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高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二章 化学反应速率与化学平衡第四节 化学反应的调控集体备课课件ppt
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这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二章 化学反应速率与化学平衡第四节 化学反应的调控集体备课课件ppt，共32页。PPT课件主要包含了反应速率，反应限度，转化率，化学反应速率，催化剂中毒，迅速冷却，循环利用，补充N2和H2，合成氨的方向，利用率等内容，欢迎下载使用。
知识点一 合成氨条件的理论选择
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·ml-1，ΔS＝－198.2 J·ml-1·K-1。(1)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS____0，能自发进行。(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，是______反应。
2．提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较
特别提醒 温度对反应速率和平衡转化率的影响是不一致的，工业合成氨的温度要适宜。
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。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)充入的N2越多越有利于NH3的合成。( )(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)增大反应物的浓度，减少生成物的浓度，可以提高氨的产率。( )(5)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。( )
2．下列有关合成氨工业的说法正确的是( )A．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成B．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
D [A项，恒容条件下，充入稀有气体对平衡无影响；B项，在合成氨工业中应选择一个合适的投料比[n(N2)∶n(H2)]，并不是充入的N2越多越有利于NH3的合成；C、D项，ΔH－TΔS＜0时反应自发进行，而合成氨反应的ΔH＜0、ΔS＜0，故在常温条件下该反应能自发进行。]
3．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
C [对于反应N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)，使用催化剂能提高反应速率，缩短达到平衡状态所用的时间，不能使化学平衡发生移动；施加高压既能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。]
知识点二 工业合成氨的适宜条件
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。
2．问题讨论(1)压强：目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为10 MPa～30 MPa，不采用更高压强的理由是____________________________ ________________________________。(2)温度：升高温度能提高化学反应速率，但工业合成氨温度不能太高的理由是①____________________________________________。②______________________________________________________。
压强越大，对材料的强度和设备
的制造要求越高，需要的动力也越大
合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低
400～500 ℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱
(3)催化剂：以____为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。原料气必须经过净化，防止____________。(4)浓度①采取的措施：采取__________的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去；将NH3分离后的原料气__________，并及时____________，使反应物保持一定的浓度。②采取该措施的理由：分离出NH3以促使平衡向______________移动，此外，原料气的循环使用并及时补充原料气，既提高了原料的________，又提高了反应______，有利于合成氨反应。
3．工业合成氨的适宜条件
特别提醒 工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。
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＝－198 kJ·ml-1。已知催化剂是V2O5，在400～500 ℃时催化效果最好，如题表为不同温度和压强下SO2的转化率：
(1)在实际生产中，选定400～500 ℃作为操作温度，其原因是什么？(2)根据题表中的数据分析，制取SO3时为什么不采用高压？(3)在生产中，通入过量空气的目的是什么？(4)工业合成SO3的适宜条件是什么？
[提示] (1)兼顾速率和平衡，且在此温度下催化剂的活性最高。(2)在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增大设备的成本，得不偿失。(3)使平衡向正反应方向移动，提高价格较高的SO2的转化率。(4)常压、450 ℃左右、催化剂、过量空气。
1．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．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率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．使用铁触煤，使N2和H2混合气体有利于合成氨
B [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，A项不符合题意；合成氨反应是反应前后气体体积减小的反应，故加压有利于合成氨，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，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；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，D项不符合题意。]
