高中化學(xué)人教版選擇性必修1第二章　第四節(jié)　化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控 課件

第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控第二章化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.認(rèn)識化學(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)研究領(lǐng)域中的重要作用(重、難點(diǎn))。2.知道催化劑可以改變反應(yīng)歷程，對調(diào)控反應(yīng)速率具有重要意義。新課引入日常生活中對化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控隔離可燃物滅火、隔絕空氣滅火或降溫滅火，食物儲(chǔ)存在冰箱中延長保存時(shí)間試分析合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，據(jù)此思考如何選擇合適條件，加快合成氨的反應(yīng)速率、提高氨的產(chǎn)率？一、理論分析合成氨反應(yīng)的條件1.合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)

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)為可逆反應(yīng)。(3)熵變：ΔS<0，正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)。(4)焓變：ΔH<0，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。2.原理分析條件提高反應(yīng)速率提高平衡轉(zhuǎn)化率壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)溫度升高溫度降低溫度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，降低生成物濃度如何選擇反應(yīng)條件，以增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡轉(zhuǎn)化率？(利用影響反應(yīng)速率的因素和勒夏特列原理分析)特別注意：二者在溫度這一措施上是不一致的一、理論分析合成氨反應(yīng)的條件3.數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與理論分析的結(jié)論是一致的。特別注意：二者在溫度這一措施上是不一致的一、理論分析合成氨反應(yīng)的條件思考交流正誤判斷(1)工業(yè)合成氨的反應(yīng)是ΔH<0、ΔS<0的反應(yīng)，在任何溫度下都可自發(fā)進(jìn)行(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)催化劑在合成氨中質(zhì)量沒有改變，因此催化劑沒有參與反應(yīng)(5)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(6)合成氨中在提高速率和原料的轉(zhuǎn)化率上對溫度的要求是一致的××√×××一、理論分析合成氨反應(yīng)的條件二、工業(yè)合成氨的適宜條件工業(yè)合成氨反應(yīng)條件的選擇主要基于哪些因素考慮？結(jié)合課本內(nèi)容，實(shí)際生產(chǎn)中選擇哪些適宜的條件呢?注意選擇這些條件的理由化學(xué)反應(yīng)速率；化學(xué)反應(yīng)限度；生產(chǎn)實(shí)際催化劑鐵觸媒、10～30MPa、400～500℃1.合成氨反應(yīng)條件的選擇原則從反應(yīng)速率和反應(yīng)限度兩個(gè)角度盡量增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，充分利用原料；(1)選擇較快的化學(xué)反應(yīng)速率，提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量；(2)考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件。(3)二、工業(yè)合成氨的適宜條件2.合成氨反應(yīng)的適宜條件適宜條件選擇依據(jù)壓強(qiáng)溫度催化劑10～30MPa400～500℃鐵觸媒壓強(qiáng)越大，需要?jiǎng)恿υ酱螅瑢Σ牧蠌?qiáng)度和設(shè)備的制造要求就越高。增加生產(chǎn)投資，降低綜合經(jīng)濟(jì)效益該溫度下催化劑的活性最大，反應(yīng)速率比較快，氨的含量也相對較高。以鐵為主體的多成分催化劑。二、工業(yè)合成氨的適宜條件2.合成氨反應(yīng)的適宜條件(1)催化劑對平衡轉(zhuǎn)化率無影響，合成氨工業(yè)中為什么還使用催化劑？問題交流即使在高溫、高壓下，反應(yīng)仍然十分緩慢。加入催化劑，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)能較快的發(fā)生反應(yīng)。提高單位時(shí)間的生產(chǎn)效率，可提高經(jīng)濟(jì)效益。(2)什么是催化劑中毒？工業(yè)上如何防止催化劑中毒？因吸附或沉積毒物而使催化劑活性降低或喪失的過程稱為催化劑中毒。原料氣必須經(jīng)過凈化。二、工業(yè)合成氨的適宜條件2.合成氨反應(yīng)的適宜條件適宜條件選擇依據(jù)濃度其他及時(shí)將氨氣從反應(yīng)混合物中分離出去，將未反應(yīng)的N2和H2循環(huán)使用并及時(shí)補(bǔ)充N2和H2，使反應(yīng)物保持一定的濃度。兼顧環(huán)保和效益二、工業(yè)合成氨的適宜條件3.合成氨的生產(chǎn)流程二、工業(yè)合成氨的適宜條件思考交流1.正誤判斷(1)使氣態(tài)氨變成液氨后及時(shí)從平衡混合物中分離出去，可提高原料的利用率(2)在工業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)化時(shí)，只考慮經(jīng)濟(jì)性就行，不用考慮環(huán)保(3)合成氨反應(yīng)選擇在400～500℃進(jìn)行的重要原因是催化劑在500℃左右時(shí)的活性最大√×√2.已知氮?dú)庠诖呋瘎┥衔椒纸鉃楦骰磻?yīng)中最慢的步驟。合成氨工業(yè)生產(chǎn)一般采用n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8的目的是什么？適當(dāng)提高N2比例，加快合成氨的速率。二、工業(yè)合成氨的適宜條件思考交流3.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＝－196.6kJ·mol－1。(已知：催化劑是V2O5，在400～500℃時(shí)催化劑效果最好)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的轉(zhuǎn)化率。溫度/℃平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3(1)從理論上分析，為了使SO2盡可能多地轉(zhuǎn)化為三氧化硫，應(yīng)選擇的條件是______________。(2)在實(shí)際生產(chǎn)中，選定的溫度為400～500℃，原因是_____________________________________________________________________________________________________________。450℃、10MPa

