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 化学反应的调控备课ppt课件

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1.能运用外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题,能讨论化学反应条件的选择和优化,培养变化观念与平衡思想、科学态度与社会责任的化学核心素养。2.针对典型案例,能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析,培养变化观念与平衡思想、科学态度与社会责任的化学核心素养。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
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。
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。
二、工业合成氨的适宜条件1.问题讨论(1)压强①原理分析:　　　　　　　　　　　。 ②选用条件:目前,我国合成氨厂一般采用的压强为　　　 　 MPa。 ③合成氨时不采用更高压强的理由:_______________________________________________________________________________________________ 　 。 
压强越大,对材料的强度和设备的
制造要求就越高,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
(2)温度①原理分析:　　　　有利于提高原料的平衡转化率。 ②选用条件:目前,在实际生产中一般采用的温度为　 　 ℃。 ③不采用低温的理由:___________________________________________　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 合成氨反应一般选择该温度进行的又一重要原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
温度降低会使化学反应速率减小,达到平衡所需时间变长,这在工业生产中是很不经济的
铁触媒在500 ℃左右时的活性最大
(3)催化剂①原理分析:即使在高温、高压下,N2和H2的化合反应仍然进行得十分　　　　。 ②选用条件:通常采用加入以　　　　　　的多成分催化剂,又称　　　　　。 ③选择催化剂的理由:____________________________________________　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 另外,为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”,原料气必须经过　　　　。 
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发生反应
(4)浓度①原理分析:在500 ℃和30 MPa时,合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只有26.4%,即平衡时N2和H2的转化率仍　　　　　。 ②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;应将NH3分离后的原料气　　　　　　,并及时　　　　　　　　,使反应物保持一定的浓度。 ③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。 
2.工业合成氨的适宜条件
微思考1分析教材表2-2。思考:在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3),如何提高平衡混合物中氨的含量?加快反应速率的方法有哪些?二者所采取的措施是否一致?
提示 提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。提高反应速率的条件是升高温度、增大压强、使用催化剂等。二者在温度这一措施上是不一致的;在压强措施上是一致的;催化剂可加快反应速率,对平衡无影响。
易错辨析1(1)合成氨反应在高温下能自发进行。(　　)(2)合成氨在提高反应速率和原料的转化率上对温度的要求是一致的。(　　)
提示 合成氨反应为熵减少的放热反应,低温自发,温度太高,可能导致反应不能自发进行。
提示 合成氨反应为放热反应,降低温度可提高原料的转化率;但降低温度,反应速率减慢,因此合成氨在提高反应速率和原料的转化率上对温度的要求是不一致的。
(3)合成氨反应中,压强越大越利于增大反应速率和平衡正向移动。(　　)(4)使用催化剂能提高合成氨中反应物的平衡转化率。(　　)
提示 催化剂不影响化学平衡,不能提高合成氨中反应物的平衡转化率。
微思考2自学教材“根据平衡移动原理”等连续两段。思考:合成氨采用低温时可提高转化率,但为何在实际生产中一般采用的温度为400~500 ℃?
提示 温度太低,反应速率太小,达到平衡所需的时间变长,不经济。另外,合成氨所需的催化剂铁触媒在500 ℃左右时的活性最大。
深化理解1.化学反应条件选择的三原则(1)既要注意外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的一致性,又要注意对二者影响的矛盾性。(2)既要注意温度、催化剂对反应速率影响的一致性,又要注意催化剂的活性对温度的要求。(3)既要注意理论上的需求,又要考虑化工生产中的动力、材料和设备条件。2.当温度、压强一定时,可逆反应中反应物按照化学计量数之比投料,平衡时生成物的物质的量分数最高。因此合成氨工业中N2和H2按照体积比1∶3投料,平衡混合物中NH3的含量最高。
易错辨析2(1)在合成氨的实际生产中,温度越低,压强越大越好。(　　)(2)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。(　　)
提示 温度太低,反应速率太小,达到平衡所需的时间变长,工业生产是不经济的;增大压强可加快反应速率,并且有利于平衡正向移动,但压强越大,对材料的强度和设备的制造要求就越高,需要的动力也越大,将会大大增加生产投资,并可能降低经济效益。
(3)在工业生产条件优化时,只考虑经济性就行,不用考虑环保。(　　)(4)合成氨反应选择在400~500 ℃进行的一个重要原因是催化剂在500 ℃左右时的活性最大。(　　)
提示 工业生产不仅要考虑经济效益,也要关注环保。
探究　化工生产反应条件的优化与选择
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,下表为不同温度和压强下SO2的转化率:
(1)根据化学理论和以上数据综合分析,为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫,可控制的条件是什么?
(2)在实际生产中,选定400~500 ℃作为操作温度,其原因是什么?
提示 常压、450 ℃、催化剂。
提示 兼顾速率和平衡,且在此温度下催化剂的活性最高。
(3)根据上表中的数据分析,制取SO3时为什么不采用高压?
提示 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。
(4)在生产中,通入过量空气的目的是什么?
(5)尾气中的SO2必须回收的目的是什么?
提示 增大反应物O2的浓度,提高SO2的转化率。
提示 防止污染环境;SO2还可循环利用,提高原料的利用率。
工业生产中选择适宜生产条件的原则
名师点拨　工业生产中提高综合经济效益的分析(以合成氨工业为例)(1)理论探讨①提高单位时间内氨的含量(从化学反应速率角度分析);②提高平衡混合物中氨的含量(从化学平衡移动角度分析)。(2)实际论证从生产成本、动力、材料、设备等方面对上述理论进行探讨论证,以得到合适的结论。
视角1工业合成氨条件的控制1.下列关于合成氨工业说法不正确的是(　　)A.将原料气进行净化处理,是为了防止其中混有的杂质使催化剂“中毒”B.合成氨厂一般采用10 MPa~30 MPa,综合考虑了反应速率、转化率和成本等因素C.将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应D.根据勒夏特列原理,500 ℃左右比室温更有利于合成氨的反应
解析 将原料气进行净化处理,是为了防止其中混有的杂质使催化剂“中毒”,A选项正确;合成氨厂一般采用10 MPa~30 MPa,综合考虑了反应速率、转化率和成本等因素,因为压强大,反应速率快,反应物的转化率升高,有利于合成氨,但是压强太高,对仪器设备要求也高,压强过低,反应速率慢,反应物的转化率降低,不利于合成氨,B选项正确;将混合气体中的氨液化,即减小了生成物的浓度,合成氨反应的化学平衡正向移动,有利于合成氨,C选项正确;合成氨是放热反应,升高温度,合成氨反应的化学平衡逆向移动,因此室温比500 ℃左右更有利于合成氨的反应,D选项错误。
视角2化工生产中反应条件的控制2.某工业生产中发生反应:2A(g)+B(g) 2M(g)　ΔH