2．某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)⥫⥬2M(g) ΔH<0。下列有关该工业生产的说法正确的是( )A．工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成B．若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率C．工业上一般采用较高温度合成M，因为温度越高，反应物的转化率越高D．工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量
D [工业上合成M可能采用常压，如硫酸工业中SO3的生成；加入过量B只能提高A的转化率，B的转化率降低；温度升高，平衡逆向移动，反应物的转化率降低；使用催化剂可降低反应的活化能，提高反应速率。]
1．下列有关说法正确的是( )A．为降低高炉尾气中CO的含量，可采用增加高炉高度的方法B．合成氨的生产中，压强越大，氨的产率越高，因此在选择条件时，压强越大越好C．合成氨的生产中，温度越低，氨的产率越高，因此在选择条件时，温度越低越好D．在给定的条件下，达到平衡时可逆反应完成程度最大
D [A.增加高炉高度对反应限度无影响，不能降低高炉尾气中CO的含量，故A错误；B.压强越大，对工业生产设备的要求越高，需结合实际生产情况选择合适压强，故B错误；C.温度越低，反应速率越慢，需选择合适温度，故C错误；D.在给定条件下，达到平衡状态时可逆反应达到最大限度，转化率最高，完成程度最大，故D正确。]
2．化学家使用了一种铁化合物作催化剂，在常温常压下合成氨，反应可表示为N2＋3H2 2NH3，下列有关说法正确的是( )A．不同的催化剂对化学反应速率的影响均相同B．哈伯法合成氨是吸热反应，新法合成氨是放热反应C．新法合成氨能在常温下进行是因为不需要断裂化学键D．新法合成氨与哈伯法合成氨相比不需要在高温条件下，可节约大量能源，极具发展前景
D [A.不同的催化剂催化机理不同，效果也不同，但在其他条件相同时，转化率相同，A错误；B.哈伯法合成氨和新法合成氨都是放热反应，B错误；C.任何化学反应都涉及旧键的断裂和新键的生成，C错误。]
3．(生产素材)工业生产苯乙烯是利用乙苯的脱氢反应：
针对上述反应，在其他条件不变时，下列说法正确的是( )A．加入适当催化剂，可以提高苯乙烯的产量B．仅从平衡移动的角度分析，工业生产苯乙烯选择恒压条件优于恒容条件C．加入乙苯至反应达到化学平衡的过程中，混合气体的平均相对分子质量不断增大D．在保持容积一定的条件下，充入较多的乙苯，可以提高乙苯的转化率
B [催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，加入催化剂，不能提高苯乙烯的产量，故A错误；反应后气体的物质的量增大，在恒容条件下，容器中气体的压强不断增大，不利于平衡正向移动，因此仅从平衡移动的角度分析，工业生产苯乙烯选择恒压条件优于恒容条件，故B正确；加入乙苯至反应达到平衡的过程中，气体的总质量不变，但物质的量逐渐增大，则混合气体的平均相对分子质量不断减小，故C错误；在保持容积一定的条件下，充入较多的乙苯，相当于在原来的基础上压强增大，则平衡逆向移动，乙苯的转化率减小，故D错误。]
4．(教材互鉴：改编自鲁科版教材)工业制硫酸中的一步重要反应是SO2在400～500 ℃和常压下的催化氧化：2SO2＋O2⥫⥬2SO3，这是一个正反应放热的可逆反应。如果反应在密闭容器中进行，下述相关说法中错误的是( )A．反应温度选择400～500 ℃是该反应催化剂的催化活性、反应速率、反应限度等角度综合考虑的结果B．因为在常压下该反应的速率和SO2的转化率已经很高了，所以选择常压条件主要是从生产成本角度考虑C．为提高SO2的转化率，应适当提高O2的浓度D．使用催化剂是为了加快反应速率，提高SO3产率
D [催化剂不影响平衡移动，使用催化剂是为了加快反应速率，而SO3产率不变，D错误。]
知识点一 合成氨条件的理论选择
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·ml-1，ΔS＝－198.2 J·ml-1·K-1。(1)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS____0，能自发进行。(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，是______反应。
2．提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较
特别提醒 温度对反应速率和平衡转化率的影响是不一致的，工业合成氨的温度要适宜。
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。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)充入的N2越多越有利于NH3的合成。( )(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)增大反应物的浓度，减少生成物的浓度，可以提高氨的产率。( )(5)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。( )
2．下列有关合成氨工业的说法正确的是( )A．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成B．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
D [A项，恒容条件下，充入稀有气体对平衡无影响；B项，在合成氨工业中应选择一个合适的投料比[n(N2)∶n(H2)]，并不是充入的N2越多越有利于NH3的合成；C、D项，ΔH－TΔS＜0时反应自发进行，而合成氨反应的ΔH＜0、ΔS＜0，故在常温条件下该反应能自发进行。]
3．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
C [对于反应N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)，使用催化剂能提高反应速率，缩短达到平衡状态所用的时间，不能使化学平衡发生移动；施加高压既能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。]
知识点二 工业合成氨的适宜条件
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。
2．问题讨论(1)压强：目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为10 MPa～30 MPa，不采用更高压强的理由是____________________________ ________________________________。(2)温度：升高温度能提高化学反应速率，但工业合成氨温度不能太高的理由是①____________________________________________。②______________________________________________________。
