《2024_2025学年新教材高中化学第2章化学反应速率与化学平衡第四节化学反应的调控课件新人教版选择性必修1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2024_2025学年新教材高中化学第2章化学反应速率与化学平衡第四节化学反应的调控课件新人教版选择性必修1（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、素养目标学习要点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,发展科学态度与社会责任的核心素养。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,发展证据推理与模型认知的核心素养。一个实例:工业合成氨反应。两个角度:化学反应速率和化学平衡。一个原理:勒夏特列原理。一个模型:化学反应的调控认知模型。知识点一工业合成氨及适宜条件的选择基础落实基础落实必备知识全过关必备知识全过关一、合成氨反应的特点及原理分析1.反应特点可逆反应放热反应 熵减的反应(即S0)2.原理分析根据合成氨反应
2、的特点,选择适宜的反应条件,以便增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量。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反应物浓度温度压强 使用催化剂提高平衡混合物中氨的含量反应物浓度或生成物浓度温度压强 无影响增大合成氨的反应速率和提高平衡混合物中氨的含量,在压强方面采取的措施一致,但在温度方面采取的措施不一致。增大升高增大增大减小降低增大3.数据分析根据反应速率的影响因素及教材表2-2在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为13),平衡混合物中氨的含量实验数据分析:(1)提高反应速率的条件是温度、压强;(2)提高平衡混合物中氨的含量的条件是温度、压强。升高增大
3、降低增大二、工业合成氨适宜条件的分析1.压强理论分析压强越大,合成氨反应速率,原料的转化率,平衡混合物中氨的含量条件限制压强越大,对材料的强度和设备的制造要求,需要的动力,大大增加生产投资,并可能降低综合经济效益实际选择 目前,我国合成氨厂一般采用的压强为MPa越大越高越高越高越大10302.温度 理论分析温度越低,原料的利用率,平衡混合物中氨的含量条件限制温度降低会使化学反应速率,达到平衡所需时间,这在工业生产中是很不经济的实际选择目前,合成氨在实际生产中一般采用的温度为越高越高减小变长4005003.催化剂(1)原理分析:在高温、高压下,N2和H2的反应速率仍。(2)选用条件:通常采用加入
4、以的多成分催化剂,又称。(3)选择催化剂的理由:改变反应历程,降低反应的,使反应物在温度时能较快地进行反应。另外,为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”,原料气必须经过。很慢铁为主体铁触媒活化能较低净化4.浓度(1)原理分析:在500和30MPa时,平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍。(2)采取措施: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;应将NH3分离后的原料气,并及时,使反应物保持一定的浓度。较低迅速冷却循环使用补充N2和H2名师点拨工业合成氨的原理分析(1)从合成氨的原理入手,从反应速率和化学平衡两个角度预测合成氨的适宜条件。(2)从不同条件下达到平衡
5、时氨的含量入手,分析压强和浓度的改变对氨的产率的影响。(3)从反应条件的一致性出发,确定合成氨的适宜条件。名师点拨(1)升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等,都可以使合成氨的反应速率增大。(2)降低温度、增大压强、增大反应物浓度等,都有利于提高平衡混合物中氨的含量。归纳总结工业合成氨的适宜条件条件适宜条件压强10MPa30MPa温度400500催化剂 铁触媒浓度将氨及时从混合气中分离出去,剩余气体循环使用;及时补充N2和H2正误判断(1)合成氨反应的H0,S0,故该反应在任何温度下均能自发进行。()(2)合成氨反应在恒容密闭容器中进行,压强逐渐减小。()(3)增大压强,既可以提高合
