2020-2021學年新教材高中化學第2章化學反應的方向限度與速率微項目課件魯科版必修1

微項目探討如何利用工業(yè)廢氣中的二氧化碳合成甲醇——化學反應選擇與反應條件優(yōu)化微項目探討如何利用工業(yè)廢氣中的二氧化碳合成甲醇1.化學反應方向的判據(jù)(1)焓判據(jù):放熱過程中體系能量_____,ΔH__0,具有自發(fā)進行的傾向,但有些吸熱反應也可以自發(fā)進行,故只用焓變判斷反應方向不全面。(2)熵判據(jù):體系的混亂度_____,即熵增,ΔS>0,反應有自發(fā)進行的傾向,但有些熵減的過程也可能自發(fā)進行,故只用熵變來判斷反應方向也不全面。必備知識·素養(yǎng)奠基降低<增加1.化學反應方向的判據(jù)必備知識·素養(yǎng)奠基降低<增加(3)復合判據(jù)(3)復合判據(jù)2.外界條件對化學平衡的影響若其他條件不變,改變下列條件對化學平衡的影響如下:條件的改變(其他條件不變)化學平衡的移動濃度增大反應物濃度或減小生成物濃度向_______方向移動減小反應物濃度或增大生成物濃度向_______方向移動正反應逆反應2.外界條件對化學平衡的影響條件的改變(其他條件不變)化學平條件的改變(其他條件不變)化學平衡的移動壓強(對有氣體存在的反應)反應前后氣體分子數(shù)改變增大壓強向_____________的方向移動減小壓強向_____________的方向移動反應前后氣體分子數(shù)不變改變壓強___________溫度升高溫度向_____反應方向移動降低溫度向_____反應方向移動催化劑使用催化劑___________氣體體積減小氣體體積增大平衡不移動吸熱放熱平衡不移動條件的改變(其他條件不變)化學平衡的移動壓強(對有反應前后氣3.外界因素對化學反應速率的影響影響因素影響結(jié)果(其他條件不變)濃度固體或純液體濃度為常數(shù),增加反應物的量,反應速率_____(固體物質(zhì)的表面積影響反應速率)氣體或溶液增大反應物的濃度,反應速率_____溫度升溫反應速率_____降溫反應速率_____催化劑使用催化劑能同時同倍改變正、逆反應的速率不變加快加快減慢3.外界因素對化學反應速率的影響影響因素影響結(jié)果(其他條件不影響因素影響結(jié)果(其他條件不變)壓強加壓(縮小體積)對有氣體參加的反應,正、逆反應速率均_____減壓(擴大體積)對有氣體參加的反應,正、逆反應速率均_____加快減小影響因素影響結(jié)果(其他條件不變)壓強加壓對有氣體參加的反應,【情境·思考】自從2019年6月以來,北半球正在遭遇一場破紀錄的高溫。就連原本寒冷的北極地區(qū)也遭遇了100多場野火的肆虐。全球變暖的罪魁禍首是工業(yè)廢氣中CO2的排放,因此有關(guān)CO2的綜合利用越來越受到人們的關(guān)注。而甲醇是一種重要的化工原料,廣泛用于有機合成、醫(yī)藥、農(nóng)藥、燃料、高分子等領(lǐng)域。而且甲醇是一種重要的清潔燃料。【情境·思考】如果用CO2來合成甲醇,從元素守恒角度分析應該需要哪種元素?請你寫出一個制取甲醇的化學方程式。提示:需要氫元素,CO2+3H2====CH3OH+H2O。如果用CO2來合成甲醇,從元素守恒角度分析應該需要哪種元素?關(guān)鍵能力·素養(yǎng)形成項目活動1:選擇合適的化學反應利用CO2合成甲醇,如果選取水或氫氣作為氫源,反應如下:①CO2(g)+3H2(g)====CH3OH(g)+H2O(g)②CO2(g)+2H2O(g)====CH3OH(g)+O2(g)上述兩個反應在常溫常壓下的焓變和熵變?nèi)缦?反應ΔH/(kJ·mol-1)ΔS/(J·mol-1·K-1)①-48.97-177.16②+676.48-43.87關(guān)鍵能力·素養(yǎng)形成項目活動1:選擇合適的化學反應反應ΔH/(【活動探究】1.分析判斷利用CO2合成甲醇的兩個反應能否正向自發(fā)進行,應選用哪個反應合成甲醇?提示:反應①的ΔH<0,ΔS<0,因此在低溫時ΔH-TΔS<0,反應正向自發(fā)進行。反應②的ΔH>0,ΔS<0,因此在任何溫度下ΔH-TΔS均不能為負值,反應正向不能自發(fā)進行。因此應選用反應①合成甲醇?！净顒犹骄俊?.在利用反應①合成甲醇時,可能會伴隨如下副反應:CO2(g)+H2(g)====CO(g)+H2O(g)ΔH=+41.17kJ·mol-1

ΔS=+42.08J·mol-1·K-1。判斷此反應能否正向自發(fā)進行。提示:由于此反應ΔH>0,ΔS>0,因此在高溫時ΔH-TΔS<0,反應正向自發(fā)進行。2.在利用反應①合成甲醇時,可能會伴隨如下副反應:【思考討論】(1)判斷反應①的正向自發(fā)進行的最高溫度為多少?提示:276.42K。ΔH-TΔS<0反應才能自發(fā)進行,因此有-48.97kJ·mol-1-T×(-177.16×10-3kJ·mol-1·K-1)<0,解得T<276.42K。因此反應在溫度低于276.42K時反應正向自發(fā)進行。(2)判斷反應①的副反應正向自發(fā)進行的最低溫度為多少?提示:978.37K。ΔH-TΔS<0反應才能自發(fā)進行,因此有+41.17kJ·mol-1-T×(+42.08×10-3kJ·mol-1·K-1)<0,解得T>978.37K。因此反應在溫度高于978.37K時正向自發(fā)進行?！舅伎加懻摗俊咎骄靠偨Y(jié)】反應能否自發(fā)進行的判斷方法(1)當ΔH<0,ΔS>0時,反應正向一定能自發(fā)進行。(2)當ΔH>0,ΔS<0時,反應正向一定不能自發(fā)進行。(3)當ΔH<0,ΔS<0時,在低溫下反應正向能自發(fā)進行。(4)當ΔH>0,ΔS>0時,在高溫下反應正向能自發(fā)進行。【探究總結(jié)】【遷移應用】1.(2020·銀川高二檢測)用釕的配合物作催化劑,一定條件下可直接光催化分解CO2發(fā)生反應:2CO2(g)2CO(g)+O2(g)。下列有關(guān)焓變與熵變說法不正確的是 (

)A.該反應的ΔS>0B.該反應的ΔH<0C.該反應的逆反應在一定條件下也能自發(fā)進行D.該反應的熵變效應大于焓變效應催化劑====【遷移應用】催化劑====【解析】選B。該反應是一個氣體分子數(shù)增多的反應,也就是一個熵增的反應,A正確。該反應是分解反應,且該反應的逆反應是CO的燃燒,是放熱反應,所以該反應是吸熱反應,B錯誤。雖然該反應的逆反應是熵減反應,但反應放熱,一定條件下可以自發(fā)進行,C正確。該反應ΔS>0,ΔH>0,能自發(fā)進行說明熵變的影響大于焓變,D正確?！窘馕觥窟xB。該反應是一個氣體分子數(shù)增多的反應,也就是一個熵2.(2020·濮陽高二檢測)下列說法不正確的是 (

)A.Na與H2O的反應是熵增的放熱反應,該反應能自發(fā)進行B.某吸熱反應能自發(fā)進行,因此該反應是熵增反應C.(NH4)2CO3在室溫下就能自發(fā)的分解,說明該反應的ΔS<0D.2NO(g)+2CO(g)====N2(g)+2CO2(g)常溫下能自發(fā)進行,說明該反應的ΔH<0【解析】選C。(NH4)2CO3====2NH3↑+CO2↑+H2O為ΔS>0的反應。2.(2020·濮陽高二檢測)下列說法不正確的是 ()3.(2020·吳忠高二檢測)下列對化學反應預測正確的是(

