7.37 化学反应的方向与调控 课件-2027届高三化学一轮复习

该高中化学高考复习课件聚焦“化学反应的方向与调控”专题，覆盖自发反应、熵变、吉布斯自由能判据及工业合成氨条件调控等高考核心考点，依据高考评价体系分析自由能应用和合成氨条件选择的高频考点权重，归纳判断正误、ΔH/ΔS分析等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于高考真题深度融入与应试策略指导，如结合2022辽宁卷合成氨反应自发性计算、湖南卷反应方向判断等真题，通过“ΔG=ΔH-TΔS判据应用”“工业条件选择三维模型”培养科学思维与化学观念，帮助学生掌握答题技巧，教师可据此高效指导复习。

第七章 化学反应速率与平衡 第37节 化学反应的方向与调控 高三一轮总复习 1 1. 化学反应进行的方向 CONTENT 自发反应、熵变、吉布斯自由能判据 2. 化学反应的调控--工业合成氨 合成氨条件，条件选择原则 2 ①体系趋向于从 状态转变为 状态(体系对外部做功或释放热量)。 ②在密闭条件下，体系有从 转变为 的倾向性(无序态更加稳定)。 3 1. 化学反应的方向 1. 自发反应 自发过程：在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程 低能 有序 无序 高能 自发反应：在一定条件下，不需外界帮助,一经引发即能自动进行的反应。 1)自发反应并不一定在常温常压下自发进行。 2)一般地，一个过程是自发的，其逆过程就是非自发的。 3)自发反应和非自发反应是可能互相转化的。 2NO+O2=2NO2 常温下自发 高温下自发 2NO2 ===2NO + O2 高温 4 2. 熵与熵变 1. 化学反应的方向 (1)熵的含义 度量体系混乱程度的物理量，单位：J·mol-1·k-1，符号S。熵越大，体系混乱度越大。 同一条件下，不同物质有不同的熵值；同一种物质在不同状态下熵值也不同。 一般规律是S(g)____ S(l)____S(s)。 (2)熵变的含义 ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。化学反应的ΔS越大，越有利于反应_________。 > 自发进行 > 物质的量越大→粒子数越多→体系的混乱度越大→熵值越大 5 3. 化学反应方向的判据 1. 化学反应的方向 ΔG = ΔH－TΔS<0，反应能自发进行 ΔG = ΔH－TΔS=0，反应达到平衡状态 ΔG = ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行 反应是否自发进行，由熵变、焓变、温度共同决定 “大大高温，小小低温” 根据ΔH－TΔS < 0判断的只是反应能否自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及到化学反应速率的问题。 6 判断正误 (1)在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向。 (　　) (2)H2O分解为H2和O2是吸热反应，故该反应任何条件下都不能自发进行。 (　　) (3)CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)　ΔH>0，此反应可以自发的条件是高温。 (　　) (4)C(s)＋CO2(g)=2CO(g)是熵增的反应。 (　　) × × √ √ 课堂练习 7 1. (1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)=2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH______(填“>”“<”或“＝”，下同)0，ΔS____0，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。 (2)超声速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO⥫⥬2CO2＋N2。若反应在常温下能够自发进行，则反应的ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。 (3)在100 kPa、298 K时石灰石分解反应CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0，ΔS>0。①常温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。 ②温度________(填“能”或“不能”)成为反应进行方向的决定因素。 > > 不能 < 课堂练习 不能 能 2. (2022·湖南卷，T17节选)已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<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________。 8 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)　 C 课堂练习 9 1．工业合成氨的条件控制 (1)反应原理：N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol-1。 (2)根据反应特点可选择的条件 ①增大合成氨反应速率的措施有：_________、_________、______________和__________。 ②提高平衡混合气中NH3含量的措施有：________、________和_____________。 升高温度 增大压强 增大反应物的浓度 使用催化剂 降低温度 增大压强 增大反应物浓度 2. 化学反应的调控 理论上：低温、高压、催化剂有利于N2或H2的转化。 10 (1)工业合成氨中，使用铁触媒作催化剂。 ①铁触媒加快化学反应速率的原因是什么？ 