人教版 A版（2019） 高中化学选择性必修一 第二章 化学反应速率与化学平衡 第四节 化学反应的调控 教案1
文档属性
| 名称 | 人教版 A版（2019） 高中化学选择性必修一 第二章 化学反应速率与化学平衡 第四节 化学反应的调控 教案1 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 803.4KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-06-13 14:18:10 | ||
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文档简介
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化学反应的调控
教学目标
1.了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件;通过对合成氨适宜条件的研究选择,学会把握主要矛盾、统筹兼顾解决问题的思路,培养理论联系实际的能力。
2.了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法,体验实际生产条件的选择与理论分析的差异;在运用理论解决问题的过程中,进一步加深对所学理论的理解,提高实际应用能力。
3.通过对合成氨适宜条件的分析,认识化学反应速率和化学平衡的控制在工业生产中的重要作用。
4.通过讨论、交流发现问题和解决问题,体验合作学习的过程和乐趣。
评价目标
通过对合成氨适宜条件的分析,认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用。
重点、难点
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。
教法、学法
应用讨论交流的方法调动学生的积极性,让学生应用学过的知识自己分析工业合成氨的条件,启发学生学会归纳、概括,对信息进行加工,得出结论。
课时安排
1课时。
教学准备
学案、多媒体课件。
教学设计主题 探究过程 设计意图
合成氨生产的适宜条件 【交流·研讨】请与同学们交流研讨:1.根据氨的合成反应的特点,应分别采取什么措施提高该反应的平衡转化率和反应速率 将有关建议填入表格中。提高反应的转化率提高反应速率性质措施性质措施放热活化能高分子数减小低温时反应速率低反应可逆原料气的浓度增大能提高反应速率——氨气浓度增加能降低反应速率2.尝试为合成氨生产选择适宜条件。3.在确定合成氨生产的适宜条件的过程中,遇到了哪些问题 是怎样解决的 4.为了提高合成氨生产的能力,还可以在哪些方面做进一步改进 【学生】小组交流,完成交流研讨内容。 应用所学知识解决实际问题。
合成氨生产的适宜条件 【展示】学生尝试为合成氨选择适宜条件。外界条件使NH3生产得快使NH3生产得多速率分析平衡分析压强高压高压温度高温低温催化剂使用无影响反应物的浓度增大浓度增大浓度生成物氨的浓度减小浓度减小浓度【思考】在选择提高合成氨的转化率和反应速率的措施上遇到了哪些问题 【学生】提出交流研讨中遇到的问题。【投影】【问题1】压强怎么选 既然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 【问题2】温度怎么选 既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动,那么生产中是否温度越低越好 【问题3】要不要用催化剂 催化剂对化学平衡的移动没有影响,在合成氨工业中要不要使用催化剂 【自学指导】请同学们阅读教材相关内容,归纳总结出工业实际生产中是如何选择条件的,原因分别是什么 【投影】1.压强的选择【投影分析】①合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应,增大压强既可以增大反应速率,又能使平衡正向移动,所以理论上压强越大越好。②但是压强越大,对设备的要求越高、压缩H2和N2所需要的动力越大,因此选择压强应符合实际科学技术。【投影结论】根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。实际生产中压强一般为10 MPa~30 MPa。【投影】2.温度的选择【投影分析】①因为正反应方向是放热的反应,所以降低温度有利于平衡正向移动。②可是温度越低,反应速率越小,达到平衡所需要的时间越长,因此温度也不宜太低。③催化剂要在一定温度下催化活性最大。【投影结论】实际生产中温度一般选择在700 K,即400~500 ℃左右(主要考虑催化剂的活性)。【投影】3.催化剂的使用【投影分析】经济效益和社会效益要求化学反应速度要快,原料的利用率要高,单位时间的产量要高。