人教版化學(xué)選擇性課件第二章第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控

第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控第二章2021內(nèi)容索引0102課前篇素養(yǎng)初探課堂篇素養(yǎng)提升素養(yǎng)目標(biāo)1.知道如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理,選擇合成氨的適宜條件。2.初步掌握應(yīng)用化學(xué)原理選擇化工生產(chǎn)條件的思想和方法,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任等方面的學(xué)科核心素養(yǎng)。課前篇素養(yǎng)初探[知識鋪墊]合成氨的熱化學(xué)方程式為N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·mol-1,則升高溫度,反應(yīng)速率增大,平衡向逆反應(yīng)方向移動;增大壓強(qiáng),反應(yīng)速率增大,平衡向正反應(yīng)方向移動。[必備知識]一、合成氨反應(yīng)條件的原理分析1.反應(yīng)原理:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·mol-1。2.反應(yīng)特點(diǎn):合

成

氨

反

應(yīng)—可逆性:反應(yīng)為可逆反應(yīng)

—體積變化:正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)

—焓變:ΔH<03.影響因素:(1)增大合成氨反應(yīng)速率的措施:升高溫度、增大壓強(qiáng)、增大反應(yīng)物濃度、使用催化劑等。(2)提高平衡混合氣體中氨的含量措施:降低溫度、增大壓強(qiáng)、增大反應(yīng)物濃度等。二、實(shí)際合成氨工業(yè)中選擇的生產(chǎn)條件1.壓強(qiáng):合成氨廠一般采用的壓強(qiáng)為10MPa~30MPa。

【微思考1】合成氨時壓強(qiáng)越大越好,為何不采用比30

MPa更大的壓強(qiáng)?提示

壓強(qiáng)越大,對材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求也越高,需要的動力也越大,這會加大生產(chǎn)投資,可能降低綜合經(jīng)濟(jì)效益。2.溫度:一般采用的溫度為400~500℃。【微思考2】合成氨采用低溫時可提高轉(zhuǎn)化率,但為何未采用更低的溫度?提示

溫度太低,反應(yīng)速率太小,達(dá)到平衡所需的時間變長,不經(jīng)濟(jì)。另外,合成氨所需的催化劑鐵觸媒的活性在500

℃左右活性最大。3.催化劑:合成氨工業(yè)普遍使用的是以鐵為主體的多成分催化劑,又稱鐵觸媒?！疚⑺伎?】合成氨工業(yè)采用迅速冷卻法,使氣態(tài)氨變?yōu)橐喊焙蠹皶r從混合物中分離出去的目的是什么?提示

使化學(xué)平衡向生成氨的方向移動。[自我檢測]1.正誤判斷(1)合成氨反應(yīng)在高溫下能自發(fā)進(jìn)行。(

)(2)溫度越高越利于合成氨反應(yīng)平衡正向移動。(

)(3)合成氨反應(yīng)中,壓強(qiáng)越大越利于增大反應(yīng)速率和平衡正向移動。(

)(4)使用催化劑能提高合成氨反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率。(

)××√×2.工業(yè)上合成氨一般采用400~500℃的溫度,其原因是(

)①適當(dāng)提高氨的合成速率②提高氫氣的轉(zhuǎn)化率③提高氨的產(chǎn)率④催化劑在500℃時活性最大A.只有① B.①②C.②③④ D.①④答案

D解析

從合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)可知,升高溫度有利于增大反應(yīng)速率,但對提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不利。綜合各方面的因素,選擇500

℃左右的溫度,一是有較大的反應(yīng)速率,二是此溫度下催化劑的活性最大。課堂篇素養(yǎng)提升任務(wù)化工生產(chǎn)反應(yīng)條件的優(yōu)化與選擇[問題探究]在硫酸工業(yè)中,通過下列反應(yīng)使SO2氧化成SO3:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

ΔH=-198kJ·mol-1。(已知催化劑是V2O5,在400~500℃時催化效果最好)下表為不同溫度和壓強(qiáng)下SO2的轉(zhuǎn)化率:溫度轉(zhuǎn)化率1×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450℃97.5%99.2%99.6%99.7%550℃85.6%94.9%97.7%98.3%1.根據(jù)化學(xué)理論和以上數(shù)據(jù)綜合分析,為了使二氧化硫盡可能轉(zhuǎn)化為三氧化硫,可控制的條件是什么?提示

常壓、450

℃、催化劑。2.在實(shí)際生產(chǎn)中,選定400~500℃作為操作溫度,其原因是什么?提示

兼顧速率和平衡,且在此溫度下催化劑的活性最高。3.根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)分析,制取SO3時為什么不采用高壓?提示

在常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率就已經(jīng)很高了(97.5%),若采用高壓,平衡能向右移動,但效果并不明顯,且采用高壓時會增大設(shè)備的成本,得不償失。4.在生產(chǎn)中,通入過量空氣的目的是什么?提示

增大反應(yīng)物O2的濃度,提高SO2的轉(zhuǎn)化率。5.尾氣中的SO2必須回收的目的是什么?提示

防止污染環(huán)境;循環(huán)利用,提高原料的利用率。[深化拓展]工業(yè)生產(chǎn)中選擇適宜生產(chǎn)條件的原則外界條件有利于增大反應(yīng)速率的條件控制有利于平衡正向移動的條件控制綜合分析結(jié)果濃度增大反應(yīng)物的濃度增大反應(yīng)物的濃度、減小生成物的濃度不斷地補(bǔ)充反應(yīng)物、及時地分離出生成物催化劑加合適的催化劑不需要加合適的催化劑外界條件有利于增大反應(yīng)速率的條件控制有利于平衡正向移動的條件控制綜合分析結(jié)果溫度高溫ΔH<0低溫兼顧速率和平衡,考慮催化劑的適宜溫度ΔH>0高溫在設(shè)備條件允許的前提下,盡量采取高溫并考慮催化劑的活性壓強(qiáng)高壓(有氣體參加)反應(yīng)后氣體體積減小的反應(yīng)高壓在設(shè)備條件允許的前提下,盡量采取高壓反應(yīng)后氣體體積增大的反應(yīng)低壓兼顧速率和平衡,選取適宜的壓強(qiáng)[素能應(yīng)用]典例有關(guān)合成氨工業(yè)的說法正確的是(