)選項化學反應方程式已知條件預測AM(s)====X(g)+Y(s)ΔH>0它是非自發(fā)反應BW(s)+xG(g)====2Q(g)ΔH<0,自發(fā)反應x可能等于1、2、3C4X(g)+5Y(g)====4W(g)+6G(g)能自發(fā)反應ΔH一定小于0D4M(s)+N(g)+2W(l)====4Q(s)常溫下,自發(fā)進行ΔH>03.(2020·吳忠高二檢測)下列對化學反應預測正確的是(【解析】選B。A項,ΔH>0,ΔS>0,高溫下該反應能自發(fā)進行;C項,該反應ΔS>0,若使ΔH-TΔS<0,ΔH可能大于0也可能小于0;D項,該反應ΔS<0,若常溫下自發(fā)進行,則ΔH<0才能使ΔH-TΔS<0?！窘馕觥窟xB。A項,ΔH>0,ΔS>0,高溫下該反應能自發(fā)進項目活動2:選擇適宜的反應條件通過上述的分析可以通過反應①利用二氧化碳和氫氣合成甲醇,反應如下CO2(g)+3H2(g)====CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH=-48.97kJ·mol-1?！净顒犹骄俊?.利用所學知識分析如何提高反應的速率和甲醇的產(chǎn)率?提示:提高CO2和H2的濃度、加壓、升高溫度,使用催化劑均可以加快反應的速率。從化學平衡角度提高CO2和H2的濃度、降低CH3OH和H2O的濃度、加壓、降低溫度均有利于化學平衡向右移動,能夠提高甲醇的產(chǎn)率。項目活動2:選擇適宜的反應條件2.在一定條件下測得不同的H2和CO2投料比體系中甲醇的產(chǎn)率如下:

不同n(H2)∶n(CO2)對反應的影響注:α為轉(zhuǎn)化率,φ為產(chǎn)率,反應條件為溫度553K、總壓2MPa,無催化劑。n(H2)∶n(CO2)2357α(CO2)/%11.6313.6815.9318.71φ(CH3OH)/%3.044.125.266.932.在一定條件下測得不同的H2和CO2投料比體系中甲醇的產(chǎn)率從上述數(shù)據(jù)中你能得到什么結(jié)論?提示:從上述表格中能夠得到的結(jié)論是增大氫氣的比例可以提高CO2的轉(zhuǎn)化率和甲醇的產(chǎn)率。從上述數(shù)據(jù)中你能得到什么結(jié)論?3.下圖分別是壓強和溫度對反應①中甲醇產(chǎn)率的影響。3.下圖分別是壓強和溫度對反應①中甲醇產(chǎn)率的影響。(1)在實際生產(chǎn)中是不是壓強越大越好?提示:不是。要考慮生產(chǎn)的實際,選擇合適的壓強,如動力和設備的承受力等方面。(2)請分析甲醇的產(chǎn)率在溫度為523K時最高的原因。提示:在523K之前,隨溫度的升高反應速率加快,使甲醇產(chǎn)率增大;超過523K時,甲醇的產(chǎn)率降低的原因可能是催化劑的活性降低、副反應的發(fā)生等。(1)在實際生產(chǎn)中是不是壓強越大越好?4.下圖是不同的催化劑組成對甲醇產(chǎn)率的影響和選擇性的影響。催化劑組成改變對甲醇產(chǎn)率和選擇性的影響組成CuO/(wt.%)ZnO/(wt.%)Al2O3/(wt.%)ZrO2/(wt.%)MnO/(wt.%)φ(CH3OH)/[g·(kg-催化劑)-1·h-1]選擇性/%CuO/ZnO/Al2O365.826.37.9007840CuO/ZnO/ZrO262.425.0012.609688CuO/ZnO/ZrO2/MnO65.826.603.6488100CuO/ZnO/ZrO2/MnO65.826.605.62138914.下圖是不同的催化劑組成對甲醇產(chǎn)率的影響和選擇性的影響。組注:反應條件為n(H2)∶n(CO2)=3,溫度553K,總壓4MPa;wt.%:重量百分含量;選擇性:生成甲醇的二氧化碳在全部二氧化碳反應物中所占比例。從表格中的數(shù)據(jù)能得出什么結(jié)論?提示:改變催化劑的組成,可以有效地提高甲醇的產(chǎn)率和選擇性。注:反應條件為n(H2)∶n(CO2)=3,溫度553K,【思考討論】(1)壓強的改變對反應①的副反應有何影響?提示:從速率角度看,壓強的改變會改變其反應速率;但是由于此反應前后氣體的系數(shù)相等,因此壓強的改變對平衡沒有影響。(2)在實際生產(chǎn)中適宜溫度的選擇原則是什么?提示:在實際生產(chǎn)中溫度的選擇要考慮催化劑的催化活性,要使催化劑的活性最大?！舅伎加懻摗俊咎骄靠偨Y(jié)】化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則條件原則從化學反應速率分析既不能過快,又不能太慢從化學平衡移動分析既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性,又要注意二者影響的矛盾性從原料的利用率分析增加易得廉價原料,提高難得高價原料的利用率,從而降低生產(chǎn)成本從實際生產(chǎn)能力分析如設備承受高溫、高壓能力等從催化劑的使用活性分析注意催化劑的活性對溫度的限制【探究總結(jié)】條件原則從化學反應速率分析既不能過快,又不能太慢【遷移應用】1.(2020·昆明高二檢測)低溫脫硝技術(shù)可用于處理廢氣中的氮氧化物,發(fā)生的化學反應為2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+3H2O(g)

ΔH<0。在恒容的密閉容器中,下列有關(guān)說法正確的是 (

)A.平衡時,其他條件不變,升高溫度可使該反應的平衡常數(shù)增大B.平衡時,其他條件不變,增加NH3的濃度,廢氣中氮氧化物的轉(zhuǎn)化率減小C.單位時間內(nèi)消耗NO和N2的物質(zhì)的量比為1∶2時,反應達到平衡D.其他條件不變,使用高效催化劑,廢氣中氮氧化物的轉(zhuǎn)化率增大【遷移應用】【解析】選C。由于該反應為放熱反應,升高溫度時,平衡左移,該反應的平衡常數(shù)減小,A錯;增大一種反應物的濃度,自身的轉(zhuǎn)化率降低,而另外反應物的轉(zhuǎn)化率增大,B錯;單位時間內(nèi)消耗NO和N2的物質(zhì)的量之比為1∶2時,說明v正=v逆,反應達到平衡,C正確;催化劑只能改變反應速率,不能使平衡發(fā)生移動,即不能改變轉(zhuǎn)化率,D錯?！窘馕觥窟xC。由于該反應為放熱反應,升高溫度時,平衡左移,該2.(2020·晉江高二檢測)在催化劑作用下,用乙醇制乙烯,乙醇轉(zhuǎn)化率和乙烯選擇性(生成乙烯的物質(zhì)的量與乙醇轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量的比值)隨溫度、乙醇進料量(單位:mL·min-1)的關(guān)系如圖所示(保持其他條件相同)。2.(2020·晉江高二檢測)在催化劑作用下,用乙醇制乙烯,在410～440℃溫度范圍內(nèi),下列說法不正確的是 (

)A.當乙醇進料量一定時,隨乙醇轉(zhuǎn)化率增大,乙烯選擇性升高B.當乙醇進料量一定時,隨溫度的升高,乙烯選擇性不一定增大C.當溫度一定時,隨乙醇進料量增大,乙醇轉(zhuǎn)化率減小D.當溫度一定時,隨乙醇進料量增大,乙烯選擇性增大在410～440℃溫度范圍內(nèi),下列說法不正確的是 ()【解析】選A。根據(jù)圖象,當乙醇進料量一定時,隨乙醇轉(zhuǎn)化率增大,乙烯選擇性逐漸升高,但達到一定溫度后,乙烯選擇性都逐漸降低,故A項錯誤、B項正確;根據(jù)題中第一個圖,當溫度一定時,隨乙醇進料量增大,乙醇轉(zhuǎn)化率減小,故C項正確;根據(jù)題中第二個圖,當溫度一定時,隨乙醇進料量增大,乙烯選擇性增大,故D項正確?！窘馕觥窟xA。根據(jù)圖象,當乙醇進料量一定時,隨乙醇轉(zhuǎn)化率增大3.(2020·東城區(qū)高二檢測)一定條件下,用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化劑對燃煤煙氣進行回收,使SO2轉(zhuǎn)化生成S。催化劑不同,相同其他條件(濃度、溫度、壓強)情況下,相同時間內(nèi)SO2的轉(zhuǎn)化率隨反應溫度的變化如圖,下列說法不正確的是(