【投影结论】实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂(铁触媒),它在500 ℃左右时活性最高。【思考】为了提高合成氨生产的能力,还可以在哪些方面做进一步改进 【投影结论】实际生产中及时将气态氨冷却液化分离出去;及时将氮气和氢气循环利用,使其保持一定的浓度。 知识层层递进,由简单到复杂,引导学生由单一到全面,更加准确透彻地分析、解决问题。提出有价值的问题,压强角度,速率、平衡都希望是高压,那是否压强越大越好,还要考虑什么问题 引起学生的认知冲突。通过阅读教材增强学生的自学能力,讨论交流解决问题的过程中培养学生的合作精神和探究能力。温度是学生选择的难点,教会学生站在全局的视角分析问题,催化剂的使用侧面影响温度。温度选择过程,让学生了解摄氏度和热力学温度的联系。引导学生全面地分析问题,培养学生化学知识与实际生产相结合的能力。
合成氨生产的适宜条件 【归纳总结】工业生产中,必须从反应速率和反应限度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。【投影】条件工业合成氨的适宜条件压强根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强,大致分为低压(1×107 Pa)、中压(2×107~3×107 Pa)和高压(8.5×107~1×108 Pa)三种类型温度适宜温度(400~500 ℃左右)催化剂使用铁触媒作催化剂浓度N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比,氨及时从混合气中分离出去【讲述】温度越高,反应速率越大,但不利于氨的合成,在实际生产中一般控制反应温度在400~500 ℃左右,在此温度时催化剂的活性最大。为提高平衡转化率,工业合成采用原料的循环利用。【思考】在实际生产中化工生产适宜条件选择的一般原则是什么 条件原则从化学反应速率分析既不能过快,又不能太慢从化学反应限度分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性,又要注意二者影响的矛盾性从原料的利用率分析增加易得廉价原料,提高难得高价原料的利用率,从而降低生产成本从实际生产能力分析如设备承受高温、高压能力等从催化剂的使用活性分析注意温度对催化剂的活性的限制【讲述】工业上合成氨的生产流程主要为制气→净化除杂→压缩→合成→冷却分离→循环压缩六个环节。【投影】 合成氨工业生产流程示意图【讲述】合成氨工业生产需要高温、高压的反应条件,在中压工艺条件下,合成氨厂出口气中的氨含量一般为13%~14%。而且催化剂易“中毒”、使用寿命不长。据估计,在自然界里,由于生物固氮酶催化剂(如根瘤菌)的作用,在常温、常压下每年可以从空气中固定1亿吨氮,因此仿生固氮酶催化剂的研制这一前沿课题一直为人们所关注,但至今进展甚微。【投影】 形成分析速率和转化率的模型,培养学生证据推理与模型认知的化学核心素养。化学是一门以实验为基础的科学,原理分析最终要落脚到具体实验。物质制备的实验涉及几个环节:物质制备——净化除杂——分离收集——尾气处理。具体到工业生产会更复杂,给学生展示合成氨工厂,培养振兴祖国的责任感。回忆学过的氮的固定,了解生物固氮知识,介绍科技前沿仿生固氮酶催化剂的研制这一前沿课题一直为人们所关注,但至今进展甚微,激励同学们好好学习,学好化学,为人类造福!观看生物固氮的图片。
小结
评价反馈 1.对于可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,下列说法正确的是( )A.达到平衡时反应物和生成物浓度一定相等B.达到平衡后加入氨气,重新达到平衡时,氨气的浓度比原平衡时大C.达到平衡时,升高温度增大了吸热反应的速率,减小了放热反应的速率,所以平衡向逆反应的方向移动D.加入催化剂可以缩短到达平衡的时间,这是因为增大了正反应的速率,而减小了逆反应的速率2.在合成氨时,既要使氨的产率增大,又要使化学反应速率增大,可以采取的措施有( )①增大体积使压强减小 ②减小体积使压强增大 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使用合适的催化剂A.②④⑤⑦ B.②③④⑤⑦⑧ C.②⑤ D.②③⑤⑧3.工业合成氨的正反应是放热反应,下列关于N2(g)+3H2(g)2NH3(g)反应的图像中,错误的是( )【答案展示】1.答案 B解析 往往错选C、D,原因:对升高温度可以使平衡向吸热反应方向移动的原因认识不清;对使用催化剂可缩短到达平衡所用时间的原因认识不清;正确选项为B。2.答案 C解析 ①减小压强,产率降低,速率变慢,所以②正确;③升温平衡左移,④降温速率变慢,所以③④错;⑤相当于加压,正确;⑥错;⑦反应速率变慢;⑧对平衡无影响。3.答案 C解析 合成氨的正反应是放热反应,升温,正、逆反应速率都增大,但逆反应增大的程度大,A正确;在T1时NH3的百分含量最大,达到平衡,再升高温度,平衡逆向移动,NH3的百分含量减小,B正确;低温下达到平衡,NH3的含量大,C错误;增大压强,平衡向右移动,NH3的百分含量增大,D正确。
