第6章 核心素养突破5 化学平衡移动原理在化工生产中的广泛应用-【创新教程】2025年高考化学总复习大一轮课件PPT（鲁科多选版）

核心素养突破5　化学平衡移动原理在化工生产中的广泛应用 第六章 化学反应的方向、限度与速率 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） 下一页 上一页 返回导航 第六章 化学反应的方向、限度与速率 高考总复习 化学（LK新教材） [素养突破] 从化学反应速率、化学平衡的角度综合分析，选择与优化化工生产条件是高考命题的重要素材。从理论出发结合实际，优化生成条件与措施，培养学生知识服务于社会的责任感。结合生产实例，讨论化学反应条件的选择和优化，形成从限度、速率、能耗的多角度综合调控化学反应的基本思路，发展“绿色化学”的观念和辩证思维的能力。运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律，提升学生解释生产、生活、实验室中的实际问题的能力，随之形成科学态度与社会责任的核心素养。 1．总体原则 (1)化工生产适宜条件选择的一般原则 条件 原则 从化学反应速率分析 既不能过快，又不能过慢 从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对反应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、高压能力等 从催化剂的使用活性分析 注意催化剂的活性温度对温度的限制 (2)平衡类问题需要考虑的几个方面 ①原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。 ②原料的循环利用。 ③产物的污染处理。 ④产物的酸碱性对反应的影响。 ⑤气体产物的压强对平衡造成的影响。 ⑥改变外界条件对多平衡体系的影响。 2．典型实例——工业合成氨 (1)反应原理 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝—92.4 kJ·mol－1 (2)反应特点：①反应为可逆反应；②正反应为放热反应；③反应物、生成物均为气体，且正反应为气体物质的量减小的反应。 (3)反应条件的选择 反应条件 对化学反应速率的影响 对平衡混合物中氨含量的影响 合成氨条件的选择 增大压强 增大反应速率 平衡正向移动，提高平衡混合物中氨的含量 压强增大，有利于氨的合成，但需要动力大，对材料、设备的要求高。故采用10～30 MPa的高压 升高温度 增大反应速率 平衡逆向移动，降低平衡混合物中氨的含量 温度要适宜，既要保证反应有较快的速率，又要使反应物的转化率不能太低。故采用400～500℃左右的温度，并且在该温度下催化剂的活性最大 使用催化剂 增大反应速率 没有影响 工业上一般选用铁触媒作催化剂 (4)原料气的充分利用 合成氨反应的转化率较低，从原料充分利用角度分析，工业生产中可采用循环操作的方法可提高原料的利用率。 [素养提升] 1．(2023·湖北卷)纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下，C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。 C40H20(g)eq \o(――→,\s\up20(H·))C40H18(g)＋H2(g)的反应机理和能量变化如下： 回答下列问题： (1)已知C40Hx中的碳氢键和碳碳键的键能分别为431.0 kJ·mol－1和298.0 kJ·mol－1，H—H键能为436.0 kJ·mol－1。估算C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的ΔH＝______kJ·mol－1。 (2)图示历程包含______个基元反应，其中速率最慢的是第______个。 (3)C40H10纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为______、______。 (4)1 200 K时，假定体系内只有反应C40H12(g)C40H10(g)＋H2(g)发生，反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强)，平衡转化率为α，该反应的平衡常数Kp为______(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 (5)C·40H19(g)C40H18(g)＋H·(g)及C·40H11(g)C40H10(g)＋H·(g)反应的lnK(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下，lnK＝－eq \f(ΔH,RT)＋c(R为理想气体常数，c为截距)。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是______________________________。 (6)下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成C40H10的反应速率的是__(填标号)。 a．升高温度　b．增大压强　c．加入催化剂 解析：(1)由C40H20和C40H18的结构式和反应历程可以看出，C40H20中断裂了2根碳氢键，C40H18形成了1根碳碳键和1根氢氢键，所以C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的ΔH＝431 kJ·mol－1×2－298 kJ·mol－1－436 kJ·mol－1＝＋128 kJ·mol－1； (2)由反应历程可知，包含3个基元反应，分别为： H2其中第三个的活化能最大，反应速率最慢； (3)由C40H20的结构分析，可知其中含有1个五元环，10个六元环，每脱两个氢形成一个五元环，则C40H10总共含有6个五元环，10个六元环； (4)1 200 K时，假定体系内只有反应C40H12(g)C40H10(g)＋H2(g)发生，反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强)，平衡转化率为α，设起始量为1 mol，则根据信息列出三段式为： 　　　 C40H12(g)C40H10(g)＋H2(g) 起始量(mol) 1 0 0 变化量(mol) α α α 平衡量(mol) 1－α α α 则p(C40H12)＝p0×eq \f(1－α,1＋α)，p(C40H10)＝p0×eq \f(α,1＋α)，p(H2)＝p0×eq \f(α,1＋α)，该反应的平衡常数Kp＝eq \f(p0×\f(α,1＋α)×p0×\f(α,1＋α),p0×\f(1－α,1＋α))＝p0eq \f(α2,1－α2)； (5)C40H19(g)C40H18(g)＋H·(g)及C40H10(g)＋H·(g)反应的ln K(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图。