)3.(2020·東城區(qū)高二檢測)一定條件下,用Fe2O3、NA.不考慮催化劑價格因素,選擇Fe2O3作催化劑可以節(jié)約能源B.相同其他條件下,選擇Cr2O3作催化劑,SO2的平衡轉(zhuǎn)化率最小C.a點后SO2的轉(zhuǎn)化率減小的原因可能是溫度升高,催化劑活性降低了D.選擇Fe2O3作催化劑,最適宜溫度為340～380℃溫度范圍A.不考慮催化劑價格因素,選擇Fe2O3作催化劑可以節(jié)約能源【解析】選B。根據(jù)圖象可知,當溫度在340℃時,在Fe2O3作催化劑條件下,反應先達到平衡,SO2的平衡轉(zhuǎn)化率最大,A正確;相同其他條件下在260℃、300℃時,選擇Cr2O3作催化劑,SO2的轉(zhuǎn)化率均不是最小的,B錯誤;催化劑催化能力需要維持在一定的溫度下,溫度太高,催化劑活性可能會降低,C正確;340～380℃溫度范圍內(nèi),Fe2O3的催化能力最大,二氧化硫的轉(zhuǎn)化率也是最大,反應速率最快,D正確?！窘馕觥窟xB。根據(jù)圖象可知,當溫度在340℃時,在Fe2O課堂檢測·素養(yǎng)達標1.(2020·濰坊高二檢測)下列有關(guān)化學反應方向及其判據(jù)的說法中正確的是(

)A.非自發(fā)反應就是不可能發(fā)生的反應,自發(fā)反應就是能較快進行的反應B.高溫、高壓下可以使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石是自發(fā)的化學反應C.由能量判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復合判據(jù)適合于所有的反應D.反應NH3(g)+HCl(g)====NH4Cl(s)在低溫下能自發(fā)進行,說明該反應的ΔH>0課堂檢測·素養(yǎng)達標1.(2020·濰坊高二檢測)下列有關(guān)化學【解析】選C。A項,非自發(fā)反應在一定條件下也能發(fā)生,自發(fā)反應進行的也不一定較快,錯誤;B項,石墨轉(zhuǎn)化為金剛石,ΔH>0,該反應是非自發(fā)進行的化學反應,錯誤;C項,能量判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復合判據(jù),只要ΔH-TΔS<0,反應就可以自發(fā)進行,若ΔH-TΔS>0,反應就不能自發(fā)進行,正確;D項,反應NH3(g)+HCl(g)====NH4Cl(s)在低溫下能自發(fā)進行,ΔH-TΔS<0,從化學方程式知TΔS<0,說明ΔH<0,錯誤?！窘馕觥窟xC。A項,非自發(fā)反應在一定條件下也能發(fā)生,自發(fā)反應【補償訓練】(2020·鹽城高二檢測)將煤氣化后所得的重要產(chǎn)品之一是甲醇。其制備反應:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

ΔH<0。為了增加甲醇的產(chǎn)量,同時保證較高的生產(chǎn)效率。工廠應采取的正確措施是 (

)A.高溫、高壓B.適宜溫度、高壓、催化劑C.低溫、低壓、不斷分離出甲醇D.低溫、高壓、催化劑【補償訓練】【解析】選B。ΔH<0表明此反應為放熱反應,不能加太高的溫度但溫度不能太低,溫度太低反應速率太低;正反應方向是氣體體積減小的方向,所以可以加壓使化學平衡正向移動;另外選擇合適的催化劑加快反應速率?！窘馕觥窟xB。ΔH<0表明此反應為放熱反應,不能加太高的溫度2.(2020·佛山高二檢測)以甲醇為原料在一定條件下合成乙烯,2CH3OH(g)C2H4(g)+2H2O(g)。某研究小組將甲醇蒸氣以一定的流速持續(xù)通過相同量的同種催化劑,不同溫度得到如下圖象,則下列結(jié)論不正確的是 世紀金榜導學號(

)2.(2020·佛山高二檢測)以甲醇為原料在一定條件下合成乙A.一段時間后甲醇反應率下降可能是催化劑活性下降B.綜合圖1、圖2可知,甲醇還發(fā)生了其他反應C.若改變甲醇蒸氣的流速,不會影響甲醇反應率和乙烯產(chǎn)率D.制乙烯比較適宜的溫度是450℃左右【解析】選C。催化劑活性是受溫度影響的,溫度太高,催化劑會失去活性,故A正確;根據(jù)2CH3OH(g)C2H4(g)+2H2O(g),由圖1知450℃時甲醇的反應速率比400℃快,圖2450℃C2H4(g)的產(chǎn)率低于400℃的產(chǎn)率,所以有其他反應發(fā)生,故B正確;若改變甲醇蒸氣的流速,甲醇反應率和乙烯產(chǎn)率都將改變,故C錯;由圖2知450℃左右制乙烯產(chǎn)率比較高,故D正確。A.一段時間后甲醇反應率下降可能是催化劑活性下降3.(2020·寧波高二檢測)工業(yè)上主要利用碳熱還原重晶石制得硫化鋇,進而生產(chǎn)各種鋇化合物。如圖為不同反應溫度下,實驗中碳熱還原硫酸鋇反應體系的平衡組成隨反應溫度的變化關(guān)系。下列說法正確的是 (

)3.(2020·寧波高二檢測)工業(yè)上主要利用碳熱還原重晶石制A.約150℃,體系中開始出現(xiàn)BaS,說明溫度越高反應速率越快B.400℃時發(fā)生的化學反應方程式:BaSO4+2CBaS+2CO2↑C.CO一定無法還原重晶石D.溫度高于400℃后,硫酸鋇才能轉(zhuǎn)化為BaS△====A.約150℃,體系中開始出現(xiàn)BaS,說明溫度越高反應速率【解析】選B。根據(jù)圖象,約在150℃時,體系中開始出現(xiàn)BaS,說明反應在150℃開始反應,不能說明溫度越高反應速率越快,故A錯誤;根據(jù)圖象在400℃時BaSO4物質(zhì)的量分數(shù)為0,C的物質(zhì)的量百分數(shù)減小,BaS物質(zhì)的量百分數(shù)增大,CO2的物質(zhì)的量分數(shù)增大,因此400℃時發(fā)生反應的反應物是BaSO4和C,生成物是CO2和BaS,反應方程式為BaSO4+2CBaS+2CO2↑,故B正確;根據(jù)圖象400℃時,CO的物質(zhì)的量分數(shù)為0,結(jié)合加熱時C與CO2反應生成CO,則CO能還原BaSO4,故C錯誤;根據(jù)圖象,在150℃左右BaSO4轉(zhuǎn)化成BaS,故D錯誤?！?===【解析】選B。根據(jù)圖象,約在150℃時,體系中開始出現(xiàn)Ba4.(2020·長沙高二檢測)在一定條件下探究二甲醚的制備反應為2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

ΔH,測定結(jié)果如圖所示。下列判斷錯誤的是(

)4.(2020·長沙高二檢測)在一定條件下探究二甲醚的制備反A.該反應的ΔH<0B.該反應伴隨著副反應的發(fā)生C.工業(yè)選擇的較適宜溫度為280～290℃D.加入催化劑可以提高CH3OCH3的產(chǎn)率A.該反應的ΔH<0【解析】選D。由題圖知,隨著溫度升高,CO的轉(zhuǎn)化率降低,所以升高溫度,平衡逆向移動,則該反應是放熱反應,ΔH<0,A項正確;從圖中可知,CO的轉(zhuǎn)化率降低的同時,CH3OCH3的產(chǎn)率在不同溫度下差別大,即說明該反應伴隨著副反應的發(fā)生,B項正確;在280～290℃間,CH3OCH3的產(chǎn)率很高,工業(yè)選擇的較適宜溫度為280～290℃,C項正確;加入催化劑可以改變反應達到平衡的時間,但不能提高CH3OCH3的產(chǎn)率,D項錯誤?！窘馕觥窟xD。由題圖知,隨著溫度升高,CO的轉(zhuǎn)化率降低,所以5.(2020·泰安高二檢測)甲醇是一種重要的試劑,氫氣和二氧化碳在一定條件下可合成甲醇:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),在密閉容器中充入3mol氫氣和1mol二氧化碳,測得混合氣體中甲醇的體積分數(shù)與溫度的關(guān)系如圖A所示:5.(2020·泰安高二檢測)甲醇是一種重要的試劑,氫氣和二試回答下列問題: 世紀金榜導學號(1)該反應是________(填“放熱”或“吸熱”)反應。該反應平衡常數(shù)的表達式是_______________________,為了降低合成甲醇的成本可采用的措施是________________。(任意寫一條合理的建議)

