高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四节 化学反应的调控背景图课件ppt

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四节 化学反应的调控背景图课件ppt，共40页。PPT课件主要包含了合成氨条件的理解，增大压强，升高温度，降低温度，无影响，反应速率，反应限度，转化率，化学反应速率，～30MPa等内容，欢迎下载使用。

1．通过化学反应速率和化学平衡的影响因素，掌握合成氨工业中温度、压强、浓度、催化剂选择的原因。2．利用化学反应原理，了解调控化学反应速率和平衡的方法。3．结合工业生产实际，了解化工条件的选择。1．通过运用变量控制反应方向，培养变化观念和平衡思想。2．运用化学知识解决生产、生活中的简单化学问题，培养科学态度与社会责任。
1．合成氨反应的特点(1)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS_____0，_____自发进行。(2)可逆性：反应为_______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。
2．原理分析根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析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，请填写下表。
3.数据分析根据课本表2－2在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为13)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是_______温度、_______压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是_______温度、_______压强。二者在_______这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。
正｜误｜判｜断(1)工业合成氨的反应是ΔH<0，ΔS<0的反应，在任何温度下都可自发进行。(　　)(2)在合成氨的实际生产中，温度越低，压强越大越好。(　　)(3)在合成氨中，加入催化剂能提高原料的转化率。(　　)(4)催化剂在合成氨中质量没有改变，因此催化剂没有参与反应。(　　)(5)增大反应物的浓度，减少生成物的浓度，可以提高氨的产率。(　　)(6)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。(　　)
深｜度｜思｜考催化剂铁触媒以什么形态存在更有利于反应进行？原料气为什么要循环利用？提示：铁触媒是固体，粉末状更有利于反应进行；原料气(气体)在铁触媒(固体)表面的接触反应有限，不能充分反应，因此要循环利用。
应｜用｜体｜验1.下列有关合成氨工业的说法正确的是(　　)A．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成C．工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行D．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行
2．在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述正确的是(　　)A．都能提高反应速率，都对化学平衡无影响B．都对化学平衡有影响，但都不影响达到平衡状态所用的时间C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有施加高压对化学平衡有影响D．使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而施加高压无此效果
1．合成氨反应条件的选择原则工业生产中，必须从___________和___________两个角度选择合成氨的适宜条件。(1)尽量增大反应物的_________，充分利用原料。(2)选择较快的_______________，提高单位时间内的产量。(3)考虑设备的要求和技术条件。
二、工业合成氨的适宜条件
2．合成氨反应的适宜条件(1)压强①适宜条件：_____________。②选择依据：压强越大，需要的动力_______，对材料的强度和设备的制造要求就越高。(2)温度①适宜条件：_____________。②选择依据：该温度下催化剂的活性_______，反应速率比较快，氨的含量也相对较高。
(3)催化剂适宜条件：以_____为主体的多成分催化剂(又称铁触媒)。(4)浓度①适宜条件：N2和H2按物质的量之比12.8混合，适时分离出_______。②选择依据：适当提高_____的浓度，来提高H2的转化率。(5)其他兼顾环境保护和社会效益，为了提高原料的_________，未反应的N2和H2循环使用并及时补充N2和H2。
正｜误｜判｜断(1)使气态氨变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。(　　)(2)在工业生产条件优化时，只考虑经济性就行，不用考虑环保。(　　)(3)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。(　　)
深｜度｜思｜考在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·ml－1。(已知：催化剂是V2O5，在400～500 ℃时催化剂效果最好)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。
(1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，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)在实际生产中，采用的压强为常压，原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________。
450℃、10 MPa
在此温度下，催化剂活性最高。温度较低，会使反应速率减小，达到平衡所需时间变长；温度较高，SO2的转化率会降低
在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增大对设备的要求而增大生产成本
(4)在实际生产中，通入过量的空气，原因是__________________ __________________________。(5)尾气中SO2必须回收，原因是______________________________ ________________________。