6、成氨的反应速率,又可提高平衡混合气中氨的含量。()(4)合成氨实际生产选择400500,其目的是使平衡正向移动,提高平衡混合气中氨的含量。()(5)降低温度、增大压强均有利于合成氨反应,可提高平衡混合气中氨的含量。()教材拓展影响化学反应进行的因素主要有两个方面,首先是参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素,其次是温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。化学反应的调控,就是通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。此外,还要根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析,权衡利弊,才能实施生产。重难突破重难突破能力素养全提升能力素养全提升探究角度工业合成氨及适宜条件的选择例题下图所
7、示为工业合成氨的流程图。有关说法错误的是()A.步骤中“净化”可以防止催化剂中毒B.产品液氨除可生产化肥外,还可用作制冷剂C.步骤、均有利于提高原料平衡的转化率D.步骤中“加压”既可以提高原料的转化率,又可以加快反应速率C解析步骤对原料气进行“净化干燥”,获得纯净的N2和H2,经加压后在合成塔中进行催化反应,防止催化剂中毒,A正确;液氨可生产氮肥,由于液氨汽化会吸收大量的热,可作制冷剂,B正确;步骤和有利于提高原料利用率,步骤催化反应只加快反应速率,不能使平衡移动,故不能提高原料利用率,C错误;“加压”可增大原料气的浓度,从而加快反应速率,并使平衡正向移动,提高原料的转化率,D正确。对点训练(
8、教材改编题)下列有关合成氨工业的说法正确的是()A.从合成塔出来的混合气体中,其中NH3只占15%,所以合成氨厂的产率都很低B.由于氨易液化,N2、H2在实际生产中可循环使用,所以总体来说合成氨的产率较高C.合成氨工业的反应温度控制在400500,目的是使化学平衡向正反应方向移动D.合成氨厂采用的压强越大,产率越高,无需考虑设备、操作等B解析合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时,原料的转化率并不高,但生成的NH3易分离,再将未反应的N2、H2循环利用,这样处理后,可使氨的产率较高,A错误、B正确;合成氨工业选择400500的温度,主要从反应速率和催化剂活性两方面考虑,合成氨的反应是放热反应
9、,低温才有利于平衡向正反应方向移动,C错误;不论从反应速率还是化学平衡考虑,高压更有利于合成氨,但压强太大,对设备、操作等的要求更高,因此选择10MPa30MPa,D错误。知识点二化工生产中适宜条件的选择基础落实基础落实必备知识全过关必备知识全过关1.影响化学反应进行的因素(1)参加反应的物质、和等本身因素。(2)、催化剂等反应条件。组成结构性质温度压强浓度2.化学反应的调控(1)通过改变使一个可能发生的反应按照某一方向进行。(2)在实际生产中常常需要结合、等情况,综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素,寻找适宜的生产条件。(3)根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析,权衡利弊,才
10、能实施生产。综合考虑影响反应速率和化学平衡的因素 反应条件设备条件安全操作经济成本3.工业生产条件选择的三个要素(1)注意外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的一致性,还要考虑二者影响的矛盾性。(2)注意温度、催化剂对化学反应速率影响的一致性,还要考虑催化剂的活性对温度的要求。(3)注意理论条件的需要,还要考虑实际生产(设备条件、安全操作、经济成本等)的可能性。名师点拨选择适宜生产条件的基本思路(1)从可逆性、反应前后气体体积的变化、焓变、熵变、反应的方向等角度分析反应的特点。(2)根据反应特点,分析外界条件(温度、浓度、压强、催化剂等)对化学反应速率和限度的影响。(3)从反应速率和限度的角度
11、综合分析,充分考虑化工生产中动力、材料及设备实际情况等,选择适宜的生产条件。深度思考在硫酸工业中,通过下列反应使SO2氧化为SO3:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H=-196.6kJmol-1。(1)提高该反应速率的措施有哪些?(2)提高平衡混合气中SO3含量的措施有哪些?提示(1)升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等。(2)降低温度、增大压强、增大反应物浓度等。重难突破重难突破能力素养全提升能力素养全提升探究角度工业生产中适宜条件的选择例题在硫酸工业中,通过下列反应使SO2氧化为SO3:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H=-196.6kJmol-1。下表列出了在
