第二章第四节 化学反应调控课件_2026—2027学年高二上学期化学人教版选择性必修一

该高中化学课件围绕化学反应的调控，以合成氨反应为核心案例，涵盖自由能、熵变等理论基础及影响反应速率与平衡的因素，通过“化工厂老板考虑的问题”导入，构建从理论到工业实践的学习支架。 其亮点在于理论与工业实践深度结合，通过合成氨的数据分析培养科学思维，工艺流程和练习题体现科学探究与实践，强调“绿色化学”渗透科学态度与责任。采用问题驱动教学，帮助学生形成化学观念，教师可高效整合理论与应用，提升教学效果。

1 J·mol-1·K-1 自由能与化学反应的方向 ∆ G = ∆ H – T ∆ S ∆ G = ∆ H – T ∆ S （Ｔ为热力学温度，为正值） D．2Hg(l)＋O2(g)===2HgO(s) CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g) 下列说法中正确的是（ ） 3kJ·mol-1 ∆ S = -280. 判断下列反应能否自发进行 通常情况下，气体分子数增大的化学反应为熵增的反应。 问题一：什么是自发反应？ 但只根据熵变判断化学反应的方向是不全面的。 想一想：下列吸热反应为什么能自发进行？有什么共同点？ 1．在下列变化中，体系的熵将发生怎样的变化？ 1．在下列变化中，体系的熵将发生怎样的变化？ 4 J·mol-1·K-1 问题一：什么是自发反应？ 9 J·mol-1·K-1 有序排列的火柴散落时成为无序排列 化学（人教版）选择性必修1 第二章 第三节 利用熵变和焓变对自发反应方向性的判断不一致时，怎么办？ 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2 (g) 1．在下列变化中，体系的熵将发生怎样的变化？ 能够自发进行的反应一定是熵增的过程 化学反应的调控 化学（人教版）选择性必修1 第二章 第四节 思考探究 速率 产率 经济 成本 安全条件 设备 条件 思考：假如你是一个化工厂的老板对工业生产你主要应该考虑哪些问题？ 知识回顾 1、影响反应速率的因素 浓度 C V 温度 压强 催化剂 V T P V 加催化剂 V 2、影响平衡的因素 浓度 温度 压强 增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡正向移动 升高温度，平衡向吸热方向移动 增大压强，平衡向 V 的方向移动 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 反应。 (2)体积变化：正反应是气体体积 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 可逆 减小 ＜ ＜ ＜ 【思考】根据合成氨反应特点，如何通过选择反应条件加快反应速率和提高平衡混合物中氨的含量 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 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         增大反应物浓度 升高 降低 增大 增大 使用 无影响 增大反应物浓度或减小生成物浓度 【思】 【议】 2、原理分析 【问题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。 温度/℃ 氨的含量/% 0.1 MPa 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 【结论】①升高温度，氨的含量 ；这与反应速率是 的。 ②增大压强，氨的含量 ；这与反应速率是 的。 降低 相矛盾 增大 相一致 3、数据分析 （3）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。 压强 （1）原理分析：压强 。 （2）选用条件：一般采用的压强为 。 二、工业合成氨的适宜条件 越大越好 10～30 MPa 温度 （1）原理分析：采用 以提高平衡转化率。 （2）选用条件：一般采用的温度为 。 （3）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。 低温 400～500 ℃ 催化剂 （1）选用条件：采用加入 （以铁为主体的多成分催化剂）。 （2）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. 注：为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。 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。 铁触媒 【思考】在温度与压强的最佳条件下，平衡混合物中氨的含量仍不高，怎么办？ 温度/℃ 氨的含量/% 0.1 MPa 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 交流讨论 及时补充N2和H2 增大反应物浓度 原料气循环通过合成塔 原料气循环利用 浓度 还有什么办法可以提高氨的产率？ 浓度 降低生成物的浓度 将氨气及时从气态混合物中分离出去 11 合成氨的工艺流程 1、铁触媒催化剂 2、400～500 ℃ 3、10MPa～30 MPa 4、原料气循环使用，及时分离出氨气 明确目的 确定反应 原理分析 实践层面 化学平衡 反应速率 设备可行 成本核算 化工生产中调控反应的一般思路 可行性 找条件 思想理念 “绿色化学” 可持续发展 （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 ______________________________________________________________________________________ 3.