增大反应物O2的浓度，有利于提高SO2的转化率
防止污染环境；循环利用，提高原料的利用率(合理即可)
应｜用｜体｜验A．合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS不一定都小于零B．控制温度(773 K)远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率C．当温度、压强一定时，在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率D．基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行
ml－1可知，该反应ΔH小于零，该反应为气体物质的量减小的反应，所以ΔS小于零，A错误；该反应ΔH(298K)＝－46.2 kJ·ml－1小于零，控制温度(773 K)远高于室温有利于平衡逆向移动，不能提高平衡转化率，但是可以加快反应速率，B错误；当温度、压强一定时，在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，容器体积增大，相当于减小压强，平衡逆向移动，降低平衡转化率，C错误；NH3可以形成分子间氢键，有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行，D正确。
2．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
解析：合成氨反应为放热反应，温度较高不利于提高NH3产率，故A错误；催化剂和高压能加快反应速率，增大压强平衡正移，催化剂对平衡无影响，故B错误；减少生成物的浓度平衡正向移动，所以将NH3液化分离，可提高N2、H2的转化率，故C正确；增加一种反应物的浓度可以提高另一种反应物的转化率，而本身转化率降低，所以合成氨工业中为了提高氢气的利用率，可适当增加氮气的浓度，故D错误。
1．有关合成氨工业的生产流程如图所示。下列关于合成氨工业的说法中不正确的是(　　)A．将混合气体进行循环利用符合绿色化学思想B．合成氨反应需在低温下进行C．对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率D．使用催化剂可以提高反应速率，但不能使平衡向正反应方向移动解析：低温有利于提高原料的转化率，但不利于提高反应速率和催化剂的催化效率，故合成氨不采用低温条件，B项错误。
2．下列有关工业合成氨的说法不能用平衡移动原理解释的是(　　)A．不断补充氮气和氢气B．选择10～30 MPa的高压C．及时液化分离氨气D．选择500 ℃左右的高温同时使用铁触媒作催化剂解析：增大N2和H2浓度，平衡正向移动，选择高压平衡正向移动，分离氨气，减小生成物浓度，平衡正向移动，都可用平衡移动原理解释，A、B、C均不选；催化剂只改变速率，平衡不移动，不能用平衡移动原理解释，故选D。
3．二甲醚(DME)正逐渐替代化石燃料。有多种方法制备二甲醚，回答下列问题。①已知：H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－44.0 kJ·ml－1，H2(g)的燃烧热ΔH＝－285.8 kJ·ml－1，CO(g)的燃烧热ΔH＝－283.0 kJ·ml－1。则二甲醚的燃烧热ΔH＝____________ kJ·ml－1。
②300 ℃，1 L恒容密闭容器中充入4 ml H2和2 ml CO，测得容器内压强变化如下：反应进行到20 min时，H2的转化率为__________，CO的平均反应速率v(CO)＝______ ml·L－1·min－1。该温度下的平衡常数K＝_____ (ml·L－1)－4。
(2)CO2催化加氢制二甲醚，可以实现CO2的再利用。该过程主要发生如下反应：恒压条件下，CO2、H2起始量相等时，CO2的平衡转化率和CH3OCH3的选择性随温度变化如图。已知：CH3OCH3的选择性＝
①300 ℃时，通入CO2、H2各1 ml，平衡时CH3OCH3的选择性、CO2的平衡转化率都为30%，平衡时生成CH3OCH3的物质的量＝_______ ml。温度高于300 ℃，CO2的平衡转化率随温度升高而上升的原因是_______________________________________________________ _______________________________________________________________________。②220 ℃时，CO2和H2反应一段时间后，测得A点CH3OCH3的选择性为48%，不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3的选择性的措施有_____________________________________________。
升高温度，反应Ⅰ正向进行，CO2的平衡转化率上升；反应Ⅱ逆向进行，CO2的平衡转化率下降，300℃后升温，上升幅度大于下降幅度
增大压强、使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂
(ⅳ)H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－44.0 kJ·ml－1，由盖斯定律，反应4(ⅰ)＋2(ⅱ)－(ⅲ)－(ⅳ)得到二甲醚的燃烧热化学方程式CH3OCH3(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝[4×(－285.8)＋2×(－283.0)－(－204.7)－(－44.0)] kJ·ml－1＝－1 460.5 kJ·ml－1。
②由表中数据可知，20 min时反应已达平衡，设此时转化的H2为x ml，列三段式：　　　　　　起始量/ml　　 4　　　　2　　 　　0　　　　0转化量/ml　　 x　　　 0.5x　　　0.25x　　0.25x平衡量/ml　 4－x　　 2－0.5x　　0.25x　　0.25x
(2)①300 ℃时CO2的平衡转化率为30%，则消耗CO20.3 ml，CH3OCH3的选择性为30%，则生成CH3OCH3的物质的量为0.3×0.3 ml÷2＝0.045 ml；根据图中信息，温度高于300 ℃时，CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是反应Ⅰ是吸热反应，反应向吸热反应方向移动即正向移动，反应Ⅱ是放热反应，升高温度，平衡向吸热反应方向移动即逆向移动，升高温度，对反应Ⅱ的影响大于反应Ⅰ，因此CO2平衡转化率随温度升高而上升。
②提高CH3OCH3选择性，即要使反应Ⅱ平衡正向移动，由题意得，反应Ⅰ是气体体积不变的反应，而反应Ⅱ是气体体积减小的反应，增大压强，反应Ⅱ平衡正向移动，而对反应Ⅰ没有影响，还可以选择对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂。