化学反应的调控专题课件-2026届高考化学一轮复习

化学反应的方向和化学反应的调控 1 知识导图 2 一、化学反应的方向 1. [2022浙江]AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s) An＋(aq)＋Bn－(aq)，其焓变和熵变分别为ΔH 和ΔS 。对于不同组成的AB型强电解质，下列说法正确的是(　D　) A. Δ H 和Δ S 均大于零 B. Δ H 和Δ S 均小于零 C. Δ H 可能大于零或小于零，Δ S 大于零 D. Δ H 和Δ S 均可能大于零或小于零 D [解析]　AB型强电解质固体溶于水转化为离子，混乱度增加，但离子在水中存在水合过程，使水的混乱度下降，所以整个溶解过程的熵变取决于固体转化为离子的熵增和水合过程的熵减两个作用的相对大小，若前者占主导，则溶解过程熵增，反之熵减，C项错误，D项正确。 3 一、化学反应的方向 2. [2022全国甲改编]TiO2 直接氯化反应： TiO2(s)＋2Cl2(g) TiCl4(g)＋O2(g)　ΔH1 ＝＋172kJ·mol－1 TiO2 碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s) TiCl4(g)＋2CO(g) ΔH2＝－51kJ·mol －1 碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是 ⁠ ⁠。 [解析]　TiO2直接氯化反应是气体分子数不变的吸热反应，正向反应趋势小；碳氯 化反应是熵增大的放热反应，正向反应趋势大。 碳氯化反应是熵增大的放热反应， 正向反应趋势大　 4 一、化学反应的方向 3. [2022湖南]已知Δ G ＝Δ H － T Δ S ，Δ G 的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略Δ H 、Δ S 随温度的变化。若Δ G ＜0，则该反应可以自发进行。根据下图判断： 600 ℃时，下列反应不能自发进行的是 ⁠。 C　 A. C(s)＋O2(g) CO2(g) B. 2C(s)＋O2(g) 2CO(g) C. TiO2(s)＋2Cl2(g) TiCl4(g)＋O2(g) D. TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g) TiCl4(g)＋CO2(g) 5 二、化学反应的调控 1. 化学反应的调控 既要考虑合适的反应速率因素又要考虑反应限度因素。 含义 通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行 需要考 虑的实 际因素 在实际生产中常常需要结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件。此外，还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 6 二、化学反应的调控 2. 工业合成氨生产的适宜条件 (1)合成氨反应进行的方向 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，已知在298K时，ΔH ＝－92.4kJ·mol－1，ΔS ＝ －198.2J·mol－1·K－1，ΔG ＝ kJ·mol－1(保留两位小数)，该反 应能正向自发进行。 (2)合成氨反应限度 增大压强、降低温度有利于化学平衡向生成NH3的方向移动。N2和H2的物质的量之比为1∶3(理论投料比)时，平衡转化率最高。 －33.3　 K (298K) ＝5.6×105 理论分析 7 二、化学反应的调控 (3)合成氨反应的速率 在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质浓度的关系式为： υ＝k·c (N2)·c1.5(H2)·c -1(NH3) 加催化剂，升高温度，增大压强(缩小反应器容积)，增大N2、H2的浓度，都能增大反应速率！ 【实际】采用铁触媒催化剂、400~500 ℃、10 MPa~30 MPa，将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。 8 二、化学反应的调控 (4)工业合成氨适宜条件的选择 催化剂 温度 压强 采用 ⁠ 为催化剂，该催化剂在500 ℃左右时活性最大 采用400~500 ℃，原因是 ⁠ ⁠ 采用10 MPa~30 MPa。压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，需要的动力越大，会大大增加生产投资，降低综合经济效益 铁触媒　 催化剂的 活性较高，速率快　 【注意】N2的吸附分解所需活化能最高，是控制总反应速率的关键步骤。工业生产时适当提高N2的比例，即按 n (N2)∶ n (H2)＝1∶2.8投料，并及时分离出NH3，促使平衡正向移动。 实际生产 9 二、化学反应的调控 (一)探究外界条件对单一反应体系的影响 例1.工业上利用CO2和H2催化反应得到甲醇，反应如下：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) ∆H1 = -49.5 kJ·mol-1 ；其他条件相同时，不同温度下，同一种催化剂，相同生产时间段内甲醇的产率的变化图像如图所示： 产率为什么会升高？ 上升段：反应速率角度 υ 甲醇产率升高 T 催化剂活性增加 10 (一)探究外界条件对单一反应体系的影响 例1.