(2)解釋0～T0內(nèi),甲醇的體積分數(shù)變化趨勢:___________________________。

(3)氫氣在Q點的轉(zhuǎn)化率________(填“大于”“小于”或“等于”,下同)氫氣在W點的轉(zhuǎn)化率;其他條件相同,甲醇在Q點的正反應速率________甲醇在M點的正反應速率。

試回答下列問題: 世紀金榜導學號(4)圖B表示氫氣轉(zhuǎn)化率α(H2)與投料比的關(guān)系,請在圖B中畫出兩條變化曲線并標出曲線對應的條件,兩條曲線對應的條件分別為一條曲線對應的壓強是1.01×105Pa;另一條曲線對應的壓強是3.03×105Pa(其他條件相同)。(4)圖B表示氫氣轉(zhuǎn)化率α(H2)與投料比【解析】(1)T0時,升高溫度,甲醇的體積分數(shù)減小,平衡逆向移動,正反應為放熱反應;該反應平衡常數(shù)的表達式為K=,為了降低合成甲醇的成本,應該盡可能的使平衡向右移動,可采用的措施有增加CO2的充入量等;(2)溫度低于T0時,反應未達到平衡,反應正向進行,使甲醇的體積分數(shù)逐漸增大;(3)溫度低于T0時,反應未達到平衡,反應正向進行,氫氣在Q點的轉(zhuǎn)化率小于平衡時的轉(zhuǎn)化率,W點達到平衡,因此氫氣在Q點的轉(zhuǎn)化率小于W點的轉(zhuǎn)化率;平衡之前,甲醇的正反應速率逐漸增大,甲醇在Q點的正反應速率小于W點的反應速率,升高溫度,反應速率增大,甲醇在M點的正反應速率大于W點,因此甲醇在Q點的正反應速率小于在M點的正反應速率;【解析】(1)T0時,升高溫度,甲醇的體積分數(shù)減小,平衡逆向(4)根據(jù)方程式,增大壓強,平衡正向移動,氫氣轉(zhuǎn)化率α(H2)增大,增大投料比,氫氣轉(zhuǎn)化率α(H2)減小,畫出相應曲線。答案:(1)放熱K=增加CO2的充入量(2)溫度低于T0時,反應未達到平衡,反應正向進行,使甲醇的體積分數(shù)逐漸增大(3)小于小于(4)根據(jù)方程式,增大壓強,平衡正向移動,氫氣轉(zhuǎn)化率α(H2(4)

(4)課題任務:丙烯腈生產(chǎn)條件的選擇【情境創(chuàng)設】聚丙烯腈纖維(腈綸)廣泛用來代替羊毛,或與羊毛混紡制成毛織物等,可代替部分羊毛制作毛毯和地毯等織物,因此俗稱人造羊毛。合成聚丙烯腈的單體是丙烯腈,丙烯腈是一種重要的有機合成單體,是多種有機高聚物的原料。課題探究·素養(yǎng)提升課題任務:丙烯腈生產(chǎn)條件的選擇課題探究·素養(yǎng)提升目前,工業(yè)上合成丙烯腈的主要方法是丙烯氨氧化法。主要分兩步進行:(1)丙烷脫氫制丙烯;(2)丙烯氨氧化生成丙烯腈。目前,工業(yè)上合成丙烯腈的主要方法是丙烯氨氧化法。主要分兩步進【素養(yǎng)解讀】1.核心素養(yǎng):(1)變化觀念與平衡思想:認識化學變化有一定限度、速率,是可以調(diào)控的。能多角度、動態(tài)地分析化學變化,運用化學反應原理解決簡單的實際問題。(2)證據(jù)推理與模型認知:建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系。通過分析、推理等方法認識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系,建立認知模型,并能運用模型解釋化學現(xiàn)象,揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律?！舅仞B(yǎng)解讀】2.素養(yǎng)目標:通過丙烯腈生產(chǎn)條件的選擇,了解化學反應方向、限度、速率在化學生產(chǎn)中的應用。2.素養(yǎng)目標:【素養(yǎng)探究】【探究一】丙烷脫氫制丙烯反應的研究1.丙烷脫氫制丙烯時可能發(fā)生的反應如下:主反應:①C3H8(g)====C3H6(g)+H2(g)

ΔH=+125kJ·mol-1副反應:②C3H8(g)====C2H4(g)+CH4(g)

ΔH=+81kJ·mol-1③C2H4(g)+H2(g)====C2H6(g)

ΔH=-137kJ·mol-1④C3H8(g)+H2(g)====C2H6(g)+CH4(g)

ΔH=-56kJ·mol-1【素養(yǎng)探究】(1)分析主反應和副反應正向能否自發(fā)進行。提示:根據(jù)ΔH-TΔS可以判斷,升高溫度有利于主反應和副反應②的自發(fā)進行,而降溫有利于副反應③和④的自發(fā)進行。(1)分析主反應和副反應正向能否自發(fā)進行。(2)工業(yè)生產(chǎn)中通常采用在反應體系中通入一定量的水蒸氣,實驗測得,常壓下丙烷脫氫的平衡轉(zhuǎn)化率y%與溫度T、水烴比M的關(guān)系如圖:(2)工業(yè)生產(chǎn)中通常采用在反應體系中通入一定量的水蒸氣,實驗①從圖中可以得出什么結(jié)論?提示:從圖中的變化趨勢,可以得出:相同溫度下,水烴比M越大,丙烷的平衡轉(zhuǎn)化率越高;水烴比M一定時,溫度越高,丙烷的平衡轉(zhuǎn)化率越高。②在實際的工業(yè)生產(chǎn)中應怎樣利用上述結(jié)論?提示:可以向體系中通入高溫水蒸氣的方式來提高丙烷的轉(zhuǎn)化率。①從圖中可以得出什么結(jié)論?2.研究發(fā)現(xiàn),隨溫度的升高,丙烷的平衡轉(zhuǎn)化率提高,但是丙烯的產(chǎn)率卻降低,原因可能是丙烷裂解加劇,從而使丙烯的選擇性降低,同時生成單質(zhì)碳附著在催化劑表面而失活。通常,工業(yè)上采用向體系中加入氧化劑——氧氣或二氧化碳的方式解決此問題。請你分析引入氧化劑CO2時,對丙烷脫氫制丙烯有何影響?(注:CO2(g)+H2(g)====CO(g)+H2O(g)

ΔH=-41kJ·mol-1)2.研究發(fā)現(xiàn),隨溫度的升高,丙烷的平衡轉(zhuǎn)化率提高,但是丙烯的提示:(1)通入CO2后會與體系內(nèi)的H2發(fā)生反應,從而降低氫氣的濃度,有利于提高主反應的平衡轉(zhuǎn)化率;(2)在高溫下CO2可以與催化劑表面的碳反應,有利于催化劑活性的保持;(3)CO2與H2的反應為放熱反應,有利于降低能耗。提示:(1)通入CO2后會與體系內(nèi)的H2發(fā)生反應,從而降低氫【探究二】探究丙烯氨氧化法制丙烯腈工業(yè)上可用“丙烯氨氧化法”生產(chǎn),主要副產(chǎn)物有丙烯醛(CH2＝CHCHO)和乙腈(CH3CN)。反應如下:①C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)====C3H3N(g)+3H2O(g)

ΔH=-515kJ·mol-1②C3H6(g)+O2(g)====C3H4O(g)+H2O(g)