1.完成学案中的“核心素养专练”。
2.会用本节课分析问题的方式处理生活中常见问题。
本节内容是人教版教材课本改版之后新增加的内容,合成氨条件的选择原来老课本是章节检测的一道题,讲解处理较快,仓促之下学生理解不到位。新课本改版之后改成了专门的一节,主要内容都在课本呈现,符合新课改的理念。主要是在对合成氨反应限度和速率影响因素的探讨基础上,进一步分析合成氨适宜条件的选择问题,课堂容量不大,主要是通过学生自主交流研讨,锻炼学生将理论知识用于实际生产的能力,以及解决问题的能力,增强学生学以致用的意识,增强科学精神和社会责任。
第四节 化学反应的调控
一、工业合成氨
1.反应方向
2.反应限度
3.反应速率
二、工业合成氨的适宜条件
1.压强 2.温度 3.催化剂
条件 原则
从化学反应速率分析 既不能过快,又不能太慢
从化学反应限度分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性,又要注意二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析 增加易得廉价原料,提高难得高价原料的利用率,从而降低生产成本
从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析 注意温度对催化剂的活性的限制
一、氮的固定
将空气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫氮的固定,主要的固氮方法:
1.生物固氮
一种主要的自然固氮反应。如豆科植物在根瘤菌作用下直接吸收空气中的N2转化为氨等,进一步合成蛋白质。
2.自然固氮
如闪电产生的巨大电压,其电火花足可以破坏氮气分子的氮氮三键,促使其与氧气反应生成NO,进而生成NO2和HNO3等。
3.化学固氮
如合成氨反应、放电条件下使氮气与氧气反应生成NO等。
4.人工模拟生物固氮
通过化学方法,制备出类似生物“固氮菌”的物质,使空气中的氮气在常温常压下与水及二氧化碳等反应,转化为硝态氮或铵态氮,进而实现人工合成大量的蛋白质等,最终实现工业化生产蛋白质食品。
二、工业合成氨
1.实验研究表明,在特定条件下,氨的合成反应的速率与参与反应的物质浓度的关系式为v=kc(N2)·c1.5(H2)·c-1(NH3)。各物质浓度对反应速率的影响:氨的合成反应的速率与氮气浓度的1次方成正比,与氢气浓度的1.5次方成正比,与氨气浓度的1次方成反比。将氨从混合气中分离出去,可以提高合成氨的反应速率。
2.催化剂对合成氨反应速率的影响:使用催化剂可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍。因此,要实现合成氨的工业化生产,使用适宜的催化剂是最有效的途径。
1.一定条件下:2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0。在测定NO2的相对分子质量时,下列条件中,测定结果误差最小的是( )
A.温度0 ℃、压强50 kPa
B.温度130 ℃、压强300 kPa
C.温度25 ℃、压强100 kPa
D.温度130 ℃、压强50 kPa
答案 D
解析 该反应是气体分子数减小的放热反应,故适合选择高温、低压的条件,D项符合题意。
2.CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应:CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g) ΔH=+247.1 kJ·mol-1 H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) ΔH=+41.2 kJ·mol-1 。在恒压、反应物起始物质的量比n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率
B.曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化
C.相同条件下,改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠
D.恒压、800 K、n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,反应至CH4转化率达到X点的值,改变除温度外的特定条件继续反应,CH4转化率能达到Y点的值
答案 BD
解析 A项,因第一个反应是气体分子数增大的反应,增大压强使平衡逆向移动,不利于提高CH4的平衡转化率,错误;B项,结合两个热化学方程式可以看出两个反应均消耗CO2,所以同温度下CO2的平衡转化率大于CH4的,故曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化曲线,正确;C项,改用高效催化剂,不能影响平衡移动,平衡转化率不改变,错误;D项,图中X点除改变温度外,可向体系中充入CO2气体,会提高CH4的平衡转化率至Y点,正确。
3.反应C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH>0,在一定条件下于密闭容器中达到平衡。下列各项措施中,不能提高乙烷平衡转化率的是( )
A.增大容器容积 B.升高反应温度
C.分离出部分氢气 D.等容下通入惰性气体
答案 D
解析 该反应的正反应是气体体积增大的吸热反应,增大反应容器的容积,体系的压强减小,化学平衡正向移动,能提高乙烷平衡转化率,A不符合题意;该反应的正反应是气体体积增大的吸热反应,升高反应温度,化学平衡正向移动,可提高乙烷的平衡转化率,B不符合题意;分离出部分氢气,减少了生成物浓度,平衡正向移动,可提高乙烷的平衡转化率,C不符合题意;等容下通入惰性气体,体系的总压强增大,物质的浓度不变,因此化学平衡不移动,对乙烷的平衡转化率无影响,D符合题意。故合理选项是D。
4.已知反应式:mX(g)+nY( )pQ(s)+2mZ(g),已知反应已达平衡,此时c(X)=0.3 mol·L-1,其他条件不变,若容器缩小到原来的,c(X)=0.5 mol·L-1,下列说法正确的是( )
A.反应向逆方向移动 B.Y可能是固体或液体
C.系数n>m D.Z的体积分数减小
答案 C
解析 A项,已知反应达平衡时c(X)=0.3 mol·L-1,其他条件不变,若容器缩小到原来的,如果化学平衡不移动,c(X)=0.6 mol·L-1,但实际再次达到平衡时c(X)=0.5 mol·L-1,说明加压后化学平衡正向移动,错误;B项,结合题意可知正反应是气体总体积减少的反应,如果Y为固体或液体,则必须满足m>2m,显然不可能成立,所以Y只能是气体,错误;C项,由分析可知,Y是气体,要满足m+n>2m,则n>m,正确;D项,根据分析知,化学平衡向右移动,Z的体积分数是增大的,错误。答案选C。
教学分析
教学设计
布置作业
教学反思
板书设计
备课资源
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化学反应的调控
教学目标
1.了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件;通过对合成氨适宜条件的研究选择,学会把握主要矛盾、统筹兼顾解决问题的思路,培养理论联系实际的能力。
2.了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法,体验实际生产条件的选择与理论分析的差异;在运用理论解决问题的过程中,进一步加深对所学理论的理解,提高实际应用能力。
3.通过对合成氨适宜条件的分析,认识化学反应速率和化学平衡的控制在工业生产中的重要作用。
4.通过讨论、交流发现问题和解决问题,体验合作学习的过程和乐趣。
评价目标
通过对合成氨适宜条件的分析,认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用。
重点、难点
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。
教法、学法
应用讨论交流的方法调动学生的积极性,让学生应用学过的知识自己分析工业合成氨的条件,启发学生学会归纳、概括,对信息进行加工,得出结论。
课时安排
1课时。
教学准备
学案、多媒体课件。
教学设计主题 探究过程 设计意图
合成氨生产的适宜条件 【交流·研讨】请与同学们交流研讨:1.根据氨的合成反应的特点,应分别采取什么措施提高该反应的平衡转化率和反应速率 将有关建议填入表格中。提高反应的转化率提高反应速率性质措施性质措施放热活化能高分子数减小低温时反应速率低反应可逆原料气的浓度增大能提高反应速率——氨气浓度增加能降低反应速率2.尝试为合成氨生产选择适宜条件。3.在确定合成氨生产的适宜条件的过程中,遇到了哪些问题 是怎样解决的 4.为了提高合成氨生产的能力,还可以在哪些方面做进一步改进 【学生】小组交流,完成交流研讨内容。 应用所学知识解决实际问题。
