高中化学人教版选择性必修1第二章　第四节　化学反应的调控 课件

第四节化学反应的调控第二章化学反应速率与化学平衡[学习目标]1.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用(重、难点)。2.知道催化剂可以改变反应历程，对调控反应速率具有重要意义。新课引入日常生活中对化学反应的调控隔离可燃物灭火、隔绝空气灭火或降温灭火，食物储存在冰箱中延长保存时间试分析合成氨反应的特点，据此思考如何选择合适条件，加快合成氨的反应速率、提高氨的产率？一、理论分析合成氨反应的条件1.合成氨反应的特点

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：反应为可逆反应。(3)熵变：ΔS<0，正反应是气体体积缩小的反应。(4)焓变：ΔH<0，正反应是放热反应。2.原理分析条件提高反应速率提高平衡转化率压强增大压强增大压强温度升高温度降低温度催化剂使用无影响浓度增大反应物浓度增大反应物浓度，降低生成物浓度如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡转化率？(利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析)特别注意：二者在温度这一措施上是不一致的一、理论分析合成氨反应的条件3.数据分析实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。特别注意：二者在温度这一措施上是不一致的一、理论分析合成氨反应的条件思考交流正误判断(1)工业合成氨的反应是ΔH<0、ΔS<0的反应，在任何温度下都可自发进行(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)催化剂在合成氨中质量没有改变，因此催化剂没有参与反应(5)增大反应物的浓度，减少生成物的浓度，可以提高氨的产率(6)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××√×××一、理论分析合成氨反应的条件二、工业合成氨的适宜条件工业合成氨反应条件的选择主要基于哪些因素考虑？结合课本内容，实际生产中选择哪些适宜的条件呢?注意选择这些条件的理由化学反应速率；化学反应限度；生产实际催化剂铁触媒、10～30MPa、400～500℃1.合成氨反应条件的选择原则从反应速率和反应限度两个角度尽量增大反应物的转化率，充分利用原料；(1)选择较快的化学反应速率，提高单位时间内的产量；(2)考虑设备的要求和技术条件。(3)二、工业合成氨的适宜条件2.合成氨反应的适宜条件适宜条件选择依据压强温度催化剂10～30MPa400～500℃铁触媒压强越大，需要动力越大，对材料强度和设备的制造要求就越高。增加生产投资，降低综合经济效益该温度下催化剂的活性最大，反应速率比较快，氨的含量也相对较高。以铁为主体的多成分催化剂。二、工业合成氨的适宜条件2.合成氨反应的适宜条件(1)催化剂对平衡转化率无影响，合成氨工业中为什么还使用催化剂？问题交流即使在高温、高压下，反应仍然十分缓慢。加入催化剂，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的发生反应。提高单位时间的生产效率，可提高经济效益。(2)什么是催化剂中毒？工业上如何防止催化剂中毒？因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程称为催化剂中毒。原料气必须经过净化。二、工业合成氨的适宜条件2.合成氨反应的适宜条件适宜条件选择依据浓度其他及时将氨气从反应混合物中分离出去，将未反应的N2和H2循环使用并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。兼顾环保和效益二、工业合成氨的适宜条件3.合成氨的生产流程二、工业合成氨的适宜条件思考交流1.正误判断(1)使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，可提高原料的利用率(2)在工业生产条件优化时，只考虑经济性就行，不用考虑环保(3)合成氨反应选择在400～500℃进行的重要原因是催化剂在500℃左右时的活性最大√×√2.已知氮气在催化剂上吸附分解为各基元反应中最慢的步骤。合成氨工业生产一般采用n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8的目的是什么？适当提高N2比例，加快合成氨的速率。二、工业合成氨的适宜条件思考交流3.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＝－196.6kJ·mol－1。(已知：催化剂是V2O5，在400～500℃时催化剂效果最好)下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率。温度/℃平衡时SO2的转化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3(1)从理论上分析，为了使SO2尽可能多地转化为三氧化硫，应选择的条件是______________。(2)在实际生产中，选定的温度为400～500℃，原因是_____________________________________________________________________________________________________________。450℃、10MPa