ΔH=-353kJ·mol-11.兩個反應在熱力學上趨勢均很大,分析其原因。分析有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應條件有哪些?【探究二】探究丙烯氨氧化法制丙烯腈提示:因為兩個反應均為放熱量大的反應,所以熱力學趨勢大;反應①為氣體體積增大的放熱反應,所以降低溫度、降低壓強有利于反應正向進行,從而提高丙烯腈的平衡產(chǎn)率。提示:因為兩個反應均為放熱量大的反應,所以熱力學趨勢大;反應2.下圖為丙烯腈產(chǎn)率與反應溫度的關(guān)系曲線,分析丙烯腈的產(chǎn)率隨溫度變化的原因。2.下圖為丙烯腈產(chǎn)率與反應溫度的關(guān)系曲線,分析丙烯腈的產(chǎn)率隨提示:因為該反應為放熱反應,平衡產(chǎn)率應隨溫度升高而降低,反應剛開始進行,尚未達到平衡狀態(tài),460℃以前是建立平衡的過程,所以隨溫度的升高,丙烯腈的產(chǎn)率逐漸升高;高于460℃時,丙烯腈產(chǎn)率降低。原因可能有:①反應放熱,平衡產(chǎn)率應隨溫度升高而降低;②催化劑在一定溫度范圍內(nèi)活性較高,若溫度過高,活性降低;③根據(jù)題意,副產(chǎn)物有丙烯醛,副反應增多導致產(chǎn)率下降。提示:因為該反應為放熱反應,平衡產(chǎn)率應隨溫度升高而降低,反應3.丙烯腈和丙烯醛的產(chǎn)率與n(氨)/n(丙烯)的關(guān)系如圖所示。3.丙烯腈和丙烯醛的產(chǎn)率與n(氨)/n(丙烯)的關(guān)系如圖所示請分析最佳n(氨)/n(丙烯)約為多少?簡述理由。提示:根據(jù)圖象可知,當n(氨)/n(丙烯)約為1.0時,該比例下丙烯腈產(chǎn)率最高,而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低。請分析最佳n(氨)/n(丙烯)約為多少?簡述理由?！咎骄咳俊具w移應用】1.分析丙烯腈的生產(chǎn)過程中提高丙烯腈反應選擇性的關(guān)鍵因素是什么?提示:催化劑。由于主反應①為氣體體積增大的放熱反應,副反應②為氣體體積不變的放熱反應,因此溫度和壓強的改變無法對這兩個反應區(qū)分,只能通過催化劑來提高丙烯腈的選擇性。2.分析工業(yè)生產(chǎn)丙烯腈時最佳的進料氣氨、丙烯、空氣的理論體積比是多少?提示:根據(jù)化學反應C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)====C3H3N(g)+3H2O(g),氨、丙烯、氧氣按2∶2∶3的體積比加入反應達到最佳狀態(tài),而空氣中氧氣約占20%,所以進料氣氨、丙烯、空氣的理論體積約為2∶2∶15,即1∶1∶7.5?！咎骄咳俊具w移應用】【素養(yǎng)評價】1.變化觀念與平衡思想——水平1:能根據(jù)觀察和實驗獲得的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)概括化學變化發(fā)生的條件、特征與規(guī)律。2.變化觀念與平衡思想——水平3:認識反應條件對化學反應速率和化學平衡的影響,能運用化學反應原理分析影響化學變化的因素。3.證據(jù)推理與模型認知——水平3:能從定性與定量結(jié)合上收集證據(jù),能通過定性分析和定量計算推出合理的結(jié)論。4.證據(jù)推理與模型認知——水平4:能對復雜的化學問題情境中的關(guān)鍵要素進行分析以建構(gòu)相應的模型,能選擇不同模型綜合解釋或解決復雜的化學問題。【素養(yǎng)評價】5.變化觀念與平衡思想——水平1:能根據(jù)觀察和實驗獲得的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)概括化學變化發(fā)生的條件、特征與規(guī)律。6.變化觀念與平衡思想——水平3:認識反應條件對化學反應速率和化學平衡的影響,能運用化學反應原理分析影響化學變化的因素。7.證據(jù)推理與模型認知——水平3:能從定性與定量結(jié)合上收集證據(jù),能通過定性分析和定量計算推出合理的結(jié)論。8.科學態(tài)度與社會責任——水平3:依據(jù)實際條件并運用所學的化學知識和方法解決生產(chǎn)、生活中簡單的化學問題。5.變化觀念與平衡思想——水平1:能根據(jù)觀察和實驗獲得的現(xiàn)象微項目探討如何利用工業(yè)廢氣中的二氧化碳合成甲醇——化學反應選擇與反應條件優(yōu)化微項目探討如何利用工業(yè)廢氣中的二氧化碳合成甲醇1.化學反應方向的判據(jù)(1)焓判據(jù):放熱過程中體系能量_____,ΔH__0,具有自發(fā)進行的傾向,但有些吸熱反應也可以自發(fā)進行,故只用焓變判斷反應方向不全面。(2)熵判據(jù):體系的混亂度_____,即熵增,ΔS>0,反應有自發(fā)進行的傾向,但有些熵減的過程也可能自發(fā)進行,故只用熵變來判斷反應方向也不全面。必備知識·素養(yǎng)奠基降低<增加1.化學反應方向的判據(jù)必備知識·素養(yǎng)奠基降低<增加(3)復合判據(jù)(3)復合判據(jù)2.外界條件對化學平衡的影響若其他條件不變,改變下列條件對化學平衡的影響如下:條件的改變(其他條件不變)化學平衡的移動濃度增大反應物濃度或減小生成物濃度向_______方向移動減小反應物濃度或增大生成物濃度向_______方向移動正反應逆反應2.外界條件對化學平衡的影響條件的改變(其他條件不變)化學平條件的改變(其他條件不變)化學平衡的移動壓強(對有氣體存在的反應)反應前后氣體分子數(shù)改變增大壓強向_____________的方向移動減小壓強向_____________的方向移動反應前后氣體分子數(shù)不變改變壓強___________溫度升高溫度向_____反應方向移動降低溫度向_____反應方向移動催化劑使用催化劑___________氣體體積減小氣體體積增大平衡不移動吸熱放熱平衡不移動條件的改變(其他條件不變)化學平衡的移動壓強(對有反應前后氣3.外界因素對化學反應速率的影響影響因素影響結(jié)果(其他條件不變)濃度固體或純液體濃度為常數(shù),增加反應物的量,反應速率_____(固體物質(zhì)的表面積影響反應速率)氣體或溶液增大反應物的濃度,反應速率_____溫度升溫反應速率_____降溫反應速率_____催化劑使用催化劑能同時同倍改變正、逆反應的速率不變加快加快減慢3.外界因素對化學反應速率的影響影響因素影響結(jié)果(其他條件不影響因素影響結(jié)果(其他條件不變)壓強加壓(縮小體積)對有氣體參加的反應,正、逆反應速率均_____減壓(擴大體積)對有氣體參加的反應,正、逆反應速率均_____加快減小影響因素影響結(jié)果(其他條件不變)壓強加壓對有氣體參加的反應,【情境·思考】自從2019年6月以來,北半球正在遭遇一場破紀錄的高溫。就連原本寒冷的北極地區(qū)也遭遇了100多場野火的肆虐。全球變暖的罪魁禍首是工業(yè)廢氣中CO2的排放,因此有關(guān)CO2的綜合利用越來越受到人們的關(guān)注。而甲醇是一種重要的化工原料,廣泛用于有機合成、醫(yī)藥、農(nóng)藥、燃料、高分子等領(lǐng)域。而且甲醇是一種重要的清潔燃料?！厩榫场に伎肌咳绻肅O2來合成甲醇,從元素守恒角度分析應該需要哪種元素?請你寫出一個制取甲醇的化學方程式。提示:需要氫元素,CO2+3H2====CH3OH+H2O。如果用CO2來合成甲醇,從元素守恒角度分析應該需要哪種元素?關(guān)鍵能力·素養(yǎng)形成項目活動1:選擇合適的化學反應利用CO2合成甲醇,如果選取水或氫氣作為氫源,反應如下:①CO2(g)+3H2(g)====CH3OH(g)+H2O(g)②CO2(g)+2H2O(g)====CH3OH(g)+O2(g)上述兩個反應在常溫常壓下的焓變和熵變?nèi)缦?反應ΔH/(kJ·mol-1)ΔS/(J·mol-1·K-1)①-48.97-177.16②+676.48-43.87關(guān)鍵能力·素養(yǎng)形成項目活動1:選擇合適的化學反應反應ΔH/(【活動探究】1.分析判斷利用CO2合成甲醇的兩個反應能否正向自發(fā)進行,應選用哪個反應合成甲醇?提示:反應①的ΔH<0,ΔS<0,因此在低溫時ΔH-TΔS<0,反應正向自發(fā)進行。反應②的ΔH>0,ΔS<0,因此在任何溫度下ΔH-TΔS均不能為負值,反應正向不能自發(fā)進行。因此應選用反應①合成甲醇?！净顒犹骄俊?.在利用反應①合成甲醇時,可能會伴隨如下副反應:CO2(g)+H2(g)====CO(g)+H2O(g)ΔH=+41.17kJ·mol-1