压强越大，对材料的强度和设备
的制造要求越高，需要的动力也越大
合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低
400～500 ℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱
(3)催化剂：以____为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。原料气必须经过净化，防止____________。(4)浓度①采取的措施：采取__________的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去；将NH3分离后的原料气__________，并及时____________，使反应物保持一定的浓度。②采取该措施的理由：分离出NH3以促使平衡向______________移动，此外，原料气的循环使用并及时补充原料气，既提高了原料的________，又提高了反应______，有利于合成氨反应。
3．工业合成氨的适宜条件
特别提醒 工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。
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＝－198 kJ·ml-1。已知催化剂是V2O5，在400～500 ℃时催化效果最好，如题表为不同温度和压强下SO2的转化率：
(1)在实际生产中，选定400～500 ℃作为操作温度，其原因是什么？(2)根据题表中的数据分析，制取SO3时为什么不采用高压？(3)在生产中，通入过量空气的目的是什么？(4)工业合成SO3的适宜条件是什么？
[提示] (1)兼顾速率和平衡，且在此温度下催化剂的活性最高。(2)在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增大设备的成本，得不偿失。(3)使平衡向正反应方向移动，提高价格较高的SO2的转化率。(4)常压、450 ℃左右、催化剂、过量空气。
1．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．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率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．使用铁触煤，使N2和H2混合气体有利于合成氨
B [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，A项不符合题意；合成氨反应是反应前后气体体积减小的反应，故加压有利于合成氨，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，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；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，D项不符合题意。]
2．某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)⥫⥬2M(g) ΔH<0。下列有关该工业生产的说法正确的是( )A．工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成B．若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率C．工业上一般采用较高温度合成M，因为温度越高，反应物的转化率越高D．工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量
D [工业上合成M可能采用常压，如硫酸工业中SO3的生成；加入过量B只能提高A的转化率，B的转化率降低；温度升高，平衡逆向移动，反应物的转化率降低；使用催化剂可降低反应的活化能，提高反应速率。]
1．下列有关说法正确的是( )A．为降低高炉尾气中CO的含量，可采用增加高炉高度的方法B．合成氨的生产中，压强越大，氨的产率越高，因此在选择条件时，压强越大越好C．合成氨的生产中，温度越低，氨的产率越高，因此在选择条件时，温度越低越好D．在给定的条件下，达到平衡时可逆反应完成程度最大
D [A.增加高炉高度对反应限度无影响，不能降低高炉尾气中CO的含量，故A错误；B.压强越大，对工业生产设备的要求越高，需结合实际生产情况选择合适压强，故B错误；C.温度越低，反应速率越慢，需选择合适温度，故C错误；D.在给定条件下，达到平衡状态时可逆反应达到最大限度，转化率最高，完成程度最大，故D正确。]
2．化学家使用了一种铁化合物作催化剂，在常温常压下合成氨，反应可表示为N2＋3H2 2NH3，下列有关说法正确的是( )A．不同的催化剂对化学反应速率的影响均相同B．哈伯法合成氨是吸热反应，新法合成氨是放热反应C．新法合成氨能在常温下进行是因为不需要断裂化学键D．新法合成氨与哈伯法合成氨相比不需要在高温条件下，可节约大量能源，极具发展前景
D [A.不同的催化剂催化机理不同，效果也不同，但在其他条件相同时，转化率相同，A错误；B.哈伯法合成氨和新法合成氨都是放热反应，B错误；C.任何化学反应都涉及旧键的断裂和新键的生成，C错误。]
3．(生产素材)工业生产苯乙烯是利用乙苯的脱氢反应：
针对上述反应，在其他条件不变时，下列说法正确的是( )A．加入适当催化剂，可以提高苯乙烯的产量B．仅从平衡移动的角度分析，工业生产苯乙烯选择恒压条件优于恒容条件C．加入乙苯至反应达到化学平衡的过程中，混合气体的平均相对分子质量不断增大D．在保持容积一定的条件下，充入较多的乙苯，可以提高乙苯的转化率
B [催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，加入催化剂，不能提高苯乙烯的产量，故A错误；反应后气体的物质的量增大，在恒容条件下，容器中气体的压强不断增大，不利于平衡正向移动，因此仅从平衡移动的角度分析，工业生产苯乙烯选择恒压条件优于恒容条件，故B正确；加入乙苯至反应达到平衡的过程中，气体的总质量不变，但物质的量逐渐增大，则混合气体的平均相对分子质量不断减小，故C错误；在保持容积一定的条件下，充入较多的乙苯，相当于在原来的基础上压强增大，则平衡逆向移动，乙苯的转化率减小，故D错误。]
4．(教材互鉴：改编自鲁科版教材)工业制硫酸中的一步重要反应是SO2在400～500 ℃和常压下的催化氧化：2SO2＋O2⥫⥬2SO3，这是一个正反应放热的可逆反应。如果反应在密闭容器中进行，下述相关说法中错误的是( )A．反应温度选择400～500 ℃是该反应催化剂的催化活性、反应速率、反应限度等角度综合考虑的结果B．因为在常压下该反应的速率和SO2的转化率已经很高了，所以选择常压条件主要是从生产成本角度考虑C．为提高SO2的转化率，应适当提高O2的浓度D．使用催化剂是为了加快反应速率，提高SO3产率
D [催化剂不影响平衡移动，使用催化剂是为了加快反应速率，而SO3产率不变，D错误。]
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