2021_2022学年新教材高中化学第2章化学反应速率与化学平衡第4节化学反应的调控课件新人教版选择性必修1
文档属性
| 名称 | 2021_2022学年新教材高中化学第2章化学反应速率与化学平衡第4节化学反应的调控课件新人教版选择性必修1 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2022-01-10 15:49:01 | ||
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文档简介
(共39张PPT)
第二章 化学反应速率与化学平衡
第四节 化学反应的调控
素养目标
1．知道如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件
2．初步掌握应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法，培养科学态度与社会责任等方面的学科核心素养
学法指导
1．复习外界条件对化学平衡的影响及平衡移动原理等知识
2．对比认识：实际化工生产条件，特别是生产设备等硬件条件能否与理论生产条件相吻合
3．能结合生产投入与效益间的辩证关系，确定化工生产的最佳条件
知识导图
课前 · 新知导学
合成氨反应条件的原理分析
【答案】可逆 减小 ＜
3．影响因素
(1)增大合成氨反应速率的措施：______温度、________压强、________反应物浓度、_____________等。
(2)提高平衡混合气体中氨的含量措施：________温度、________压强、______反应物浓度等。
升高
增大
增大
使用催化剂
降低
增大
增大
1．压强：合成氨厂一般采用的压强为________________。
2．温度：一般采用的温度为________________。
3．催化剂：合成氨工业普遍使用的是以_____为主体的多成分催化剂，又称_________。
10 MPa～30 MPa
实际合成氨工业中选择的生产条件
400～500 ℃
铁
铁触媒
(1)合成氨时压强越大越好，为何不采用比30 MPa更大的压强？
(2)合成氨采用低温时可提高转化率，但为何未采用更低的温度？
(3)合成氨工业采用迅速冷却法，使气态氨变为液氨后及时从混合物中分离出去的目的是什么？
微思考
【答案】(1)压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这会加大生产投资，可能降低综合经济效益。
(2)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 ℃左右活性最大。
(3)使化学平衡向生成氨的方向移动。
正误判断。(对的打“√”，错的打“×”)
(1)合成氨反应在高温下能自发进行。 ( )
(2)温度越高越利于合成氨反应平衡正向移动。 ( )
(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反应物的平衡转化率。 ( )
【答案】(1)× (2)× (3)√ (4)×
课堂 · 素养初培
任务 工业上选择适宜生产条件的原则
素养探源 核心素养 考查途径
变化观念与平衡思想 科学态度与社会责任 本节内容是化学与社会实践有机结合的重要部分，既要用到理论知识，又要结合生产实际。这也是高考命题的重要命题点，近几年在这部分的体现越来越明显，可以用简单选择题形式考查，也可以融合在化学原理题中综合考查
[情境导入]
自1784年发现氨以后，人们一直在研究如何利用化学方法由氮气和氢气合成氨，但直到1913年才实现了合成氨的工业化生产，经过研究人员的努力，几十年后建造了日产氨1 000吨的大型装置。
(1)工业生产中增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？为什么？
【答案】不是。 因为温度一定时，增大混合气体的压强对合成氨的速率和平衡都有利，但压强越大需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，一般采用10～30 MPa。
(2)在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？
【答案】为了加快反应速率，采用以铁为主的催化剂。
[深化理解]
外界条件 有利于加快速率的条件控制 有利于平衡正向移动的条件控制 综合分析结果
浓度 增大反应物的浓度 增大反应物的浓度、减小生成物的浓度 不断地补充反应物、及时地分离出生成物
催化剂 加合适的催化剂 缩短达到平衡的时间 加合适的催化剂
(2020·山东泰安一中月考)有关合成氨工业的说法中，正确的是 ( )
A．增大H2的浓度，可提高H2的转化率
B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中会循环使用，所以总体来说氨的产率比较高
C．合成氨工业的反应温度控制在400～500 ℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动
D．合成氨厂采用的压强是10 MPa～30 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大
[典例精练]
【答案】B
【解析】A项，增大H2的浓度，H2的转化率减小；C项，温度控制在400～500 ℃主要是为了兼顾速率与平衡，且500 ℃时催化剂活性最大；D项，压强采用10 MPa～30 MPa主要是考虑对设备材料的要求。
【答案】D