ΔS=+42.08J·mol-1·K-1。判斷此反應能否正向自發(fā)進行。提示:由于此反應ΔH>0,ΔS>0,因此在高溫時ΔH-TΔS<0,反應正向自發(fā)進行。2.在利用反應①合成甲醇時,可能會伴隨如下副反應:【思考討論】(1)判斷反應①的正向自發(fā)進行的最高溫度為多少?提示:276.42K。ΔH-TΔS<0反應才能自發(fā)進行,因此有-48.97kJ·mol-1-T×(-177.16×10-3kJ·mol-1·K-1)<0,解得T<276.42K。因此反應在溫度低于276.42K時反應正向自發(fā)進行。(2)判斷反應①的副反應正向自發(fā)進行的最低溫度為多少?提示:978.37K。ΔH-TΔS<0反應才能自發(fā)進行,因此有+41.17kJ·mol-1-T×(+42.08×10-3kJ·mol-1·K-1)<0,解得T>978.37K。因此反應在溫度高于978.37K時正向自發(fā)進行?！舅伎加懻摗俊咎骄靠偨Y(jié)】反應能否自發(fā)進行的判斷方法(1)當ΔH<0,ΔS>0時,反應正向一定能自發(fā)進行。(2)當ΔH>0,ΔS<0時,反應正向一定不能自發(fā)進行。(3)當ΔH<0,ΔS<0時,在低溫下反應正向能自發(fā)進行。(4)當ΔH>0,ΔS>0時,在高溫下反應正向能自發(fā)進行?！咎骄靠偨Y(jié)】【遷移應用】1.(2020·銀川高二檢測)用釕的配合物作催化劑,一定條件下可直接光催化分解CO2發(fā)生反應:2CO2(g)2CO(g)+O2(g)。下列有關(guān)焓變與熵變說法不正確的是 (

)A.該反應的ΔS>0B.該反應的ΔH<0C.該反應的逆反應在一定條件下也能自發(fā)進行D.該反應的熵變效應大于焓變效應催化劑====【遷移應用】催化劑====【解析】選B。該反應是一個氣體分子數(shù)增多的反應,也就是一個熵增的反應,A正確。該反應是分解反應,且該反應的逆反應是CO的燃燒,是放熱反應,所以該反應是吸熱反應,B錯誤。雖然該反應的逆反應是熵減反應,但反應放熱,一定條件下可以自發(fā)進行,C正確。該反應ΔS>0,ΔH>0,能自發(fā)進行說明熵變的影響大于焓變,D正確?！窘馕觥窟xB。該反應是一個氣體分子數(shù)增多的反應,也就是一個熵2.(2020·濮陽高二檢測)下列說法不正確的是 (

)A.Na與H2O的反應是熵增的放熱反應,該反應能自發(fā)進行B.某吸熱反應能自發(fā)進行,因此該反應是熵增反應C.(NH4)2CO3在室溫下就能自發(fā)的分解,說明該反應的ΔS<0D.2NO(g)+2CO(g)====N2(g)+2CO2(g)常溫下能自發(fā)進行,說明該反應的ΔH<0【解析】選C。(NH4)2CO3====2NH3↑+CO2↑+H2O為ΔS>0的反應。2.(2020·濮陽高二檢測)下列說法不正確的是 ()3.(2020·吳忠高二檢測)下列對化學反應預測正確的是(

)選項化學反應方程式已知條件預測AM(s)====X(g)+Y(s)ΔH>0它是非自發(fā)反應BW(s)+xG(g)====2Q(g)ΔH<0,自發(fā)反應x可能等于1、2、3C4X(g)+5Y(g)====4W(g)+6G(g)能自發(fā)反應ΔH一定小于0D4M(s)+N(g)+2W(l)====4Q(s)常溫下,自發(fā)進行ΔH>03.(2020·吳忠高二檢測)下列對化學反應預測正確的是(【解析】選B。A項,ΔH>0,ΔS>0,高溫下該反應能自發(fā)進行;C項,該反應ΔS>0,若使ΔH-TΔS<0,ΔH可能大于0也可能小于0;D項,該反應ΔS<0,若常溫下自發(fā)進行,則ΔH<0才能使ΔH-TΔS<0?！窘馕觥窟xB。A項,ΔH>0,ΔS>0,高溫下該反應能自發(fā)進項目活動2:選擇適宜的反應條件通過上述的分析可以通過反應①利用二氧化碳和氫氣合成甲醇,反應如下CO2(g)+3H2(g)====CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH=-48.97kJ·mol-1。【活動探究】1.利用所學知識分析如何提高反應的速率和甲醇的產(chǎn)率?提示:提高CO2和H2的濃度、加壓、升高溫度,使用催化劑均可以加快反應的速率。從化學平衡角度提高CO2和H2的濃度、降低CH3OH和H2O的濃度、加壓、降低溫度均有利于化學平衡向右移動,能夠提高甲醇的產(chǎn)率。項目活動2:選擇適宜的反應條件2.在一定條件下測得不同的H2和CO2投料比體系中甲醇的產(chǎn)率如下:

不同n(H2)∶n(CO2)對反應的影響注:α為轉(zhuǎn)化率,φ為產(chǎn)率,反應條件為溫度553K、總壓2MPa,無催化劑。n(H2)∶n(CO2)2357α(CO2)/%11.6313.6815.9318.71φ(CH3OH)/%3.044.125.266.932.在一定條件下測得不同的H2和CO2投料比體系中甲醇的產(chǎn)率從上述數(shù)據(jù)中你能得到什么結(jié)論?提示:從上述表格中能夠得到的結(jié)論是增大氫氣的比例可以提高CO2的轉(zhuǎn)化率和甲醇的產(chǎn)率。從上述數(shù)據(jù)中你能得到什么結(jié)論?3.下圖分別是壓強和溫度對反應①中甲醇產(chǎn)率的影響。3.下圖分別是壓強和溫度對反應①中甲醇產(chǎn)率的影響。(1)在實際生產(chǎn)中是不是壓強越大越好?提示:不是。要考慮生產(chǎn)的實際,選擇合適的壓強,如動力和設備的承受力等方面。(2)請分析甲醇的產(chǎn)率在溫度為523K時最高的原因。提示:在523K之前,隨溫度的升高反應速率加快,使甲醇產(chǎn)率增大;超過523K時,甲醇的產(chǎn)率降低的原因可能是催化劑的活性降低、副反應的發(fā)生等。(1)在實際生產(chǎn)中是不是壓強越大越好?4.下圖是不同的催化劑組成對甲醇產(chǎn)率的影響和選擇性的影響。催化劑組成改變對甲醇產(chǎn)率和選擇性的影響組成CuO/(wt.%)ZnO/(wt.%)Al2O3/(wt.%)ZrO2/(wt.%)MnO/(wt.%)φ(CH3OH)/[g·(kg-催化劑)-1·h-1]選擇性/%CuO/ZnO/Al2O365.826.37.9007840CuO/ZnO/ZrO262.425.0012.609688CuO/ZnO/ZrO2/MnO65.826.603.6488100CuO/ZnO/ZrO2/MnO65.826.605.62138914.下圖是不同的催化劑組成對甲醇產(chǎn)率的影響和選擇性的影響。組注:反應條件為n(H2)∶n(CO2)=3,溫度553K,總壓4MPa;wt.%:重量百分含量;選擇性:生成甲醇的二氧化碳在全部二氧化碳反應物中所占比例。從表格中的數(shù)據(jù)能得出什么結(jié)論?提示:改變催化劑的組成,可以有效地提高甲醇的產(chǎn)率和選擇性。注:反應條件為n(H2)∶n(CO2)=3,溫度553K,【思考討論】(1)壓強的改變對反應①的副反應有何影響?提示:從速率角度看,壓強的改變會改變其反應速率;但是由于此反應前后氣體的系數(shù)相等,因此壓強的改變對平衡沒有影響。(2)在實際生產(chǎn)中適宜溫度的選擇原則是什么?提示:在實際生產(chǎn)中溫度的選擇要考慮催化劑的催化活性,要使催化劑的活性最大?！舅伎加懻摗俊咎骄靠偨Y(jié)】化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則條件原則從化學反應速率分析既不能過快,又不能太慢從化學平衡移動分析既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性,又要注意二者影響的矛盾性從原料的利用率分析增加易得廉價原料,提高難得高價原料的利用率,從而降低生產(chǎn)成本從實際生產(chǎn)能力分析如設備承受高溫、高壓能力等從催化劑的使用活性分析注意催化劑的活性對溫度的限制【探究總結(jié)】條件原則從化學反應速率分析既不能過快,又不能太慢【遷移應用】1.(2020·昆明高二檢測)低溫脫硝技術(shù)可用于處理廢氣中的氮氧化物,發(fā)生的化學反應為2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+3H2O(g)