使用铁触媒作催化剂改变了反应历程，降低了反应的活化能， 提高了活化分子的百分数，有效碰撞次数增加，反应速率加快。 ②铁触媒能提高氢气的平衡转化率吗？ 简述理由。 不能。因为催化剂对化学平衡无影响。 ③铁触媒能提高反应混合物中氨的体积分数吗？ 能。因为实际合成氨过程为非平衡状态下进行，反应速率大，单位时间里生产的氨气的量多。 2. 化学反应的调控 1．工业合成氨的条件控制 11 (2)合成氨时选择500 ℃而不采用常温主要考虑什么因素？ 考虑速率因素，500 ℃时催化剂的催化活性最好。 (3)合成氨时一般采用的压强为10～30 MPa的原因是什么？ 合成氨时增大压强尽管可以同时提高反应速率和反应物的转化率。但是，压强越大，对材料的强度和设备的要求也越高，增加生产投资将降低综合经济效益。故一般采用的压强为10～30 MPa。 (4)合成氨工业中，为提高反应物的转化率，还采取哪些措施？ 使氨气冷却成液氨并及时分离，分离后的原料气循环使用。 2. 化学反应的调控 1．工业合成氨的条件控制 12 1)浓度： 2)温度： 3)压强: 4)催化剂： 使用过量的N2或及时分离平衡混合气中的氨。n(N2):n(H2)≈1 : 2.8 400-500℃左右 （温度低，有利于增大平衡混合气中的含量，但反应速率太慢。 500℃，催化剂活性最大） 铁触媒 (能加快化学反应速率，提高单位时间内的产量) 10~30MPa(压强过高，对设备材质和生产条件提出了更高的要求) (3) 工业合成氨反应的适宜条件 合成氨简易工业流程: 2. 化学反应的调控 1．工业合成氨的条件控制 13 3. [2022·辽宁，18(1)(2)(4)(5)]工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为:N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝-92.4 kJ/mol　ΔS= -200 J·K－1·mol－1。 回答下列问题： (1)合成氨反应在常温下____(填“能”或“不能”)自发。 能 ΔG＝ΔH－TΔS ＝-92.4 - 298×(-0.2) ＝-32.8 kJ·mol-1 (2)____温(填“高”或“低”,下同)有利于提高反应速率，___温有利于提高平衡转化率,综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400～500℃。 高 低 课堂练习 14 针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。 (4)方案二：M-LiH复合催化剂。 下列说法正确的是____(填字母)。 a. 300 ℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高 b. 同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率 c. 温度越高，复合催化剂活性一定越高 a 课堂练习 15 2. 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，又要注意对二者影响的矛盾性 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 注意催化剂的活性受温度的限制 2. 化学反应的调控 16 3. 控制反应条件的基本措施 (1)控制化学反应速率的措施 通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。 (2)提高转化率的措施 通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。 2. 化学反应的调控 17 4．已知2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)　ΔH<0的实验数据如下表： 温度 不同压强下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 (1)应选择的温度是________，理由是___________________________________ __________________________________________。 (2)应采用的压强是__________。 (3)生产中通入过量空气的目的是__________________________________。 450 ℃ 该反应是放热反应，升高温度，转化率 降低；在450 ℃时，反应物的转化率较高 1×105 Pa 增大O2浓度，提高SO2的转化率 课堂练习 18 5.(2024·江苏南通调研)甲烷催化氧化为合成气的主要反应有: A.反应Ⅰ为吸热反应 B.在700 ℃时，容器中生成的CO2的物质的量为1.44 mol C.在500 ℃、600 ℃、700 ℃时都可能发生反应 CH4(g)+H2O(g) 3H2(g)+CO(g) D.该过程中,低温有利于合成气的生成 C 19 课堂练习 6.江苏卷)与作用分别生成、NO、的反应均为放热反应。工业尾气中的可通过催化氧化为除去。将一定比例的和的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，的转化率、生成的选择性[ 与温度的关系如图所示。下列说法正确的是( ) A.其他条件不变，升高温度，的平衡转化率增大 B.其他条件不变，在范围，随温度的升高，出口处和氮氧化物的量均不断增大 C.催化氧化除去尾气中的应选择反应温度高于 D.高效除去尾气中的，需研发低温下转化率高和选择性高的催化剂 D 课后作业 1. 大本《优化设计》热点专攻18、第37讲 20 将2 mol CH4与2 mol O2投入密闭容器中反应,不同温度下,相同时间内CH4转化率、H2选择性[]与CO的选择性[]随温度的变化如图所示,下列说法正确的是(　　) Ⅰ.2CH4(g)+O2(g)4H2(g)+2CO(g) Ⅱ.CH4(g)+2O2(g)2H2O(g)+CO2(g) $