合成氨生产的适宜条件 【展示】学生尝试为合成氨选择适宜条件。外界条件使NH3生产得快使NH3生产得多速率分析平衡分析压强高压高压温度高温低温催化剂使用无影响反应物的浓度增大浓度增大浓度生成物氨的浓度减小浓度减小浓度【思考】在选择提高合成氨的转化率和反应速率的措施上遇到了哪些问题 【学生】提出交流研讨中遇到的问题。【投影】【问题1】压强怎么选 既然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 【问题2】温度怎么选 既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动,那么生产中是否温度越低越好 【问题3】要不要用催化剂 催化剂对化学平衡的移动没有影响,在合成氨工业中要不要使用催化剂 【自学指导】请同学们阅读教材相关内容,归纳总结出工业实际生产中是如何选择条件的,原因分别是什么 【投影】1.压强的选择【投影分析】①合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应,增大压强既可以增大反应速率,又能使平衡正向移动,所以理论上压强越大越好。②但是压强越大,对设备的要求越高、压缩H2和N2所需要的动力越大,因此选择压强应符合实际科学技术。【投影结论】根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。实际生产中压强一般为10 MPa~30 MPa。【投影】2.温度的选择【投影分析】①因为正反应方向是放热的反应,所以降低温度有利于平衡正向移动。②可是温度越低,反应速率越小,达到平衡所需要的时间越长,因此温度也不宜太低。③催化剂要在一定温度下催化活性最大。【投影结论】实际生产中温度一般选择在700 K,即400~500 ℃左右(主要考虑催化剂的活性)。【投影】3.催化剂的使用【投影分析】经济效益和社会效益要求化学反应速度要快,原料的利用率要高,单位时间的产量要高。【投影结论】实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂(铁触媒),它在500 ℃左右时活性最高。【思考】为了提高合成氨生产的能力,还可以在哪些方面做进一步改进 【投影结论】实际生产中及时将气态氨冷却液化分离出去;及时将氮气和氢气循环利用,使其保持一定的浓度。 知识层层递进,由简单到复杂,引导学生由单一到全面,更加准确透彻地分析、解决问题。提出有价值的问题,压强角度,速率、平衡都希望是高压,那是否压强越大越好,还要考虑什么问题 引起学生的认知冲突。通过阅读教材增强学生的自学能力,讨论交流解决问题的过程中培养学生的合作精神和探究能力。温度是学生选择的难点,教会学生站在全局的视角分析问题,催化剂的使用侧面影响温度。温度选择过程,让学生了解摄氏度和热力学温度的联系。引导学生全面地分析问题,培养学生化学知识与实际生产相结合的能力。
合成氨生产的适宜条件 【归纳总结】工业生产中,必须从反应速率和反应限度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。【投影】条件工业合成氨的适宜条件压强根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强,大致分为低压(1×107 Pa)、中压(2×107~3×107 Pa)和高压(8.5×107~1×108 Pa)三种类型温度适宜温度(400~500 ℃左右)催化剂使用铁触媒作催化剂浓度N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比,氨及时从混合气中分离出去【讲述】温度越高,反应速率越大,但不利于氨的合成,在实际生产中一般控制反应温度在400~500 ℃左右,在此温度时催化剂的活性最大。为提高平衡转化率,工业合成采用原料的循环利用。【思考】在实际生产中化工生产适宜条件选择的一般原则是什么 条件原则从化学反应速率分析既不能过快,又不能太慢从化学反应限度分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性,又要注意二者影响的矛盾性从原料的利用率分析增加易得廉价原料,提高难得高价原料的利用率,从而降低生产成本从实际生产能力分析如设备承受高温、高压能力等从催化剂的使用活性分析注意温度对催化剂的活性的限制【讲述】工业上合成氨的生产流程主要为制气→净化除杂→压缩→合成→冷却分离→循环压缩六个环节。【投影】 合成氨工业生产流程示意图【讲述】合成氨工业生产需要高温、高压的反应条件,在中压工艺条件下,合成氨厂出口气中的氨含量一般为13%~14%。而且催化剂易“中毒”、使用寿命不长。