【答案】B
【解析】该反应是一个气体体积减小的放热反应，为增加甲醇的产量，需使平衡正向移动，理论上可采用低温、高压的方式，但在实际生产中还需考虑反应速率、设备承受的压力及催化剂的活性等因素的影响。
辨析 · 易错易混
C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，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反应速率
错解：A
错因分析：只关注了理论知识，未能与实际生产条件，特别是高压对设备的要求及增大压强对转化率提高的幅度大小考虑进来。
满分策略：工业上合成M可能采用常压，如H2SO4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。
正解：D
小练 · 素养达成
1．工业上合成氨一般采用400～500 ℃的温度，其原因是 ( )
①适当提高氨的合成速率 ②提高H2的转化率
③提高氨的产率 ④催化剂在500 ℃左右活性最大
A．只有① B．①②
C．②③④ D．①④
【答案】D
2．利用原料气在合成塔中合成NH3，为提高N2的转化率所采取的措施是 ( )
A．高温 B．适当高压
C．使用催化剂 D．增大N2的浓度
【答案】B
3．NH3是一种重要的工业原料。下列关于合成氨的说法中，不正确的是 ( )
A．工艺涉及催化技术
B．工艺涉及高温高压技术
C．原料之一的氮气来自空气
D．从合成塔出来的气体中，氨的体积分数为100%
【答案】D
【答案】D
【解析】等容条件下加入氩气，反应物和生成物浓度均不变，则v(正)、v(逆)均不发生变化，且v(正)＝v(逆)。
5．在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高化学反应速率，可采取的措施有 ( )
①增大容器体积使压强减小 ②减小容器体积使压强增大 ③升高温度 ④降低温度 ⑤恒温恒容，再充入等量的N2和H2 ⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2 ⑦及时分离产生的NH3 ⑧使用催化剂
A．②④⑤⑥⑦ B．②③④⑤⑦⑧
C．②⑤ D．①②③⑤⑧
【答案】C
【解析】从反应速率的角度分析，①④⑦均使化学反应速率降低，②③⑤⑧均使化学反应速率升高，⑥不影响化学反应速率。从平衡移动的角度分析，②⑤使化学平衡向右移动，使氨的产率增大，⑧不影响化学平衡，③使化学平衡向左移动。
(2)合成氨工业中采用了较高压强(20～50 MPa)，而没有采用100 MPa或者更大压强，试解释这么做的理由：___________________。
(3)在容积均为2 L(容器体积不可变)的甲、乙两个容器中，分别加入2 mol N2、6 mol H2和1 mol N2、3 mol H2，在相同温度、催化剂下使其反应。最终达到平衡后，两容器N2转化率分别为α甲、α乙，则甲容器中平衡常数为__________________(用含α甲的代数式表示)，此时α甲__________α乙(填“>”“<”或“＝”)。
第二章 化学反应速率与化学平衡
第四节 化学反应的调控
素养目标
1．知道如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件
2．初步掌握应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法，培养科学态度与社会责任等方面的学科核心素养
学法指导
1．复习外界条件对化学平衡的影响及平衡移动原理等知识
2．对比认识：实际化工生产条件，特别是生产设备等硬件条件能否与理论生产条件相吻合
3．能结合生产投入与效益间的辩证关系，确定化工生产的最佳条件
知识导图
课前 · 新知导学
合成氨反应条件的原理分析
【答案】可逆 减小 ＜
3．影响因素
(1)增大合成氨反应速率的措施：______温度、________压强、________反应物浓度、_____________等。
(2)提高平衡混合气体中氨的含量措施：________温度、________压强、______反应物浓度等。
升高
增大
增大
使用催化剂
降低
增大
增大
1．压强：合成氨厂一般采用的压强为________________。
2．温度：一般采用的温度为________________。
3．催化剂：合成氨工业普遍使用的是以_____为主体的多成分催化剂，又称_________。
10 MPa～30 MPa
实际合成氨工业中选择的生产条件
400～500 ℃
铁
铁触媒
(1)合成氨时压强越大越好，为何不采用比30 MPa更大的压强？
(2)合成氨采用低温时可提高转化率，但为何未采用更低的温度？
(3)合成氨工业采用迅速冷却法，使气态氨变为液氨后及时从混合物中分离出去的目的是什么？
微思考
【答案】(1)压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这会加大生产投资，可能降低综合经济效益。
(2)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 ℃左右活性最大。
(3)使化学平衡向生成氨的方向移动。
正误判断。(对的打“√”，错的打“×”)
(1)合成氨反应在高温下能自发进行。 ( )
(2)温度越高越利于合成氨反应平衡正向移动。 ( )
(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反应物的平衡转化率。 ( )
【答案】(1)× (2)× (3)√ (4)×