12、不同温度和压强下,反应达到平衡时SO2的转化率。下列说法错误的是()不同压强下平衡时SO2的转化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.750085.692.994.997.798.3A.从理论上分析,为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫,应选择的条件是450、10MPaB.在实际生产中,选定的温度为400500,原因是该温度下催化剂的活性最佳C.在实际生产中,为了增大SO2的转化率可以无限量通入空气D.在实际生产中,采用的压强为常压,原因是常压时转化率已经很高,增大压强对设备及成本要求太高答案 C解析由表格可知,450、10MPa
13、时,二氧化硫的转化率较高,因此为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫,理论上应选择的条件是450、10MPa,A正确;虽然从理论上讲,温度越低,SO2的平衡转化率越高,但温度低时SO2的反应速率慢,且催化剂的活性低,在400500时,催化剂的活性最佳,对生产最有利,因此选定的温度为400500的原因是考虑催化剂的活性最佳,B正确;在实际生产中,为了增大SO2的转化率,可通入稍过量的空气,若空气的通入量过多,不仅会增大能源消耗,还会增大动力消耗,对设备的要求也会提高,C错误;常压下二氧化硫的平衡转化率已经很高,虽然高压有利于提高原料的利用率,但高压对设备和动力的要求提高,成本增加,从经济效益考虑
14、,常压对生产更有利,D正确。对点训练(2024广东梅州名校联考)化学反应的调控对于工业生产具有积极意义,下列关于调控措施的说法错误的是()A.硫酸工业中,在高温、高压及催化剂作用下,可提高生产效益B.硫酸工业中,为提高SO2的转化率,可通入稍过量的空气C.工业合成氨,选择400500的反应温度,这是综合考虑反应速率、反应限度及催化剂活性的结果D.工业合成氨,迅速冷却、液化氨是为了使化学平衡向生成氨的方向移动A解析高温、高压及催化剂是合成氨的条件,硫酸工业不需要高压,A错误;为提高SO2的转化率,不是通入的空气越多越好,通入空气越多,导致体系温度下降,需要更多的能量,为提高SO2的转化率,可通入
15、稍过量的空气,B正确;升高温度可加快反应速率,合成氨反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,且催化剂的活性与温度有关,则反应温度选择400500是从该反应催化剂的催化活性、反应速率、反应限度等角度综合考虑的结果,C正确;工业合成氨,迅速冷却、液化氨是为了使化学平衡向生成氨的方向移动,D正确。学以致用随堂检测全达标1234题组1工业合成氨及适宜条件的选择1.下列有关合成氨条件选择的说法正确的是()A.适当增大氢气的浓度可提高氮气的平衡转化率B.温度越高,速率越快,生产效益越好C.使用铁触媒能提高合成氨反应的平衡转化率D.将氨及时液化并分离不利于提高氨的产率A1234解析适当增大氢气的浓度,可促使反
16、应正向进行,可提高氮气的平衡转化率,A正确;合成氨反应是有气体参与的放热反应,温度升高,反应速率加快,但合成氨的转化率降低,B错误;铁触媒是催化剂,能使氮气和氢气在较低温度下反应,提高化学反应速率,但是催化剂不能改变平衡,C错误;将氨及时液化并分离,使得平衡正向移动,有利于提高氨的产率,D错误。12342.NH3是重要的化工原料。工业合成氨,关乎世界化工发展与粮食的安全,对其研究意义重大。工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g),在298K时该反应的H=-92.3kJmol-1,S=-200JK-1mol-1。实验研究表明,在用铁触媒作催化剂的条件下,合成氨反应速率与反应中物质浓度的关系为v=kca(N2)d(H2)c(NH3),k是速率常数。下列说法不正确的是()A.在298K时,该反应能自发进行B.合成氨反应活化能较大,需要外界提供能量才能发生C.温度升高,使用铁触媒,反应物活化分子百分数增大,反应速率加快D.298K时,恒容容器中充入1molN2和3molH2,充分反应放出的热量为92.3kJD1234解析当H-TS0时,反应能够自发进行,在298K时,-92.3