在此温度下，催化剂活性最高。温度较低，会使反应速率减小，达到平衡所需时间变长；温度较高，SO2的转化率会降低二、工业合成氨的适宜条件思考交流(3)在实际生产中，采用的压强为常压，原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)在实际生产中，通入过量的空气，原因是________________________________________________。(5)尾气中SO2必须回收，原因是________________________________________________________。

在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增大对设备的要求而增大生产成本

增大反应物O2的浓度，有利于提高SO2的转化率

防止污染环境；循环利用，提高原料的利用率(合理即可)二、工业合成氨的适宜条件自我测试1.下列有关合成氨工业的说法正确的是A.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B.恒容条件下充入稀有气体有利于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√应选择一个合适的投料比对平衡无影响ΔH－TΔS<0反应自发进行，而合成氨反应ΔH<0、ΔS<0，故在常温条件下该反应能自发进行。自我测试2.在一定条件下，可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反应是放热反应)达到平衡，当单独改变下列条件后，有关叙述错误的是A.加催化剂，v正、v逆都发生变化而且变化的倍数相等B.加压，v正、v逆都增大，且v正增大的倍数大于v逆增大的倍数C.降温，v正、v逆都减小，且v正减小的倍数小于v逆减小的倍数D.等容条件下加入氩气，v正、v逆都增大，且v正增大的倍数大于v逆增大

的倍数√v正(气体分子总数减小的方向)增大程度大v逆(吸热方向)减小的更多各组分浓度均没有发生改变，v正、v逆均不变自我测试3.有平衡体系：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)

ΔH＜0。工业上为了增加甲醇(CH3OH)的产量，应采取的正确措施是A.高温，高压B.适宜温度，高压，催化剂C.低温，低压D.高温，高压，催化剂√气体体积减小的放热反应需使平衡正向移动理论上可采用低温、高压在实际生产中还需考虑反应速率、设备承受的压力及催化剂的活性等因素的影响。自我测试4.如图为工业合成氨的流程图，下列有关说法错误的是A.步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒B.步骤②中“加压”既可以提高原料的平衡转化率，又可以增大反应速率C.步骤③有利于增大反应速率，也有利于提高原料的平衡转化率D.产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂√可增大氮气、氢气浓度但不利于提高原料平衡转化率，催化剂也不能使平衡移动液氨可用酸吸收生成铵态氮肥，液氨汽化时会吸收大量热，可用作制冷剂本节内容结束更多精彩内容请登录：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：反应为可逆反应。(3)熵变：ΔS<0，正反应是气体体积减小的反应。(4)焓变：ΔH<0，正反应是放热反应。目标一答案2.原理分析根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，请填写下表。条件提高反应速率提高平衡转化率压强增大压强增大压强温度升高温度降低温度催化剂使用无影响浓度增大反应物浓度增大反应物浓度，降低生成物浓度目标一答案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升高温度、增大压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。二者在温度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。目标一答案1.工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件。(1)尽量增大反应物的转化率，充分利用原料。(2)选择较快的化学反应速率，提高单位时间内的产量。(3)考虑设备的要求和技术条件。目标二答案2.合成氨反应的适宜条件(1)压强目前我国的合成氨厂一般采用的压强为10～30MPa。合成氨时不采用更高压强的理由：_________________________。答案压强越大，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，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益目标二答案(2)温度实际生产中一般采用的温度为400～500℃。不采用低温的理由：_________________________________。答案温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的，且铁触媒在500℃左右时的活性最大目标二答案(3)催化剂①目前，合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。②我们知道催化剂对平衡转化率无影响，在合成氨工业中还要使用催化剂的原因是____________________________________。答案即使在高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行得十分缓慢。加入催化剂，改