)A.增大H2的濃度,可提高H2的轉(zhuǎn)化率B.由于氨易液化,N2、H2在實(shí)際生產(chǎn)中會循環(huán)使用,所以總體來說氨的產(chǎn)率很高C.合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在400~500℃,目的是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動D.合成氨廠采用的壓強(qiáng)是10MPa~30MPa,因?yàn)樵搲簭?qiáng)下鐵觸媒的活性最大答案

B解析

A項,增大H2的濃度,H2的轉(zhuǎn)化率減小;C項,溫度控制在400~500

℃主要是為了兼顧速率與平衡,且500

℃左右時催化劑活性最大;D項,壓強(qiáng)采用10

MPa~30

MPa主要是考慮對設(shè)備材料的要求。變式訓(xùn)練1硫酸是一種重要的化工產(chǎn)品,目前主要采用“接觸法”進(jìn)行生產(chǎn)。有關(guān)接觸氧化反應(yīng)2SO2+O22SO3的說法中正確的是(

)A.只要選擇適宜的條件,SO2和O2就能全部轉(zhuǎn)化為SO3B.該反應(yīng)達(dá)到平衡后,反應(yīng)就完全停止了,即正、逆反應(yīng)速率均為零C.在達(dá)到平衡的體系中,充入由18O原子組成的O2后,SO2中18O含量減少,SO3中18O含量增多D.在工業(yè)合成SO3時,要同時考慮反應(yīng)速率和反應(yīng)能達(dá)到的限度兩方面的問題答案

D解析

該反應(yīng)為可逆反應(yīng),SO2和O2不能全部轉(zhuǎn)化為SO3,A錯;達(dá)到平衡后反應(yīng)不停止,正、逆反應(yīng)速率相等,B錯;達(dá)到平衡后充入由18O原子組成的O2,平衡正向移動,SO3中18O含量增多,因?yàn)榉磻?yīng)可逆,SO2中18O含量也增多,C錯。變式訓(xùn)練2有平衡體系:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

ΔH<0。為了增加甲醇(CH3OH)的產(chǎn)量,應(yīng)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D.高溫,高壓,催化劑答案

B解析

該反應(yīng)是一個氣體體積減小的放熱反應(yīng),為增加甲醇的產(chǎn)量,需使平衡正向移動,理論上可采用低溫、高壓的方式,但在實(shí)際生產(chǎn)中還需考慮反應(yīng)速率、設(shè)備承受的壓力及催化劑的活性等因素的影響。

素養(yǎng)脈絡(luò)

隨堂檢測1.利用原料氣在合成塔中合成NH3,為提高N2的轉(zhuǎn)化率所采取的措施是(

)A.高溫B.高壓C.使用催化劑D.增大N2的濃度答案

B解析

合成氨反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng),據(jù)勒夏特列原理可知,高壓利于提高N2的轉(zhuǎn)化率。2.NH3是一種重要的工業(yè)原料。下列關(guān)于合成氨的說法中,不正確的是(

)A.工藝涉及催化技術(shù)B.工藝涉及高溫高壓技術(shù)C.原料之一的氮?dú)鈦碜钥諝釪.從合成塔出來的氣體中,氨的體積分?jǐn)?shù)為100%答案

D解析

合成氨反應(yīng)為可逆反應(yīng),N2和H2的轉(zhuǎn)化率小于100%,則從合成塔出來的氣體中,氨氣的體積分?jǐn)?shù)小于100%。3.在一定條件下,可逆反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(正反應(yīng)是放熱反應(yīng))達(dá)到平衡,當(dāng)單獨(dú)改變下列條件后,有關(guān)敘述錯誤的是(

)A.加催化劑,v(正)、v(逆)都發(fā)生變化且變化的倍數(shù)相等B.加壓,v(正)、v(逆)都增大,且v(正)增大的倍數(shù)大于v(逆)增大的倍數(shù)C.降溫,v(正)、v(逆)都減小,且v(正)減小的倍數(shù)小于v(逆)減小的倍數(shù)D.等容條件下加入氬氣,v(正)、v(逆)都增大,且v(正)增大的倍數(shù)大于v(逆)增大的倍數(shù)答案

D解析

等容條件下加入氬氣,反應(yīng)物和生成物濃度均不變,則v(正)、v(逆)均不發(fā)生變化,且v(正)=v(逆)。4.在硫酸工業(yè)中,通過下列反應(yīng)使SO2轉(zhuǎn)化為SO3:2SO2+O22SO3

ΔH<0,已知常壓下平衡混合氣體中SO3體積分?jǐn)?shù)為91%。試回答:(1)在生產(chǎn)中常用過量的空氣是為了

。

(2)加熱到400~500℃是由于

。

(3)壓強(qiáng)采用

(填“高壓”“加壓”或“常壓”),原因是

。

(4)尾氣中的SO2必須回收,是為了

。

答案

(1)增大氧氣濃度,提高成本