工业上利用CO2和H2催化反应得到甲醇，CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ∆H1 = -49.5 kJ·mol-1 ；其他条件相同时，不同温度下，同一种催化剂，相同生产时间段内甲醇的产率的变化图像如图所示： 甲醇产率降低 平衡逆移 T υ 催化剂活性降低 副反应增强 产率为什么会降低？ 下降段：化学平衡/反应速率/副反应角度 平衡角度 速率角度 副反应角度 11 (一)探究外界条件对单一反应体系的影响 例2.工业上用丁烷催化脱氢制备丁烯：C4H10(g)C4H8(g)＋H2(g)(∆H>0)，将丁烷和氢气以一定的配比通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)。丁烯平衡产率随温度的变化如图所示，请分析丁烯产率随温度变化的原因： T 平衡正移 平衡产率 平衡角度 副反应被促进 平衡产率 副反应角度 T 在590℃之前，温度升高平衡正向移动，产率增大；在590℃之后，副反应被促进，丁烯产率下降。 12 方法建模——分析思路： 速率问题 平衡问题 副反应问题 催化剂失活问题 单角度问题—明变量、控变量 多角度问题—分主次，答主要 13 审题：明确研究对象及特点 找分析角度 结合信息定主因 描述变化， 得结论 (二)探究外界条件对复杂反应体系的影响 例3．(2022·浙江卷改编)研究NOx之间的转化具有重要意义。 (2)NO氧化反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)分两步进行， Ⅰ: 2NO(g)N2O2(g) ΔH1<0 Ⅱ: N2O2(g)＋O2(g) 2NO2(g) ΔH2<0 其中决定NO氧化反应速率的步骤是Ⅱ。 在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2气体，保持其它 条件不变，控制反应温度分别为T3和T4(T4＞T3)，测得c(NO) 随t(时间)的变化曲线如图。 t3 t4 ？ T ,则ν T4时耗时长 问题1：转化相同量的NO，在哪个温度下消耗的时间更较长？ 14 (二)探究外界条件对复杂反应体系的影响 例3．(2022·浙江卷改编)研究NOx之间的转化具有重要意义。 (2)NO氧化反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)分两步进行， Ⅰ: 2NO(g)N2O2(g) ΔH1<0 Ⅱ: N2O2(g)＋O2(g) 2NO2(g) ΔH2<0 其中决定NO氧化反应速率的步骤是Ⅱ。 在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2气体，保持其它 条件不变，控制反应温度分别为T3和T4(T4＞T3)，测得c(NO) 随t(时间)的变化曲线如图。 问题2：试分析温度是如何影响NO转化速率的？ ΔH1＜0，温度升高，反应Ⅰ平衡逆移，c(N2O2)减小；浓度降低的影响大于温度对反应Ⅱ速率的影响 速率角度 T Ⅰ、Ⅱ平衡逆移且Ⅰ快、Ⅱ慢 T 则ν T c 平衡角度 c(N2O2) ν Ⅱ的 ν 速率角度 主 15 三、化学反应原理归因分析 (1)实验最佳条件的选择或控制就是为了又“快”又“好”地生产，即主要是从反应速率与转化率(化学平衡)两个角度来分析。“快”就是提高反应速率，“好”就是提高转化率，原料利用率高，而影响速率与转化率的主要因素就是浓度、温度、压强与催化剂，其中温度与压强是试题中经常考查的因素。 1.条件选择类 16 三、化学反应原理归因分析 1.条件选择类 (2)从速率、转化率、产率、纯度等角度分析，选择最佳条件。如针对反应速率时，思考方向为如何提高浸出速率、如何提高反应速率等；针对平衡转化率、产率时，可运用平衡移动原理解释(其他条件不变的情况下，改变××条件，可逆反应平衡向××方向移动，导致××发生变化)；针对综合生产效益时，可从原料成本，原料来源是否广泛、是否可再生，能源成本，对设备的要求，环境保护，绿色化学等方面作答。 17 三、化学反应原理归因分析 1.条件选择类 (3)选择当前条件的优势，其他条件的不足，往往不足的描述比较容易疏忽，如温度过高或过低，压强过小或过大，也要进行分析。 18 三、化学反应原理归因分析 (1)依据化学反应速率和平衡移动原理，分析造成图像曲线变化的原因。 (2)催化剂对反应的影响、不同反应的选择性问题是这类题目的难点，解题时要多加关注，不同的条件会有不同的选择性。 (3)这类题目一般都是多因素影响，需要多角度分析原因。 2.原因分析类 审反应方程式：①找准竞争(或连续)反应在反应特点方面的异同 ②分清主、副反应 提取研究状态平衡、非平衡：①非平衡状态量,其变化与反应速率有关 ②平衡状态量，则与平衡移动有关 19 三、化学反应原理归因分析 1.[2023·海南，16(3)]磷酸二氢钾在工农业生产及国防工业等领域都有广泛的应用。某研究小组用质量分数为85%的磷酸与KCl(s)反应制备KH2PO4(s)，反应方程式为H3PO4(aq)+KCl(s)KH2PO4(s)+HCl(g)。该小组为提高转化率采用的措施中有：使用浓磷酸作反应物、向系统中不断通入水蒸气等。它们能提高转化率的原因是：不使用稀磷酸 ；通入水蒸气　 　　　　 　　。  使用浓磷酸作反应物可以提高磷酸的浓度，促使反应正向进行 使得气体中氯化氢的分压减小，促使反应正向进行 (一)文字信息类归因分析 20 三、化学反应原理归因分析 2.[2021·辽宁，17(4)]苯催化加氢制备环己烷是化工生产中的重要工艺，一定条件下，发生如下反应： Ⅰ.主反应： (g)+3H2(g)　　　　 (g)　ΔH1<0 Ⅱ.副反应：　 (g)　　　　 　 (g)　ΔH2>0 氢原子和苯分子吸附在催化剂表面活性中心时，才能发生反应，机理如图。