据估计,在自然界里,由于生物固氮酶催化剂(如根瘤菌)的作用,在常温、常压下每年可以从空气中固定1亿吨氮,因此仿生固氮酶催化剂的研制这一前沿课题一直为人们所关注,但至今进展甚微。【投影】 形成分析速率和转化率的模型,培养学生证据推理与模型认知的化学核心素养。化学是一门以实验为基础的科学,原理分析最终要落脚到具体实验。物质制备的实验涉及几个环节:物质制备——净化除杂——分离收集——尾气处理。具体到工业生产会更复杂,给学生展示合成氨工厂,培养振兴祖国的责任感。回忆学过的氮的固定,了解生物固氮知识,介绍科技前沿仿生固氮酶催化剂的研制这一前沿课题一直为人们所关注,但至今进展甚微,激励同学们好好学习,学好化学,为人类造福!观看生物固氮的图片。
小结
评价反馈 1.对于可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,下列说法正确的是( )A.达到平衡时反应物和生成物浓度一定相等B.达到平衡后加入氨气,重新达到平衡时,氨气的浓度比原平衡时大C.达到平衡时,升高温度增大了吸热反应的速率,减小了放热反应的速率,所以平衡向逆反应的方向移动D.加入催化剂可以缩短到达平衡的时间,这是因为增大了正反应的速率,而减小了逆反应的速率2.在合成氨时,既要使氨的产率增大,又要使化学反应速率增大,可以采取的措施有( )①增大体积使压强减小 ②减小体积使压强增大 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使用合适的催化剂A.②④⑤⑦ B.②③④⑤⑦⑧ C.②⑤ D.②③⑤⑧3.工业合成氨的正反应是放热反应,下列关于N2(g)+3H2(g)2NH3(g)反应的图像中,错误的是( )【答案展示】1.答案 B解析 往往错选C、D,原因:对升高温度可以使平衡向吸热反应方向移动的原因认识不清;对使用催化剂可缩短到达平衡所用时间的原因认识不清;正确选项为B。2.答案 C解析 ①减小压强,产率降低,速率变慢,所以②正确;③升温平衡左移,④降温速率变慢,所以③④错;⑤相当于加压,正确;⑥错;⑦反应速率变慢;⑧对平衡无影响。3.答案 C解析 合成氨的正反应是放热反应,升温,正、逆反应速率都增大,但逆反应增大的程度大,A正确;在T1时NH3的百分含量最大,达到平衡,再升高温度,平衡逆向移动,NH3的百分含量减小,B正确;低温下达到平衡,NH3的含量大,C错误;增大压强,平衡向右移动,NH3的百分含量增大,D正确。
1.完成学案中的“核心素养专练”。
2.会用本节课分析问题的方式处理生活中常见问题。
本节内容是人教版教材课本改版之后新增加的内容,合成氨条件的选择原来老课本是章节检测的一道题,讲解处理较快,仓促之下学生理解不到位。新课本改版之后改成了专门的一节,主要内容都在课本呈现,符合新课改的理念。主要是在对合成氨反应限度和速率影响因素的探讨基础上,进一步分析合成氨适宜条件的选择问题,课堂容量不大,主要是通过学生自主交流研讨,锻炼学生将理论知识用于实际生产的能力,以及解决问题的能力,增强学生学以致用的意识,增强科学精神和社会责任。
第四节 化学反应的调控
一、工业合成氨
1.反应方向
2.反应限度
3.反应速率
二、工业合成氨的适宜条件
1.压强 2.温度 3.催化剂
条件 原则
从化学反应速率分析 既不能过快,又不能太慢
从化学反应限度分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性,又要注意二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析 增加易得廉价原料,提高难得高价原料的利用率,从而降低生产成本
从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析 注意温度对催化剂的活性的限制
一、氮的固定
将空气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫氮的固定,主要的固氮方法:
1.生物固氮
一种主要的自然固氮反应。如豆科植物在根瘤菌作用下直接吸收空气中的N2转化为氨等,进一步合成蛋白质。
2.自然固氮
如闪电产生的巨大电压,其电火花足可以破坏氮气分子的氮氮三键,促使其与氧气反应生成NO,进而生成NO2和HNO3等。
3.化学固氮
如合成氨反应、放电条件下使氮气与氧气反应生成NO等。
4.人工模拟生物固氮
通过化学方法,制备出类似生物“固氮菌”的物质,使空气中的氮气在常温常压下与水及二氧化碳等反应,转化为硝态氮或铵态氮,进而实现人工合成大量的蛋白质等,最终实现工业化生产蛋白质食品。
二、工业合成氨