课堂 · 素养初培
任务 工业上选择适宜生产条件的原则
素养探源 核心素养 考查途径
变化观念与平衡思想 科学态度与社会责任 本节内容是化学与社会实践有机结合的重要部分，既要用到理论知识，又要结合生产实际。这也是高考命题的重要命题点，近几年在这部分的体现越来越明显，可以用简单选择题形式考查，也可以融合在化学原理题中综合考查
[情境导入]
自1784年发现氨以后，人们一直在研究如何利用化学方法由氮气和氢气合成氨，但直到1913年才实现了合成氨的工业化生产，经过研究人员的努力，几十年后建造了日产氨1 000吨的大型装置。
(1)工业生产中增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？为什么？
【答案】不是。 因为温度一定时，增大混合气体的压强对合成氨的速率和平衡都有利，但压强越大需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，一般采用10～30 MPa。
(2)在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？
【答案】为了加快反应速率，采用以铁为主的催化剂。
[深化理解]
外界条件 有利于加快速率的条件控制 有利于平衡正向移动的条件控制 综合分析结果
浓度 增大反应物的浓度 增大反应物的浓度、减小生成物的浓度 不断地补充反应物、及时地分离出生成物
催化剂 加合适的催化剂 缩短达到平衡的时间 加合适的催化剂
(2020·山东泰安一中月考)有关合成氨工业的说法中，正确的是 ( )
A．增大H2的浓度，可提高H2的转化率
B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中会循环使用，所以总体来说氨的产率比较高
C．合成氨工业的反应温度控制在400～500 ℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动
D．合成氨厂采用的压强是10 MPa～30 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大
[典例精练]
【答案】B
【解析】A项，增大H2的浓度，H2的转化率减小；C项，温度控制在400～500 ℃主要是为了兼顾速率与平衡，且500 ℃时催化剂活性最大；D项，压强采用10 MPa～30 MPa主要是考虑对设备材料的要求。
【答案】D
【答案】B
【解析】该反应是一个气体体积减小的放热反应，为增加甲醇的产量，需使平衡正向移动，理论上可采用低温、高压的方式，但在实际生产中还需考虑反应速率、设备承受的压力及催化剂的活性等因素的影响。
辨析 · 易错易混
C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，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反应速率
错解：A
错因分析：只关注了理论知识，未能与实际生产条件，特别是高压对设备的要求及增大压强对转化率提高的幅度大小考虑进来。
满分策略：工业上合成M可能采用常压，如H2SO4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。
正解：D
小练 · 素养达成
1．工业上合成氨一般采用400～500 ℃的温度，其原因是 ( )
①适当提高氨的合成速率 ②提高H2的转化率
③提高氨的产率 ④催化剂在500 ℃左右活性最大
A．只有① B．①②
C．②③④ D．①④
【答案】D
2．利用原料气在合成塔中合成NH3，为提高N2的转化率所采取的措施是 ( )
A．高温 B．适当高压
C．使用催化剂 D．增大N2的浓度
【答案】B
3．NH3是一种重要的工业原料。下列关于合成氨的说法中，不正确的是 ( )
A．工艺涉及催化技术
B．工艺涉及高温高压技术
C．原料之一的氮气来自空气
D．从合成塔出来的气体中，氨的体积分数为100%
【答案】D
【答案】D
【解析】等容条件下加入氩气，反应物和生成物浓度均不变，则v(正)、v(逆)均不发生变化，且v(正)＝v(逆)。
5．在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高化学反应速率，可采取的措施有 ( )
①增大容器体积使压强减小 ②减小容器体积使压强增大 ③升高温度 ④降低温度 ⑤恒温恒容，再充入等量的N2和H2 ⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2 ⑦及时分离产生的NH3 ⑧使用催化剂
A．②④⑤⑥⑦ B．②③④⑤⑦⑧
C．②⑤ D．①②③⑤⑧
【答案】C
【解析】从反应速率的角度分析，①④⑦均使化学反应速率降低，②③⑤⑧均使化学反应速率升高，⑥不影响化学反应速率。从平衡移动的角度分析，②⑤使化学平衡向右移动，使氨的产率增大，⑧不影响化学平衡，③使化学平衡向左移动。
(2)合成氨工业中采用了较高压强(20～50 MPa)，而没有采用100 MPa或者更大压强，试解释这么做的理由：___________________。
(3)在容积均为2 L(容器体积不可变)的甲、乙两个容器中，分别加入2 mol N2、6 mol H2和1 mol N2、3 mol H2，在相同温度、催化剂下使其反应。最终达到平衡后，两容器N2转化率分别为α甲、α乙，则甲容器中平衡常数为__________________(用含α甲的代数式表示)，此时α甲__________α乙(填“>”“<”或“＝”)。