图中两条线几乎平行，说明斜率几乎相等，根据ln K＝－eq \f(ΔH,RT)＋c(R为理想气体常数，c为截距)可知，斜率相等，则说明焓变相等，因为在反应过程中，断裂和形成的化学键相同； (6)a.由反应历程可知，该反应为吸热反应，升温，反应正向进行，提高了平衡转化率反应速率也加快，a符合题意； b．由化学方程式可知，该反应为正向体积增大的反应，加压，反应逆向进行，降低了平衡转化率，b不符合题意。 c．加入催化剂，平衡不移动，不能提高平衡转化率，c不符合题意。 答案：(1)128 (2)3　3 (3)6　10 (4)p0eq \f(α2,1－α2) (5)在反应过程中，断裂和形成的化学键相同 (6)a 2．(2024·济宁市一模)2022年12月中央经济工作会议强调，“加快新能源、绿色低碳等前沿技术研发和应用推广”。CO2甲烷化是目前研究的热点方向之一，在环境保护方面显示出较大潜力。其主要反应如下： 反应Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH1 反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＞0 回答下列问题： (1)在体积相等的多个恒容密闭容器中。分别充入1 mol CO2和4 mol H2发生上述反应Ⅰ(忽略反应Ⅱ)，在不同温度下反应相同时间，测得lg k、H2转化率与温度关系如图所示。已知该反应的速率方程为v正＝k正c(CO2)c4(H2)，v逆＝k逆c(CH4)c2(H2O)，其中k正、k逆为速率常数，只受温度影响。 图中信息可知，代表lg k正曲线的是____(填“MH”或“NG”)，反应Ⅰ活化能Ea(正)____Ea(逆)(填“>”或“＜”)；c点的K(平衡常数)与Q(浓度商)的等式关系____(用含v正、v逆的代数式表示)，T3温度下反应达到平衡，体系压强为p，则Kp＝____。 (2)向恒压密闭装置中充入5 mol CO2和20 mol H2，不同温度下同时发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，达到平衡时其中两种含碳物质的量n(X)与温度T的关系如图所示 图中缺少____(填含碳物质的分子式)物质的量与温度的关系变化曲线，随温度升高该物质的变化趋势为____，800 ℃时，CH4的产率为____。 解析：(1)图中信息可知，温度越高，则eq \f(1,T)越小，MH和NG是lg k与温度关系，abc是H2转化率与温度关系，eq \f(1,T)从后往前看，温度升高，从b到a氢气转化率降低，说明升高温度，平衡逆向移动，逆向是吸热反应，则升高温度时逆反应速率增大程度大于正反应速率增大程度即lg k逆大于lg k正，则代表lg k正曲线的是NG；该反应是放热反应，反应Ⅰ活化能Ea(正)<Ea(逆)；c点时k正c(CO2)·c4(H2)＝k逆c(CH4)·c2(H2O)， K＝eq \f(cCH4·c2H2O,cCO2·c4H2)＝eq \f(k正,k逆)，c点Q＝eq \f(cCH4·c2H2O,cCO2·c4H2)，则有eq \f(v正,v逆)＝eq \f(k正cCO2·c4H2,k逆cCH4·c2H2O)＝eq \f(K,Q)，T3温度下反应达到平衡，体系压强为p， CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) 开始　　1 mol　　4 mol　　　0　　　 0 转化 0.4 mol 1.6 mol 0.4 mol 0.8 mol 平衡 0.6 mol 2.4 mol 0.4 mol 0.8 mol， 则Kp＝eq \f(p×\f(0.4,4.2)×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p×\f(0.8,4.2)))2,p×\f(0.6,4.2)×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p×\f(2.4,4.2)))4)＝eq \f(49,216p2)；故答案为：NG；<；eq \f(v正,v逆)＝eq \f(K,Q)；eq \f(49,216p2)。 (2)平衡时X的物质的量较大，随着温度升高X的物质的量逐渐减小，Y的物质的量逐渐增大，由于反应Ⅰ是放热反应，随着温度升高，甲烷的量应该逐渐减小，二氧化碳的量增大，又由于反应Ⅱ是吸热反应，一氧化碳的量随温度升高而逐渐增大，二氧化碳的物质的量逐渐减小，根据量的关系800 ℃时另一种物质是1 mol，在1 100 ℃时另一种物质接近2.2 mol,1 400 ℃时另一种物质接近0.5 mol，说明另一种物质先变大后变小，则可能是开始温度低的阶段反应Ⅰ逆向移动占主要地位， 后来温度高时反应Ⅱ正向移动占主要地位，因此图中X为甲烷，Y为CO，而缺少CO2物质的量与温度的关系变化曲线，随温度升高该物质的变化趋势为先升高后降低；800 ℃时，甲烷物质的量为3.8 mol，一氧化碳物质的量为0.2 mol，则CO2物质的量为1 mol，CH4的产率为eq \f(3.8 mol,5 mol)×100%＝76%；故答案为：CO2；先升高后降低；76%。 答案：(1)NG　<　eq \f(v正,v逆)＝eq \f(K,Q)　eq \f(49,216p2) (2)CO2　先升高后降低　76% $$