当H2中混有微量H2S或CO等杂质时，会导致反应Ⅰ的产率降低，推测其可能原因为　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　 。  金属催化剂会与H2S或CO反应从而失去催化活性 21 三、化学反应原理归因分析 3.用(NH4)2CO3捕碳的反应：(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)2NH4HCO3(aq)。为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2气体，保持其他初始实验条件不变，分别在不同温度下，经过相同时间测得CO2气体浓度，得到趋势图如图。 (1)c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为v逆(c)　　 (填“>”“=”或“<”)v正(d)。  < (二)曲线上特殊点的归因分析 (2)b、c、d三点的平衡常数Kb、Kc、Kd从大到小的顺序为　　　 　。  Kb>Kc>Kd 22 三、化学反应原理归因分析 3.用(NH4)2CO3捕碳的反应：(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)2NH4HCO3(aq)。为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2气体。 (二)曲线上特殊点的归因分析 (3)T3~T4温度区间，容器内CO2气体浓度呈现增大的变化趋势，其原因是__________________ _ _______________________________________________________________________________。  T3~T4温度区间，化学反应已达到 平衡，由于正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，不利于CO2的捕获 23 三、化学反应原理归因分析 4.[2020·天津，16(4)]用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH<0。恒压下，CO2和H2的起始物质的量之比为1∶3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出H2O。 ①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为 ______________________________________ 　　　 　　 。  该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向 移动(或平衡常数减小) ②P点甲醇产率高于T点的原因为_________________ _______________________________ 。  分子筛膜从反应 体系中不断分离出H2O，有利于反应正向进行，甲醇产率升高 24 5. [天津高考]CO2与CH4经催化重整，制得合成气： CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g) 按一定体积比加入CH4和CO2，在恒压下发生反应，温度对CO和H2产率的影响如图所示。此反应优选温度为900 ℃的原因是 ⁠ ⁠。 根据图知，900 ℃时，合成气产率已 经较高，再升高温度产率增幅不大，但升高温度，能耗升高，经济效益降低　 三、化学反应原理归因分析 25 三、化学反应原理归因分析 6.乙烯气相水合反应的热化学方程式为C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g) ΔH=-45.5 kJ·mol-1，如图是乙烯气相水合法制乙醇中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O):n(C2H4)=1:1]。图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为　 ， 理由是___________________ _______ 　　　　 。  该反应正向是气体分子数减小的反应，相同温度下，压强增大，乙烯 平衡转化率升高 (三)曲线变化趋势的归因分析 p4>p3>p2>p1 26 (三)曲线变化趋势的归因分析 7.[2024·山东，20(2)]水煤气是H2的主要来源，研究 CaO对C-H2O体系制H2的影响，涉及主要反应如下： C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)(Ⅰ)　 ΔH1>0 CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)(Ⅱ)　ΔH2<0 CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)(Ⅲ)　 ΔH3<0 压力p下，C-H2O-CaO体系达平衡后，图示温度范围内C(s)已完全反应，CaCO3(s)在T1温度时完全分解。气相中CO、CO2和H2摩尔分数随温度的变化关系如图所示，则a线对应物种为　　(填化学式)。当温度高于T1时，随温度升高c线对应物种摩尔分数逐渐降低的原因是_____ _____________________ 　　 　 　　　。 H2 当温度高于T1，CaCO3(s)已完全分解，只发生反应Ⅱ， 温度升高，反应Ⅱ逆向移动，所以CO2的摩尔分数减小 27 学习快乐 28 $