第2章 第4节 化学反应的调控-【精彩三年】2024-2025学年高中化学选择性必修1课程探究与巩固PPT课件（人教版2019）

第四节　化学反应的调控 第二章　化学反应速率与化学平衡 目录 CONTENTS 教材整体初识 构建与探源 命题整体感知 尝试与研析 01 02 学习目标 评价目标 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 2．能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题，能讨论化学反应条件的选择和优化 3．以工业合成氨为例，能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析 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 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 教材整体初识 构建与探源 01 1．合成氨反应的特点 知识点一　合成氨条件的理论选择 (1)自发性：常温(298 K)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________的反应。 (4)焓变：ΔH<0，正反应是________反应。 < 减小 放热 2．原理分析 从增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨含量角度分析： 知识点一　合成氨条件的理论选择 条件 增大反应速率 提高氨的含量 压强 ________ ________ 温度 ________ ________ 催化剂 ________ __________ 浓度 ________反应物浓度 ________反应物浓度，________生成物浓度 增大 增大 升高 降低 使用 无影响 增大 增大 减小 1．合成氨的反应条件 (1)压强：__________________________。 (2)温度：______________________。 (3)催化剂：使用__________作催化剂。 (4)浓度：分离__________，原料气循环利用。 知识点二　工业合成氨的适宜条件与化学反应的调控 10 MPa～30 MPa 400～500 ℃ 铁触媒 NH3 2．化学反应的调控 (1)化学反应的调控，就是通过改变____________使一个可能发生的反应按照某一方向进行。 (2)在实际生产中常常要结合设备条件、安全操作、____________等情况，综合考虑影响化学反应速率和____________的因素，寻找适宜的生产条件。 (3)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。 知识点二　工业合成氨的适宜条件与化学反应的调控 反应条件 经济成本 化学平衡 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)在合成氨中，加入催化剂能提高原料的转化率。(　　) (2)减小生成物的浓度，可以提高氨气的产率。(　　) (3)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。(　　) (4)工业合成氨的反应是ΔH<0、ΔS<0的反应，在任意温度下都可自发进行。(　　) 探本思辨 × √ × × (5)使气态氨转化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。(　　) (6)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。(　　) 探本思辨 √ √ 2．合成氨过程中，下列事实不能用化学平衡移动原理说明的是(　　) A．合成氨在高压下进行是有利的 B．温度过高对合成氨不利 C．使用催化剂能使合成氨的速率增大 D．及时从合成塔分离出混合气中的氨，有利于合成氨 探本思辨 C 【解析】合成氨的正向反应是气体总体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，有利于合成氨，可用平衡移动原理解释，A不符合题意；合成氨的正向反应是放热反应，温度过高平衡逆向移动，不利于合成氨，可用平衡移动原理解释，B不符合题意；催化剂能增大化学反应速率，但不能使平衡移动，不能用平衡移动原理解释，C符合题意；及时分离出混合气中的氨，生成物浓度减小，平衡正向移动，有利于合成氨，能用平衡移动原理解释，D不符合题意。 探本思辨 3．下图为工业合成氨的流程图。下列说法错误的是(　　) 探本思辨 C 探本思辨 A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以增大反应速率 C．步骤③④⑤均有利于提高原料的平衡转化率 D．为保持足够高的原料利用率，应在反应达到一定转化率时及时将氨从混合气中分离出去 探本思辨 【解析】 杂质能使催化剂中毒，降低催化活性，所以反应前的氮气和氢气混合气体需要除杂净化，故A 正确；工业合成氨的正反应是气体总体积减小的反应，增大压强既能促使平衡正向移动，增大原料的转化率，也能增大反应速率，故B正确；步骤③催化剂不能使平衡移动，催化剂不能提高原料的平衡转化率，故C错误；在反应达到一定转化率时及时将氨从混合气中分离出去，平衡正向移动，有利于提高原料的利用率，故D正确。 