第4节 第1课时 化学反应的调控（同步课件）-【上好课】2024-2025学年高二化学同步精品课堂（人教版2019选择性必修1）

第四节 化学反应的调控 课时1 化学反应的调控 人教版2019选择性必修一 第二章 化学反应速率与化学平衡 素养目标 证据推理与模型认知： 能运用浓度、压强、温度和催化剂对化学反应速率、化学平衡的影响规律，能讨论化学反应条件的选择和优化。 科学探究与创新意识： 初步掌握应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法,培养科学态度与社会责任等方面的学科核心素养。 教学目标 本节重点 化学反应速率和化学平衡的综合调控。 本节难点 化学反应速率和化学平衡的综合调控。 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。 meiyangyang8602 请你说说！ 生活生产中我们对化学反应的调控 meiyangyang8602 新课导入 水果腐败变慢 为了延长食物储存时间，可以将它们保存在冰箱中 汽车尾气及时处理 这些都是我们对化学反应的调控 观看 化学反应的调控 壹 工业合成氨的适宜条件 贰 知识导航 meiyangyang8602 课堂思考 你知道吗？ 18世纪末，英国化学家克鲁克斯“先天下之忧而忧”， 率先发出为了使子孙后代免于饥饿“向空气要氮肥”的号召。 meiyangyang8602 空气变面包的反应 观看 01 化学反应的调控 课堂思考 请你思考！ 如何对化学反应进行调控？ 对空气变面包的反应合成氨进行分析 应该选择何种方式固氮呢？ 课堂探究 理解分析 1.固氮的可行性分析 一、化学反应的调控 探究学习 在选择反应时，首先要考虑反应的方向和限度，根据ΔG＝ΔH－TΔS考虑反应方向，根据K考虑反应进行的限度问题，从而选择合适的反应。 ①从化学平衡的视角 N2(g) + O2(g) 2NO(g) 常温 K＝5×10－31 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 常温 K＝5.0×108 ✔ 合成氨可行 课堂探究 理解分析 1.固氮的可行性分析 一、化学反应的调控 探究学习 ②从化学反应的方向性视角 自发性：常温（298 K）下，ΔH－TΔS<0，能自发进行 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1， ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1 合成氨容易吗？ 18世纪末，有人试图在常温常压下合成氨，也有人在常温加压下进行实验，都失败了。 课堂探究 理解分析 2.合成氨可行性 一、化学反应的调控 探究学习 课堂探究 理解分析 一、化学反应的调控 探究学习 2.合成氨可行性 1909年7月建成的实验装置每小时生产90 g氨 1918年哈伯获得诺贝尔化学奖 meiyangyang8602 课堂思考 meiyangyang8602 请你思考！ 如何设计合成氨的条件呢？可以从哪些角度分析？ 思考与讨论： （1）原理分析 根据合成氨反应的特点，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？请填入下表。 观看 02 工业合成氨的适宜条件 课堂探究 理解分析 1.合成氨反应的特点 二、工业合成氨的适宜条件 探究学习 思考与讨论： （1）原理分析 根据合成氨反应的特点，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？请填入下表。 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         提高平衡混合物中氨的含量         （2）数据分析 下表中的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况（初始时氮气和氢气的体积比是1：3）。分析表中数据，结合合成氨反应的特点，讨论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。 表：不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量（体积分数） 课堂探究 二、工业合成氨的适宜条件 理解应用 探究学习 1.合成氨反应的特点 合成氨反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。 已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 (1)可逆性：反应为可逆反应。 (2)体积变化：正反应是气体体积缩小的反应。 (3)焓变：ΔH<0，熵变：ΔS<0。 (4)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 二、工业合成氨的适宜条件 课堂探究 理解应用 2.合成氨实验的条件选择 探究学习 17 课堂探究 二、工业合成氨的适宜条件 理解应用 2.合成氨实验的条件选择 探究学习 ①增大合成氨的化学反应速率 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 增大 升高 增大 使用 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH= -92.4 kJ·mol-1 课堂探究 二、工业合成氨的适宜条件 理解应用 探究学习 2.合成氨实验的条件选择 ②从化学平衡分析，合成氨的适宜条件 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH= -92.4 kJ·mol-1 对合成氨 反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 提高平衡混合物中NH3的含量 增大反应为浓度 及时移走产生的氨 降低 增大 课堂探究 二、工业合成氨的适宜条件 理解应用 2.合成氨实验的条件选择 探究学习 ③从实验数据分析，合成氨的适宜条件 温度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4 不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时，反应混合物中氨的含量（体积分数） 压强增大，氨的含量增大，温度升高，氨的含量降低 课堂思考 请你思考！ 如何选择合成氨工艺条件的选择？ 从化学反应速率、化学平衡综合分析 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 浓度 温度 压强 催化剂 对合成氨反应的影响 增大合成氨的反应速率 提高平衡混合物中氨的含量 增大 升温 增大 催化剂 及时移走氨 降温 增大 不影响 增大C反应物 n(N2) : n (H2) ≈ 1: 3 21 课堂探究 二、工业合成氨的适宜条件 理解应用 3.合成氨工艺条件的选择 探究学习 从化学平衡分析合成氨的适宜条件 （1）浓度 n(N2):n(H2) ≈ 1:3时，平衡时氨气体积分数最大 课堂探究 二、工业合成氨的适宜条件 理解应用 3.合成氨工艺条件的选择 探究学习 （2）压强 目前，我国合成氨厂一般采用的压强为 MPa。 10～30 压强越大，对设备要求越高，增加成本，降低综合经济效益 采用控制变量的方法： n(N2):n(H2) ≈ 1:3 400 ℃ 课堂探究 二、工业合成氨的适宜条件 理解应用 3.合成氨工艺条件的选择 探究学习 （2）压强 ①原理分析：压强越大越好。 ②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30 MPa。 ③合成氨时不采用更高压强的理由：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，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。 课堂探究 二、工业合成氨的适宜条件 理解应用 3.合成氨工艺条件的选择 探究学习 （3）温度 （4）催化剂 采用控制变量的方法： n(N2):n(H2) ≈ 1:3 10 MPa 一般400~500 ℃铁触媒催化剂 课堂探究 二、工业合成氨的适宜条件 理解应用 3.合成氨工艺条件的选择 探究学习 （3）温度 ①原理分析：低温有利于提高原料的平衡转化率。 ②选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500 ℃。 ③不采用低温的理由：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。 合成氨反应一般选择400～500 ℃进行的又一重要原因为铁触媒在500 ℃左右时的活性最大。 课堂探究 二、工业合成氨的适宜条件 理解应用 3.合成氨工艺条件的选择 探究学习 （4）催化剂 ①原理分析：在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。 ②选用条件： 通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。 ③选择催化剂的理由： 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地进行反应。 为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。 课堂探究 二、工业合成氨的适宜条件 记忆结论 3.合成氨工艺条件的选择 探究学习 工业合成氨的适宜条件 压强 10-30MPa 温度 400-500℃ 催化剂 铁触媒 浓度 N2和H2的投料比为1:2.8，及时分离氨 课堂探究 二、工业合成氨的适宜条件 理解应用 4.合成氨的工业流程 典例精讲 【例1】,如图为工业合成氨的流程图。下列说法正确的是 (　 ) A.步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率,又可以加快反应速率 B.步骤③中反应温度提高至1000 ℃,反应速率加快且催化剂的活性更高 C.步骤③④⑤均有利于提高原料的平衡转化率 D.步骤⑤采用循环操作,主要是为了提高平衡混合物中氨的含量 A 30 课堂思考 请你总结！ 化工生产中反应调控的一般思路 可行性 分析 分析 调控方法 选取恰当的反应 实验摸索 原理分析 化学平衡 反应速率 设备要求、 安全操作 经济成本 确定最佳条件 考虑参加反应的物质 、 和 等本身因素 组成 结构 性质 尽量增大______，充分利用原料 选择较快的________ 转化率 反应速率 31 课堂思考 你知道吗？ 合成氨与三次诺贝尔化学奖 哈伯(德)（1918年）申请循环法合成氨专利 博施(德) （1931年） 实现了合成氨的工业化 埃特尔(德) （2007年） 揭开了合成氨的“机理” 弗兰克(德)（1898年）氮 气、碳化钙、水蒸气制氨 哈伯－博施合成法 “合成氨”里的中国人：2016年中科院大连化学物理研究所研究团队研制合成了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350 ℃、1 MPa 。 典例精讲 【例2】在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g) △H＝－196.6kJ/mol。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/% 0.1MPa 0.5MPa 1MPa 5MPa 10MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 （1）从理论上分析，为了使SO2尽可能多转化为SO3，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 ______________________________________________________________________________________ 该温度是催化剂的活性温度，选择此温度可提高反应速率，缩短反应达到平衡所需要的时间。 低温、高压 33 典例精讲 （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，通入过量空气，原因是__________ （5）尾气中的SO2必须回收，原因是_________________________ 【例2】在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g) △H＝－196.6kJ/mol。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/% 0.1MPa 0.5MPa 1MPa 5MPa 10MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 因为在常压下，400~500℃时，SO2的转化率已经很高了，若再加压 对设备及动力系统要求高，加大了成本和能量消耗，不适宜。 增大氧气的浓度，使平衡向生成SO3的方向移动，提高SO2的转化率。 减少对环境的污染。 34 课堂小结 合成氨常用的生产条件 压强: 温度： 催化剂： 浓度： 原料气： 合成氨工业流程 使用铁触媒 400~500 ℃ 10 MPa~30 MPa 循环使用 将氨液化及时分离 35 随堂演练 1.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H2 ⑥恒温恒压，再充入N2和H2 ⑦及时分离产生的NH3 ⑧使用催化剂 A．②④⑤⑦ B．②③④⑤⑦⑧ C．②⑤ D．②③⑤⑧ C 36 随堂演练 2．对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是（ ） A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大 B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大 C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大 D．加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大 B 37 随堂演练 3．对于反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)，下列有关说法不正确的是 A．使用催化剂能缩短该反应到达平衡的时间 B．升高温度有利于提高SO2的平衡转化率 C．提高 的值可增大SO2的转化率 D．增大体系的压强能提高SO2的反应速率和转化率 B 38 随堂演练 4.下列关于工业合成氨的叙述正确的是(　　) A．合成氨工业温度选择为700 K左右，只要是为了提高NH3产率 B．使用催化剂和施加高压，都能提高反应速率，但对化学平衡状态无影响 C．合成氨生产过程中将NH3液化分离，可提高N2、H2的转化率 D．合成氨工业中为了提高氢气的利用率，可适当增加氢气浓度 C 39 演示完毕 感谢聆听 https://www.zxxk.com/user/13354804 $$