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。(已知制备SO3的过程中催化剂是V2O5,在400--500℃效果最好）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。 450℃、10Mpa 温度较低，会使反应速率减小，达到平衡所需要时间变长；温度较高，二氧化硫的转化率会降低。在此温度下催化剂活性最大 【课堂练习】 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 课本51 （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_________________________ 结合表中数据可知，常压下SO2的转化率已经很高，增大压强时转化率提升不明显，但对材料的强度和设备制造的要求均提高很多，因此实际生产中采用的压强为常压。 增大氧气的浓度，提高SO2的转化率。 防止污染环境，同时提高其利用率 [例1] 如图为工业合成氨的流程图。下列说法不正确的是 (　　　　) A．步骤①中净化可以防止催化剂中毒 B．产品液氨除可生产化肥外，还可作制冷剂 C．步骤③、④、⑤均有利于提高原料的转化率 D．步骤②中加压可以提高原料的转化率和化学反应速率 C 练习册56 1．合成氨对人类生存和发展有着重要意义。1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮，其合成原理为N2(g)＋3H2(g)⥫⥬ 2NH3(g)　ΔH<0。下列说法不符合工业合成氨生产实际的是 (　　　　) A．增大压强，可增加单位体积内的活化分子数目，使化学反应速率增大 B．实际生产温度主要由催化剂决定 C．在实际生产中，温度越高，化学反应速率一定越大 D．NH3液化分离有利于合成氨 C 练习册56 2．利用反应2NO(g)＋2CO(g)⥫⥬ 2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝－746.8 kJ·mol-1，可净化汽车尾气。如果要同时提高该反应的反应速率和NO的转化率，应采取的措施是 (　　　　) A．降低温度 B．增大压强同时加催化剂 C．升高温度同时充入N2 D．及时将CO2和N2从反应体系中移走 B 练习册58 1．科学家设计出多孔石墨炔负载CoOx量子点(颗粒直径在2～20 nm)光催化剂，使合成氨取得了理想的产率。已知N2(g)＋3H2(g)⥫⥬ 2NH3(g)　ΔH<0，下列说法错误的是 (　　　　) A．使用催化剂可显著提高生产效率 B．升温能提高氨的平衡产率 C．使用催化剂，活化分子百分数增多 D．该催化剂表面积大，催化效果好 B 2．硫酸是最重要的无机化工原料。硫酸工业中涉及反应2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬ 2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol-1。下列关于此反应的条件选择，不是基于勒夏特列原理的是 (　　　　) A．按1∶1投入原料气 B．及时分离出SO3 C．增大体系的压强 D．在高温下进行反应 D 3．合成氨工业中，原料气(N2、H2)及少量CO、NH3的混合气体在进入合成塔前需经过铜氨液处理以除去CO，反应为[Cu(NH3)2]＋＋CO＋NH3⥫⥬ [Cu(NH3)3CO]＋　ΔH＜0。所得溶液经过处理可使铜氨液再生，重复利用。下列说法正确的是 (　　　　) A．高温、低压条件有利于铜氨液再生 B．除CO的反应在任何温度下都能自发进行 C．合成塔使用热交换控制体系温度在400～500 ℃左右，主要目的是使合成氨反应平衡正向移动 D．合成氨过程中的加压和加催化剂都有利于提高原料的平衡转化率 A 5．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物是科学研究的重点内容。在0.5 L的密闭容器中，一定量的氮气和氢气进行如下化学反应：N2(g)＋3H2(g)⥫⥬ 2NH3(g)　ΔH<0，其化学平衡常数(K)与温度(T)的关系如下表所示。 T/℃ 200 300 400 K K1 K2 K3＝0.5 请回答下列问题： (1)已知298 K时，N2(g)＋3H2(g)⥫⥬ 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol-1　ΔS＝－0.2 kJ·K-1· mol-1。合成氨反应在常温(298 K)下 (填“能”或“不能”)自发反应。 (2)下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据的是 (填序号)。 A．容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2 B．3v正(N2)＝v逆(H2) C．6a mol N—H断裂的同时断裂a mol N≡N D．混合气体的密度保持不变 能 B、C (3)400 ℃时，在0.5 L的反应容器中进行合成氨反应。一段时间后，测得N2、H2、NH3的物质的量分别为2 mol、1 mol、2 mol，则此时反应v正(N2) (填“>”“<”或“＝”)v逆(N2)。 (4)H2成本较N2高，若要提高H2的利用率，可以采取的措施有 (填序号)。 A．加催化剂 　　 B．增大容器体积 C．适当降低反应体系的温度 　　 D．加入一定量N2 ＝ C、D (5)下图为一定温度下，N2和H2以物质的量之比1∶3进行反应。平衡时，NH3的体积分数随压强的变化示意图如下： ＝ ①比较b点和a点的平衡常数：K(a) (填“>”“<”或“＝”)K(b)。 ②计算b点的压强平衡常数Kp＝ (用分压表示的平衡常数，列出计算式即可，无需化简)。 $