高二化学（人教版）导学案选择性必修一第二章第四节化学反应的调控

第四节化学反应的调控学习目标重点难点1.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。2.知道催化剂可以改变反应历程,对调控化学反应速率具有重要意义。重点合成氨反应中化学反应速率和化学平衡的综合调控难点形成多角度调控反应的思路新知探究(一)——合成氨反应条件的原理分析1.反应原理:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。2.反应特点3.原理分析从增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量角度分析(填写表格)条件提高反应速率提高平衡转化率压强压强

压强

温度升高温度温度

催化剂使用无影响浓度反应物浓度

增大反应物浓度[题点多维训练]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2.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3.在合成氨时,要使氨的产率增大,又要使化学反应速率增大,可以采取的措施有()①增大体积使压强减小②减小体积使压强增大③升高温度④降低温度⑤恒温恒容,再充入N2和H2⑥恒温恒压,再充入N2和H2⑦及时分离产生的NH3⑧使用催化剂A.②④⑤⑦ B.②③④⑤⑦⑧C.②⑤ D.②③⑤⑧新知探究(二)——工业合成氨的适宜条件1.合成氨工业中生产条件的选择压强理论和实验数据的分析均表明,合成氨时压强增大可以同时提高反应速率和转化率。但是,压强越大,对材料的强度和设备的要求也越高,增加生产投资并可能降低综合经济效益。一般采用的压强为10MPa~30MPa温度温度升高有利于提高反应速率,温度降低有利于提高反应转化率。因此,需要选择一个适宜的温度,一般采用的温度为400~500℃催化剂加入催化剂可以加快反应速率,对化学平衡无影响,一般选择铁触媒作为合成氨工业的催化剂。该催化剂在500℃左右时活性最大,这也是温度选择的原因之一。另外,为了防止杂质使催化剂“中毒”,原料气必须经过净化浓度为提高平衡转化率,工业上采取迅速冷却的方法,使气态氨变成液态氨并及时分离,分离后的原料气循环使用,并及时补充氢气和氮气,使反应物保持一定的浓度2.合成氨生产流程示意图3.化学反应的调控影响化学反应进行的因素有两个方面:参加反应的物质本身因素(组成、结构、性质等)和外部条件(温度、压强、浓度、催化剂等)。化学反应的调控,就是通过改变外界条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。在实际生产中,要综合考虑化学反应速率和化学平衡的因素,寻找一个适宜的生产条件。应用化学工业上以黄铁矿(FeS2)为原料生产硫酸的工艺流程如图:A为沸腾炉,反应为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2;B为接触室,反应为2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)ΔH=196.6kJ·mol1;C为吸收塔,反应为SO3+H2O⇌H2SO4。接触室中利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是工业制硫酸中最关键的步骤。下表是不同压强、温度时SO2的转化率情况。温度不同压强下SO2的转化率/%1×105Pa5×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450℃97.598.999.299.699.7550℃85.692.994.997.798.31.从理论上分析,为了使反应物的转化率尽可能大,在温度和压强方面如何选择?2.在实际工业生产中通常选择的温度是450℃,理由是什么?3.在实际工业生产中通常选择的压强是多少?理由是什么?4.在合成SO3的过程中,解释不需要分离出SO3的原因。5.生产中通入过量空气的目的是什么?[题点多维训练]题点(一)合成氨条件的选择1.(2025·重庆期中检测)工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH=92kJ·mol1ΔS=198.2J·mol1·K1,下列有关化学反应调控说法错误的是()A.合成氨气,理论上选用低温、高压的条件进行控制,有利于提高合成氨的产率B.该反应在常温下可以自发进行C.将生成的NH3进行液化,有助于提高反应速率D.结合生产实际,可以适当提高原料气体中N2的含量2.下列所示是哈伯法制氨的流程图,其中为提高原料转化率而采取的措施是()A.①②③ B.②④⑤C.①③⑤ D.②③④题点(二)化学反应的调控3.下列关于化学反应的调控措施说法不正确的是()A.硫酸工业中,为提高SO2的转化率,通入过量的空气B.工业上增加炼铁高炉的高度可以有效降低尾气中CO的含量C.合成氨工业中,从生产实际条件考虑,不盲目增大反应压强D.合成氨工业中,为提高氮气和氢气的利用率,采用循环操作4.(2025·南宁高二检测)在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇的反应如下:2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3CH2OH(g)+3H2O(g),下列叙述错误的是()A.使用催化剂可大大提高生产效率B.反应需在300℃进行可推测该反应是吸热反应C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率|归纳拓展|化工生产适宜条件选择的分析角度分析角度原则要求从化学反应速率分析既不能过快,又不能太慢从化学平衡移动分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性,又要注意二者影响的矛盾性从原料的利用率分析增加易得廉价原料,提高难得高价原料的利用率,从而降低生产成本从实际生产能力分析如设备承受高温、高压的能力等从催化剂的使用活性分析注意催化剂的活性对温度的限制课下请完成课时跟踪检测(十四)第四节化学反应的调控新知探究(一)2.减小3.增大增大降低增大[题点多维训练]1.选DA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;B项,恒容条件下,充入稀有气体对平衡无影响;C、D项,ΔHTΔS<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。2.选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,缩短达到平衡状态所用的时间,也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。3.选C根据题目要求,既要满足增大速率,又要满足使化学平衡向右移动。从反应速率角度分析,①④⑦三种条件下化学反应速率降低;⑥条件下化学反应速率不变;②③⑤⑧条件下化学反应速率增高。从平衡移动角度分析:①③条件下化学平衡向左移动;②④⑤⑦条件下化学平衡向右移动;⑥⑧条件下化学平衡不移动。新知探究(二)[应用化学]1.提示:低温高压。2.提示:该反应是放热反应,升高温度,反应物转化率降低,在450℃时反应物转化率较高。3.提示:1×105Pa。常压下SO2的转化率已经很高,若采用较大的压强,SO2的转化率提高很少,但对设备及动力的要求更高。4.提示:SO2的转化率比较高,达到平衡后的混合气体中SO2的余量很少,故不需要分离出SO3。5.提示:增大O2浓度,提高SO2的转化率。[题点多维训练]1.选C反应正向气体分子数减小,增大压强,有利于平衡正向移动,合成氨的产率提高,正向放热,降低温度,有利于平衡正向移动,合成氨的产率提高,故A正确;反应正向气体分子数减小,ΔS<0,ΔH<0,低温时反应自发,故B正确;将生成的NH3进行液化,平衡正向移动,反应物浓度减小,反应速率减小,故C错误;适当提高原料气体中N2的含量,有利于平衡正向移动,可以提高氢气转化率,故D正确。2.选B②④⑤操作均有利于化学平衡向合成氨的方向移动,提高转化率。3.选B反应2SO2+O2⇌2SO3,通入过量的空气,反应正向进行,SO2的转化率提高,A项正确;高炉炼铁过程中发生反应:Fe2O3(s)+3CO(g)⇌2Fe(s)+3CO2(g),达到平衡后,增加高炉的高度不能降低炼铁尾气中CO的含量,B项错误;工业合成氨,从生产实际条件考虑,不盲目增大反应压强,若压强过大,不仅会增大能源消耗,还会增大动力消耗,对设备的要求也高,C项正确;工业合成氨是可逆反应,原料不能完全转化为产物,采用氮气和