ΔH<0。在恒容的密閉容器中,下列有關(guān)說法正確的是 (

)A.平衡時,其他條件不變,升高溫度可使該反應的平衡常數(shù)增大B.平衡時,其他條件不變,增加NH3的濃度,廢氣中氮氧化物的轉(zhuǎn)化率減小C.單位時間內(nèi)消耗NO和N2的物質(zhì)的量比為1∶2時,反應達到平衡D.其他條件不變,使用高效催化劑,廢氣中氮氧化物的轉(zhuǎn)化率增大【遷移應用】【解析】選C。由于該反應為放熱反應,升高溫度時,平衡左移,該反應的平衡常數(shù)減小,A錯;增大一種反應物的濃度,自身的轉(zhuǎn)化率降低,而另外反應物的轉(zhuǎn)化率增大,B錯;單位時間內(nèi)消耗NO和N2的物質(zhì)的量之比為1∶2時,說明v正=v逆,反應達到平衡,C正確;催化劑只能改變反應速率,不能使平衡發(fā)生移動,即不能改變轉(zhuǎn)化率,D錯?！窘馕觥窟xC。由于該反應為放熱反應,升高溫度時,平衡左移,該2.(2020·晉江高二檢測)在催化劑作用下,用乙醇制乙烯,乙醇轉(zhuǎn)化率和乙烯選擇性(生成乙烯的物質(zhì)的量與乙醇轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量的比值)隨溫度、乙醇進料量(單位:mL·min-1)的關(guān)系如圖所示(保持其他條件相同)。2.(2020·晉江高二檢測)在催化劑作用下,用乙醇制乙烯,在410～440℃溫度范圍內(nèi),下列說法不正確的是 (

)A.當乙醇進料量一定時,隨乙醇轉(zhuǎn)化率增大,乙烯選擇性升高B.當乙醇進料量一定時,隨溫度的升高,乙烯選擇性不一定增大C.當溫度一定時,隨乙醇進料量增大,乙醇轉(zhuǎn)化率減小D.當溫度一定時,隨乙醇進料量增大,乙烯選擇性增大在410～440℃溫度范圍內(nèi),下列說法不正確的是 ()【解析】選A。根據(jù)圖象,當乙醇進料量一定時,隨乙醇轉(zhuǎn)化率增大,乙烯選擇性逐漸升高,但達到一定溫度后,乙烯選擇性都逐漸降低,故A項錯誤、B項正確;根據(jù)題中第一個圖,當溫度一定時,隨乙醇進料量增大,乙醇轉(zhuǎn)化率減小,故C項正確;根據(jù)題中第二個圖,當溫度一定時,隨乙醇進料量增大,乙烯選擇性增大,故D項正確?！窘馕觥窟xA。根據(jù)圖象,當乙醇進料量一定時,隨乙醇轉(zhuǎn)化率增大3.(2020·東城區(qū)高二檢測)一定條件下,用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化劑對燃煤煙氣進行回收,使SO2轉(zhuǎn)化生成S。催化劑不同,相同其他條件(濃度、溫度、壓強)情況下,相同時間內(nèi)SO2的轉(zhuǎn)化率隨反應溫度的變化如圖,下列說法不正確的是(

)3.(2020·東城區(qū)高二檢測)一定條件下,用Fe2O3、NA.不考慮催化劑價格因素,選擇Fe2O3作催化劑可以節(jié)約能源B.相同其他條件下,選擇Cr2O3作催化劑,SO2的平衡轉(zhuǎn)化率最小C.a點后SO2的轉(zhuǎn)化率減小的原因可能是溫度升高,催化劑活性降低了D.選擇Fe2O3作催化劑,最適宜溫度為340～380℃溫度范圍A.不考慮催化劑價格因素,選擇Fe2O3作催化劑可以節(jié)約能源【解析】選B。根據(jù)圖象可知,當溫度在340℃時,在Fe2O3作催化劑條件下,反應先達到平衡,SO2的平衡轉(zhuǎn)化率最大,A正確;相同其他條件下在260℃、300℃時,選擇Cr2O3作催化劑,SO2的轉(zhuǎn)化率均不是最小的,B錯誤;催化劑催化能力需要維持在一定的溫度下,溫度太高,催化劑活性可能會降低,C正確;340～380℃溫度范圍內(nèi),Fe2O3的催化能力最大,二氧化硫的轉(zhuǎn)化率也是最大,反應速率最快,D正確。【解析】選B。根據(jù)圖象可知,當溫度在340℃時,在Fe2O課堂檢測·素養(yǎng)達標1.(2020·濰坊高二檢測)下列有關(guān)化學反應方向及其判據(jù)的說法中正確的是(

)A.非自發(fā)反應就是不可能發(fā)生的反應,自發(fā)反應就是能較快進行的反應B.高溫、高壓下可以使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石是自發(fā)的化學反應C.由能量判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復合判據(jù)適合于所有的反應D.反應NH3(g)+HCl(g)====NH4Cl(s)在低溫下能自發(fā)進行,說明該反應的ΔH>0課堂檢測·素養(yǎng)達標1.(2020·濰坊高二檢測)下列有關(guān)化學【解析】選C。A項,非自發(fā)反應在一定條件下也能發(fā)生,自發(fā)反應進行的也不一定較快,錯誤;B項,石墨轉(zhuǎn)化為金剛石,ΔH>0,該反應是非自發(fā)進行的化學反應,錯誤;C項,能量判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復合判據(jù),只要ΔH-TΔS<0,反應就可以自發(fā)進行,若ΔH-TΔS>0,反應就不能自發(fā)進行,正確;D項,反應NH3(g)+HCl(g)====NH4Cl(s)在低溫下能自發(fā)進行,ΔH-TΔS<0,從化學方程式知TΔS<0,說明ΔH<0,錯誤?！窘馕觥窟xC。A項,非自發(fā)反應在一定條件下也能發(fā)生,自發(fā)反應【補償訓練】(2020·鹽城高二檢測)將煤氣化后所得的重要產(chǎn)品之一是甲醇。其制備反應:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

ΔH<0。為了增加甲醇的產(chǎn)量,同時保證較高的生產(chǎn)效率。工廠應采取的正確措施是 (

)A.高溫、高壓B.適宜溫度、高壓、催化劑C.低溫、低壓、不斷分離出甲醇D.低溫、高壓、催化劑【補償訓練】【解析】選B。ΔH<0表明此反應為放熱反應,不能加太高的溫度但溫度不能太低,溫度太低反應速率太低;正反應方向是氣體體積減小的方向,所以可以加壓使化學平衡正向移動;另外選擇合適的催化劑加快反應速率?！窘馕觥窟xB。ΔH<0表明此反應為放熱反應,不能加太高的溫度2.(2020·佛山高二檢測)以甲醇為原料在一定條件下合成乙烯,2CH3OH(g)C2H4(g)+2H2O(g)。某研究小組將甲醇蒸氣以一定的流速持續(xù)通過相同量的同種催化劑,不同溫度得到如下圖象,則下列結(jié)論不正確的是 世紀金榜導學號(