命题整体感知 尝试与研析 02 类型一　工业合成氨反应条件的优化 外界 条件 有利于增大速率的条件控制 有利于平衡正向移动的条件控制 综合分析结果 浓度 增大反应物的浓度 增大反应物的浓度、减小生成物的浓度 不断地补充反应物、及时地分离出生成物 催化剂 加合适的催化剂 不需要 加合适的催化剂 类型一　工业合成氨反应条件的优化 温度 高温 低温(ΔH＜0) 兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度 压强 高压(有气体参加) 高压(ΔVg＜0) 在设备条件允许的前提下，尽量采取高压 典例研析 例题 下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是(　　) A．使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨 B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应 C．700 K左右比室温更有利于合成氨的反应 D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率 B 典例研析 【解析】 使用催化剂，对平衡移动没有影响，不能用勒夏特列原理来解释，A项不符合题意；合成氨反应是反应前后气体总体积减小的反应，故加压有利于合成氨气，可用勒夏特列原理来解释，B项符合题意；合成氨反应为放热反应，高温不利于合成氨气，温度控制在700 K左右是考虑催化剂的活性，不能用勒夏特列原理来解释，C项不符合题意；循环操作可提高原料的利用率，不能用勒夏特列原理来解释，D项不符合题意。 巩固与变化 1．[2023·舟山中学检测]下列关于工业合成氨反应的调控说法正确的是(　　) A．合成氨时，常采用迅速冷却的方法将氨液化，提高平衡转化率 B．合成氨时为提高平衡转化率，温度越高越好 C．增大N2浓度，可以提高活化分子百分数，从而增大反应速率 D．合成氨时为提高原料转化率，压强越高越好 A 巩固与变化 【解析】 由于氨易液化，采用迅速冷却的方法将氨液化，使平衡右移，提高原料转化率，A正确；合成氨的反应是放热反应，升高温度可以增大反应速率，但不利于平衡向合成氨的方向移动，B错误；增大N2浓度，单位体积内活化分子数目增多，但活化分子百分数未改变，C错误；合成氨的反应是分子数减小的反应，高压有利于平衡向正反应方向移动，提高原料转化率，且能增大正反应速率，但压强越大，对设备的制造和材料的强度要求就越高，D错误。 巩固与变化 2．合成氨的工业流程如图所示，下列说法错误的是(　　) A．增大压强既可以增大反应速率，又可以提高原料转化率 B．升高温度既可以增大反应速率，又可以提高平衡转化率 C．冷却过程中采用热交换有助于节约能源 D．原料循环使用可提高其利用率 B 巩固与变化 【解析】 增大压强可以增大合成氨的反应速率，平衡正向移动，可以提高原料转化率，A正确；合成氨反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，降低平衡转化率，B错误；冷却过程中采用热交换有助于节约能源，C正确；原料循环使用，可提高其利用率，D正确。 巩固与变化 C 巩固与变化 巩固与变化 【解析】 A项，由于反应在p1条件下先达到平衡，故p1>p2，由p1→p2，减小压强，化学平衡左移，NH3的体积分数应降低，错误；B项，由于此反应ΔH<0，故升温平衡左移，N2的转化率降低，错误；C项，增大N2的量，会使正反应速率瞬间增大，使化学平衡右移，逆反应速率瞬间不变，然后逐渐增大，正确；D项，使用催化剂，能增大反应速率，缩短到达平衡的时间，错误。 类型二　工业生产中化学反应条件的选择 角度1：硫酸工业生产中二氧化硫氧化成三氧化硫反应条件的优化 1．工业生产硫酸的工艺流程如图所示。 类型二　工业生产中化学反应条件的选择 2．实验测得SO2氧化成SO3平衡体系中SO2的转化率与温度、压强的实验数据如下表所示： 温度 平衡时SO2的转化率/% 1×105 Pa 5×105 Pa 1×106 Pa 5×106 Pa 1×107 Pa 450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 ℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 类型二　工业生产中化学反应条件的选择 由表中的数据可知 ①应选择的温度是450 ℃，原因是450 ℃时反应速率较大，SO2的转化率较高。 ②应采用的压强是1×105 Pa(常压)，原因是常压下SO2的转化率已经很高，若采用高压，SO2的转化率提高幅度不大，但需要的动力更大，对设备的要求更高，经济效益不高。 类型二　工业生产中化学反应条件的选择 3．实际生产的适宜条件 (1)使用V2O5作催化剂。 (2)采用450 ℃左右的高温。 (3)在常压下进行反应。 典例研析 典例研析 (1)计算平衡时SO2的转化率：__________。 88% 否 典例研析 典例研析 例2 氢气是一种清洁能源，水煤气变换反应的制氢原理为CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g)　ΔH1。某研究所探究CuO/ZrO2的系列催化剂(包括C/Z-120、C/Z-250、C/Z-350、C/Z-450)在水煤气变换反应中的催化活性。常压下，在不同温度、相同时间内，CO的转化率如图所示。 工业生产中应选择的最佳反应条件为____________________________。 