1.实验研究表明,在特定条件下,氨的合成反应的速率与参与反应的物质浓度的关系式为v=kc(N2)·c1.5(H2)·c-1(NH3)。各物质浓度对反应速率的影响:氨的合成反应的速率与氮气浓度的1次方成正比,与氢气浓度的1.5次方成正比,与氨气浓度的1次方成反比。将氨从混合气中分离出去,可以提高合成氨的反应速率。
2.催化剂对合成氨反应速率的影响:使用催化剂可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍。因此,要实现合成氨的工业化生产,使用适宜的催化剂是最有效的途径。
1.一定条件下:2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0。在测定NO2的相对分子质量时,下列条件中,测定结果误差最小的是( )
A.温度0 ℃、压强50 kPa
B.温度130 ℃、压强300 kPa
C.温度25 ℃、压强100 kPa
D.温度130 ℃、压强50 kPa
答案 D
解析 该反应是气体分子数减小的放热反应,故适合选择高温、低压的条件,D项符合题意。
2.CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应:CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g) ΔH=+247.1 kJ·mol-1 H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) ΔH=+41.2 kJ·mol-1 。在恒压、反应物起始物质的量比n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率
B.曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化
C.相同条件下,改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠
D.恒压、800 K、n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,反应至CH4转化率达到X点的值,改变除温度外的特定条件继续反应,CH4转化率能达到Y点的值
答案 BD
解析 A项,因第一个反应是气体分子数增大的反应,增大压强使平衡逆向移动,不利于提高CH4的平衡转化率,错误;B项,结合两个热化学方程式可以看出两个反应均消耗CO2,所以同温度下CO2的平衡转化率大于CH4的,故曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化曲线,正确;C项,改用高效催化剂,不能影响平衡移动,平衡转化率不改变,错误;D项,图中X点除改变温度外,可向体系中充入CO2气体,会提高CH4的平衡转化率至Y点,正确。
3.反应C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH>0,在一定条件下于密闭容器中达到平衡。下列各项措施中,不能提高乙烷平衡转化率的是( )
A.增大容器容积 B.升高反应温度
C.分离出部分氢气 D.等容下通入惰性气体
答案 D
解析 该反应的正反应是气体体积增大的吸热反应,增大反应容器的容积,体系的压强减小,化学平衡正向移动,能提高乙烷平衡转化率,A不符合题意;该反应的正反应是气体体积增大的吸热反应,升高反应温度,化学平衡正向移动,可提高乙烷的平衡转化率,B不符合题意;分离出部分氢气,减少了生成物浓度,平衡正向移动,可提高乙烷的平衡转化率,C不符合题意;等容下通入惰性气体,体系的总压强增大,物质的浓度不变,因此化学平衡不移动,对乙烷的平衡转化率无影响,D符合题意。故合理选项是D。
4.已知反应式:mX(g)+nY( )pQ(s)+2mZ(g),已知反应已达平衡,此时c(X)=0.3 mol·L-1,其他条件不变,若容器缩小到原来的,c(X)=0.5 mol·L-1,下列说法正确的是( )
A.反应向逆方向移动 B.Y可能是固体或液体
C.系数n>m D.Z的体积分数减小
答案 C
解析 A项,已知反应达平衡时c(X)=0.3 mol·L-1,其他条件不变,若容器缩小到原来的,如果化学平衡不移动,c(X)=0.6 mol·L-1,但实际再次达到平衡时c(X)=0.5 mol·L-1,说明加压后化学平衡正向移动,错误;B项,结合题意可知正反应是气体总体积减少的反应,如果Y为固体或液体,则必须满足m>2m,显然不可能成立,所以Y只能是气体,错误;C项,由分析可知,Y是气体,要满足m+n>2m,则n>m,正确;D项,根据分析知,化学平衡向右移动,Z的体积分数是增大的,错误。答案选C。
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