)2.(2020·佛山高二檢測)以甲醇為原料在一定條件下合成乙A.一段時間后甲醇反應率下降可能是催化劑活性下降B.綜合圖1、圖2可知,甲醇還發(fā)生了其他反應C.若改變甲醇蒸氣的流速,不會影響甲醇反應率和乙烯產(chǎn)率D.制乙烯比較適宜的溫度是450℃左右【解析】選C。催化劑活性是受溫度影響的,溫度太高,催化劑會失去活性,故A正確;根據(jù)2CH3OH(g)C2H4(g)+2H2O(g),由圖1知450℃時甲醇的反應速率比400℃快,圖2450℃C2H4(g)的產(chǎn)率低于400℃的產(chǎn)率,所以有其他反應發(fā)生,故B正確;若改變甲醇蒸氣的流速,甲醇反應率和乙烯產(chǎn)率都將改變,故C錯;由圖2知450℃左右制乙烯產(chǎn)率比較高,故D正確。A.一段時間后甲醇反應率下降可能是催化劑活性下降3.(2020·寧波高二檢測)工業(yè)上主要利用碳熱還原重晶石制得硫化鋇,進而生產(chǎn)各種鋇化合物。如圖為不同反應溫度下,實驗中碳熱還原硫酸鋇反應體系的平衡組成隨反應溫度的變化關(guān)系。下列說法正確的是 (

)3.(2020·寧波高二檢測)工業(yè)上主要利用碳熱還原重晶石制A.約150℃,體系中開始出現(xiàn)BaS,說明溫度越高反應速率越快B.400℃時發(fā)生的化學反應方程式:BaSO4+2CBaS+2CO2↑C.CO一定無法還原重晶石D.溫度高于400℃后,硫酸鋇才能轉(zhuǎn)化為BaS△====A.約150℃,體系中開始出現(xiàn)BaS,說明溫度越高反應速率【解析】選B。根據(jù)圖象,約在150℃時,體系中開始出現(xiàn)BaS,說明反應在150℃開始反應,不能說明溫度越高反應速率越快,故A錯誤;根據(jù)圖象在400℃時BaSO4物質(zhì)的量分數(shù)為0,C的物質(zhì)的量百分數(shù)減小,BaS物質(zhì)的量百分數(shù)增大,CO2的物質(zhì)的量分數(shù)增大,因此400℃時發(fā)生反應的反應物是BaSO4和C,生成物是CO2和BaS,反應方程式為BaSO4+2CBaS+2CO2↑,故B正確;根據(jù)圖象400℃時,CO的物質(zhì)的量分數(shù)為0,結(jié)合加熱時C與CO2反應生成CO,則CO能還原BaSO4,故C錯誤;根據(jù)圖象,在150℃左右BaSO4轉(zhuǎn)化成BaS,故D錯誤?！?===【解析】選B。根據(jù)圖象,約在150℃時,體系中開始出現(xiàn)Ba4.(2020·長沙高二檢測)在一定條件下探究二甲醚的制備反應為2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

ΔH,測定結(jié)果如圖所示。下列判斷錯誤的是(

)4.(2020·長沙高二檢測)在一定條件下探究二甲醚的制備反A.該反應的ΔH<0B.該反應伴隨著副反應的發(fā)生C.工業(yè)選擇的較適宜溫度為280～290℃D.加入催化劑可以提高CH3OCH3的產(chǎn)率A.該反應的ΔH<0【解析】選D。由題圖知,隨著溫度升高,CO的轉(zhuǎn)化率降低,所以升高溫度,平衡逆向移動,則該反應是放熱反應,ΔH<0,A項正確;從圖中可知,CO的轉(zhuǎn)化率降低的同時,CH3OCH3的產(chǎn)率在不同溫度下差別大,即說明該反應伴隨著副反應的發(fā)生,B項正確;在280～290℃間,CH3OCH3的產(chǎn)率很高,工業(yè)選擇的較適宜溫度為280～290℃,C項正確;加入催化劑可以改變反應達到平衡的時間,但不能提高CH3OCH3的產(chǎn)率,D項錯誤?！窘馕觥窟xD。由題圖知,隨著溫度升高,CO的轉(zhuǎn)化率降低,所以5.(2020·泰安高二檢測)甲醇是一種重要的試劑,氫氣和二氧化碳在一定條件下可合成甲醇:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),在密閉容器中充入3mol氫氣和1mol二氧化碳,測得混合氣體中甲醇的體積分數(shù)與溫度的關(guān)系如圖A所示:5.(2020·泰安高二檢測)甲醇是一種重要的試劑,氫氣和二試回答下列問題: 世紀金榜導學號(1)該反應是________(填“放熱”或“吸熱”)反應。該反應平衡常數(shù)的表達式是_______________________,為了降低合成甲醇的成本可采用的措施是________________。(任意寫一條合理的建議)

(2)解釋0～T0內(nèi),甲醇的體積分數(shù)變化趨勢:___________________________。

(3)氫氣在Q點的轉(zhuǎn)化率________(填“大于”“小于”或“等于”,下同)氫氣在W點的轉(zhuǎn)化率;其他條件相同,甲醇在Q點的正反應速率________甲醇在M點的正反應速率。

試回答下列問題: 世紀金榜導學號(4)圖B表示氫氣轉(zhuǎn)化率α(H2)與投料比的關(guān)系,請在圖B中畫出兩條變化曲線并標出曲線對應的條件,兩條曲線對應的條件分別為一條曲線對應的壓強是1.01×105Pa;另一條曲線對應的壓強是3.03×105Pa(其他條件相同)。(4)圖B表示氫氣轉(zhuǎn)化率α(H2)與投料比【解析】(1)T0時,升高溫度,甲醇的體積分數(shù)減小,平衡逆向移動,正反應為放熱反應;該反應平衡常數(shù)的表達式為K=,為了降低合成甲醇的成本,應該盡可能的使平衡向右移動,可采用的措施有增加CO2的充入量等;(2)溫度低于T0時,反應未達到平衡,反應正向進行,使甲醇的體積分數(shù)逐漸增大;(3)溫度低于T0時,反應未達到平衡,反應正向進行,氫氣在Q點的轉(zhuǎn)化率小于平衡時的轉(zhuǎn)化率,W點達到平衡,因此氫氣在Q點的轉(zhuǎn)化率小于W點的轉(zhuǎn)化率;平衡之前,甲醇的正反應速率逐漸增大,甲醇在Q點的正反應速率小于W點的反應速率,升高溫度,反應速率增大,甲醇在M點的正反應速率大于W點,因此甲醇在Q點的正反應速率小于在M點的正反應速率;【解析】(1)T0時,升高溫度,甲醇的體積分數(shù)減小,平衡逆向(4)根據(jù)方程式,增大壓強,平衡正向移動,氫氣轉(zhuǎn)化率α(H2)增大,增大投料比,氫氣轉(zhuǎn)化率α(H2)減小,畫出相應曲線。答案:(1)放熱K=增加CO2的充入量(2)溫度低于T0時,反應未達到平衡,反應正向進行,使甲醇的體積分數(shù)逐漸增大(3)小于小于(4)根據(jù)方程式,增大壓強,平衡正向移動,氫氣轉(zhuǎn)化率α(H2(4)

(4)課題任務:丙烯腈生產(chǎn)條件的選擇【情境創(chuàng)設】聚丙烯腈纖維(腈綸)廣泛用來代替羊毛,或與羊毛混紡制成毛織物等,可代替部分羊毛制作毛毯和地毯等織物,因此俗稱人造羊毛。合成聚丙烯腈的單體是丙烯腈,丙烯腈是一種重要的有機合成單體,是多種有機高聚物的原料。課題探究·素養(yǎng)提升課題任務:丙烯腈生產(chǎn)條件的選擇課題探究·素養(yǎng)提升目前,工業(yè)上合成丙烯腈的主要方法是丙烯氨氧化法。主要分兩步進行:(1)丙烷脫氫制丙烯;(2)丙烯氨氧化生成丙烯腈。目前,工業(yè)上合成丙烯腈的主要方法是丙烯氨氧化法。主要分兩步進【素養(yǎng)解讀】1.核心素養(yǎng):(1)變化觀