[提示]

(1)兼顾速率和平衡，且在此温度下催化剂的活性最高。(2)在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增大设备的成本，得不偿失。(3)使平衡向正反应方向移动，提高价格较高的SO2的转化率。(4)常压、450℃左右、催化剂、过量空气。1．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是(

)A．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应C．700K左右比室温更有利于合成氨的反应D．使用铁触煤，使N2和H2混合气体有利于合成氨√B

[循环操作可提高原料的利用率，不能用勒夏特列原理来解释，A项不符合题意；合成氨反应是反应前后气体体积减小的反应，故加压有利于合成氨，可用勒夏特列原理来解释，B项符合题意；合成氨反应为放热反应，高温不利于合成氨，温度控制在700K左右是考虑催化剂的活性，不能用勒夏特列原理来解释，C项不符合题意；使用催化剂，对平衡移动没有影响，不能用勒夏特列原理来解释，D项不符合题意。]2．某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)⥫⥬2M(g)

ΔH<0。下列有关该工业生产的说法正确的是(

)A．工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成B．若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率C．工业上一般采用较高温度合成M，因为温度越高，反应物的转化率越高D．工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量√D

[工业上合成M可能采用常压，如硫酸工业中SO3的生成；加入过量B只能提高A的转化率，B的转化率降低；温度升高，平衡逆向移动，反应物的转化率降低；使用催化剂可降低反应的活化能，提高反应速率。]随堂评估·知能落实1．下列有关说法正确的是(

)A．为降低高炉尾气中CO的含量，可采用增加高炉高度的方法B．合成氨的生产中，压强越大，氨的产率越高，因此在选择条件时，压强越大越好C．合成氨的生产中，温度越低，氨的产率越高，因此在选择条件时，温度越低越好D．在给定的条件下，达到平衡时可逆反应完成程度最大√243题号15D

[A.增加高炉高度对反应限度无影响，不能降低高炉尾气中CO的含量，故A错误；B.压强越大，对工业生产设备的要求越高，需结合实际生产情况选择合适压强，故B错误；C.温度越低，反应速率越慢，需选择合适温度，故C错误；D.在给定条件下，达到平衡状态时可逆反应达到最大限度，转化率最高，完成程度最大，故D正确。]243题号152．化学家使用了一种铁化合物作催化剂，在常温常压下合成氨，反应可表示为N2＋3H2

2NH3，下列有关说法正确的是(

)A．不同的催化剂对化学反应速率的影响均相同B．哈伯法合成氨是吸热反应，新法合成氨是放热反应C．新法合成氨能在常温下进行是因为不需要断裂化学键D．新法合成氨与哈伯法合成氨相比不需要在高温条件下，可节约大量能源，极具发展前景√243题号15D

[A.不同的催化剂催化机理不同，效果也不同，但在其他条件相同时，转化率相同，A错误；B.哈伯法合成氨和新法合成氨都是放热反应，B错误；C.任何化学反应都涉及旧键的断裂和新键的生成，C错误。]243题号153．(生产素材)工业生产苯乙烯是利用乙苯的脱氢反应：√243题号15针对上述反应，在其他条件不变时，下列说法正确的是(

)A．加入适当催化剂，可以提高苯乙烯的产量B．仅从平衡移动的角度分析，工业生产苯乙烯选择恒压条件优于恒容条件C．加入乙苯至反应达到化学平衡的过程中，混合气体的平均相对分子质量不断增大D．在保持容积一定的条件下，充入较多的乙苯，可以提高乙苯的转化率B

[催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，加入催化剂，不能提高苯乙烯的产量，故A错误；反应后气体的物质的量增大，在恒容条件下，容器中气体的压强不断增大，不利于平衡正向移动，因此仅从平衡移动的角度分析，工业生产苯乙烯选择恒压条件优于恒容条件，故B正确；加入乙苯至反应达到平衡的过程中，气体的总质量不变，但物质的量逐渐增大，则混合气体的平均相对分子质量不断减小，故C错误；在保持容积一定的条件下，充入较多的乙苯，相当于在原来的基础上压强增大，则平衡逆向移动，乙苯的转化率减小，故D错误。]243题号154．(教材互鉴：改编自鲁科版教材)工业制硫酸中的一步重要反应是SO2在400～500℃和常压下的催化氧化：2SO2＋O2⥫⥬2SO3，这是一