C/Z-250，240 ℃ 典例研析 【解析】 由题干图示可知，催化剂C/Z-250的催化效果最好，反应温度为240 ℃时一氧化碳的转化率最大，再升高温度，一氧化碳的转化率基本不变，因此工业生产中应选择的最佳反应条件是C/Z-250作催化剂，反应温度为240 ℃。 巩固与变化 1．[2023·萧山中学检测]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，为使黄铁矿充分燃烧，可将矿石粉碎 B．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 C．合成氨工业中，为提高氮气和氢气的利用率，采用循环操作 D．对于合成氨的反应，如果调控好反应条件，可使一种反应物的转化率达到100% D 巩固与变化 【解析】 硫酸工业中，将矿石粉碎可以增大反应物的接触面积，有利于黄铁矿的充分燃烧，A正确；硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂，可以降低反应的活化能，增大反应速率，提高生产效率，B正确；合成氨工业中，分离出液氨后的混合气体中含有的氮气和氢气，采用循环操作，有利于提高氮气和氢气的利用率，C正确；合成氨反应为可逆反应，可逆反应不可能完全反应，所以调控反应条件不可能使反应物的转化率达到100%，D错误。 巩固与变化 2．有平衡体系：CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CH3OH(g)　ΔH<0，为了增加甲醇的产量，提高生产效益，应采取的措施是(　　) A．高温、高压 B．适宜的温度、高压、催化剂 C．低温、低压 D．高温、高压、催化剂 B 巩固与变化 【解析】 由CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CH3OH(g)　ΔH<0知，该反应为放热、气体总体积减小的可逆反应；高温会使平衡逆向移动，不利于提高甲醇的产量，但温度太低，反应速率太小，也不利于提高单位时间内的产量，且催化剂的活性需要在适宜温度下达到最大值，所以温度应适宜；高压既能使平衡正向移动，从而提高甲醇的产量，也可以增大反应速率；催化剂不能改变生成物的产量，但可增大反应速率；综上所述，合理的条件为适宜的温度、高压、催化剂，故选B。 巩固与变化 3．据报道，在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实，反应为2CO2(g)＋6H2(g)⥫⥬CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)。下列叙述错误的是(　　) A．使用合适的催化剂可大大提高生产效率 B．反应需在300 ℃下进行可推测该反应一定是吸热反应 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 B 巩固与变化 【解析】 使用合适的催化剂可增大反应速率，从而提高生产效率，A项正确；加热可以增大化学反应速率，放热反应也可能在加热条件下进行，B项错误；充入大量CO2气体可使平衡正向移动，提高H2的转化率，C项正确；从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可促使平衡正向移动，从而提高CO2和H2的利用率，D项正确。 巩固与变化 C 巩固与变化 【解析】 要提高Cl2的平衡转化率，应该使平衡正向移动，增大另一种反应物的浓度、增大反应体系的压强(缩小容器的容积)、降低温度，都可以达到该目的。 课后请完成高效作业11 [章末知识体系构建] 感谢聆听，再见！ 化学方程式：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。 3．对于合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，下列研究结果和图示相符的是(　　) 研究结果 A．压强对反应的影响 B．温度对反应的影响 图示 研究结果 C．平衡体系增加N2对反应的影响 D．催化剂对反应的影响 图示 例1 含硫化合物是实验室和工业上的常用化学品。已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－198 kJ·mol-1。常压下，850 K时，在一恒容密闭反应器中充入一定量的SO2和O2，当反应达到平衡后测得SO2、O2和SO3的浓度分别为6.0×10-3 mol·L-1、8.0×10-3 mol·L-1和4.4× 10-2 mol·L-1。 (2)对于接触室中的反应：2SO2＋O22SO3，是否必须采用高温、高压的反应条件使SO2氧化成SO3？______(填“是”或“否”)。 【解析】 (1)平衡时SO2的转化率为×100%＝×100%＝88%。(2)依据(1)的计算结果可知，在常压下SO2催化氧化为SO3的反应中，SO2的转化率已经很高，没有必要再采取高压的措施；该反应是放热反应，升高温度，平衡左移，不利于SO3的生成。 4．氯化硫酰(SO2Cl2)主要用作氯化剂。它是一种无色液体，熔点为 －54.1 ℃，沸点为69.1 ℃，遇水生成硫酸和氯化氢。氯化硫酰可用干燥的二氧化硫和氯气在活性炭催化剂存在下反应制取：SO2(g)＋Cl2(g) SO2Cl2(l)　ΔH＝－97.3 kJ/mol。为了提高上述反应中Cl2的平衡转化率，下列措施合理的是(　　) A．扩大容器容积 B．使用催化剂 C．增大SO2浓度 D．升高温度 $$