在此溫度下，催化劑活性最高。溫度較低，會(huì)使反應(yīng)速率減小，達(dá)到平衡所需時(shí)間變長；溫度較高，SO2的轉(zhuǎn)化率會(huì)降低二、工業(yè)合成氨的適宜條件思考交流(3)在實(shí)際生產(chǎn)中，采用的壓強(qiáng)為常壓，原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)在實(shí)際生產(chǎn)中，通入過量的空氣，原因是________________________________________________。(5)尾氣中SO2必須回收，原因是________________________________________________________。

在常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率就已經(jīng)很高了(97.5%)，若采用高壓，平衡向右移動(dòng)，但效果并不明顯，且采用高壓時(shí)會(huì)增大對設(shè)備的要求而增大生產(chǎn)成本

增大反應(yīng)物O2的濃度，有利于提高SO2的轉(zhuǎn)化率

防止污染環(huán)境；循環(huán)利用，提高原料的利用率(合理即可)二、工業(yè)合成氨的適宜條件自我測試1.下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說法正確的是A.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B.恒容條件下充入稀有氣體有利于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√應(yīng)選擇一個(gè)合適的投料比對平衡無影響ΔH－TΔS<0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，而合成氨反應(yīng)ΔH<0、ΔS<0，故在常溫條件下該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。自我測試2.在一定條件下，可逆反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反應(yīng)是放熱反應(yīng))達(dá)到平衡，當(dāng)單獨(dú)改變下列條件后，有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是A.加催化劑，v正、v逆都發(fā)生變化而且變化的倍數(shù)相等B.加壓，v正、v逆都增大，且v正增大的倍數(shù)大于v逆增大的倍數(shù)C.降溫，v正、v逆都減小，且v正減小的倍數(shù)小于v逆減小的倍數(shù)D.等容條件下加入氬氣，v正、v逆都增大，且v正增大的倍數(shù)大于v逆增大

的倍數(shù)√v正(氣體分子總數(shù)減小的方向)增大程度大v逆(吸熱方向)減小的更多各組分濃度均沒有發(fā)生改變，v正、v逆均不變自我測試3.有平衡體系：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)

ΔH＜0。工業(yè)上為了增加甲醇(CH3OH)的產(chǎn)量，應(yīng)采取的正確措施是A.高溫，高壓B.適宜溫度，高壓，催化劑C.低溫，低壓D.高溫，高壓，催化劑√氣體體積減小的放熱反應(yīng)需使平衡正向移動(dòng)理論上可采用低溫、高壓在實(shí)際生產(chǎn)中還需考慮反應(yīng)速率、設(shè)備承受的壓力及催化劑的活性等因素的影響。自我測試4.如圖為工業(yè)合成氨的流程圖，下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是A.步驟①中“凈化”可以防止催化劑中毒B.步驟②中“加壓”既可以提高原料的平衡轉(zhuǎn)化率，又可以增大反應(yīng)速率C.步驟③有利于增大反應(yīng)速率，也有利于提高原料的平衡轉(zhuǎn)化率D.產(chǎn)品液氨除可生產(chǎn)化肥外，還可用作制冷劑√可增大氮?dú)?、氫氣濃度但不利于提高原料平衡轉(zhuǎn)化率，催化劑也不能使平衡移動(dòng)液氨可用酸吸收生成銨態(tài)氮肥，液氨汽化時(shí)會(huì)吸收大量熱，可用作制冷劑本節(jié)內(nèi)容結(jié)束更多精彩內(nèi)容請登錄：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)為可逆反應(yīng)。(3)熵變：ΔS<0，正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)。(4)焓變：ΔH<0，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。目標(biāo)一答案2.原理分析根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，利用我們學(xué)過的影響反應(yīng)速率的因素和勒夏特列原理分析應(yīng)如何選擇反應(yīng)條件，以增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡混合物中氨的含量，請?zhí)顚懴卤?。條件提高反應(yīng)速率提高平衡轉(zhuǎn)化率壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)溫度升高溫度降低溫度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，降低生成物濃度目標(biāo)一答案3.數(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)速率的條件是升高溫度、增大壓強(qiáng)；提高平衡混合物中氨的含量的條件是降低溫度、增大壓強(qiáng)。二者在溫度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。目標(biāo)一答案1.工業(yè)生產(chǎn)中，必須從反應(yīng)速率和反應(yīng)限度兩個(gè)角度選擇合成氨的適宜條件。(1)盡量增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，充分利用原料。(2)選擇較快的化學(xué)反應(yīng)速率，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。目標(biāo)二答案2.合成氨反應(yīng)的適宜條件(1)壓強(qiáng)目前我國的合成氨廠一般采用的壓強(qiáng)為10～30MPa。合成氨時(shí)不采用更高壓強(qiáng)的理由：_________________________。答案壓強(qiáng)越大，對材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求就越高，需要的動(dòng)力也越大，這將會(huì)大大增加生產(chǎn)投資，并可能降低綜合經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)二答案(2)溫度實(shí)際生產(chǎn)中一般采用的溫度為400～500℃。不采用低溫的理由：_________________________________。答案溫度降低會(huì)使化學(xué)反應(yīng)速率減小，達(dá)到平衡所需時(shí)間變長，這在工業(yè)生產(chǎn)中是很不經(jīng)濟(jì)的，且鐵觸媒在500℃左右時(shí)的活性最大目標(biāo)二答案(3)催化劑①目前，合成氨工業(yè)中普遍使用的是以鐵為主體的多成分催化劑，又稱鐵觸媒。②我們知道催化劑對平衡轉(zhuǎn)化率無影響，在合成氨工業(yè)中還要使用催化劑的原因是____________________________________。答案即使在高溫、高壓下，N2和H2的化合反應(yīng)仍然進(jìn)行得十分緩慢。加入催化劑，改