2.4 化学反应的调控 课件 高二上学期化学 人教版（2019） 选择性必修1(共25张PPT)
文档属性
| 名称 | 2.4 化学反应的调控 课件 高二上学期化学 人教版（2019） 选择性必修1(共25张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 61.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-10-10 15:16:09 | ||
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文档简介
(共25张PPT)
第四节 化学反应的调控
第二章 化学反应速率与化学平衡
1.通过工业合成氨适宜条件的选择与优化,认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用,发展科学态度与社会责任的核心素养。
2.在合成氨适宜条件的讨论中,形成多角度分析化学反应和化工生产条件的思路,体会化学反应原理的应用价值,发展证据推理与模型认知的核心素养。
核心素养
发展目标
化学反应的调控
一
化学反应的调控
运用化学热力学(研究反应的可能性)、化学动力学(研究反应的现实性)两大角度，结合生产实际对化工生产相关化学反应进行调控···
初步建立认识反应的动力学角度(基元反应、反应历程、活化能···)
建立认识反应的热力学角度(比较K、Q判断平衡移动方向,根据△H、△S等判断反应方向···)
第一节化学反应速率
反应速率概念和计算，影响反应速率的因素，基元反应、碰撞理论、活化能···
第二节化学平衡
化学平衡状态、化学平衡常数和浓度商、影响化学平衡的因素、平衡移动原理···
第三节化学反应方向
自发反应和非自发反应，根据焓变、熵变判断化学反应方向···
C、D同主族，且核电荷数之比为1:2。
A．10 B．12 C．24 D．28
工业合成适宜条件的选择
注意催化剂的活性对温度的限制
14 kJ·mol－1＜0，可以自发
应将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度
胶体的3性质和聚沉3方法
对原料气加压，分离液氨，未反应的N2和H2循环使用
400～500_℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱(催化剂失活)
3、选择工业合成适宜条件的参考依据
兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
C、D同主族，且核电荷数之比为1:2。
不断地补充反应物、及时地分离出生成物
2、选择工业合成适宜条件的分析角度
选择工业合成适宜条件的分析角度
分析角度 原则要求
从化学反应速率分析
从化学平衡移动分析
从原料的利用率分析
从实际生产能力分析
从催化剂的使用活性分析
既不能过快，又不能太慢
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
①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②循环操作
既要注意理论上的需要，又要考虑实际生产
如设备承受高温、高压能力等
①防止催化剂中毒；
②温度对催化剂活性的影响；
③应用催化剂的选择性，控制副反应，提高产率，降低生产成本
已知2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH<0的实验数据如下表：
温度 不同压强下SO2的转化率(%)
1×105 Pa 5×105 Pa 1×106 Pa 5×106 Pa 1×107 Pa
450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 ℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
(1)应选择的温度是________，理由是__________________________
________________________________________。
(2)应采用的压强是__________。
(3)生产中通入过量空气的目的是____________________________。
450 ℃
该反应是放热反应，升高温度，
转化率降低；在450 ℃时，反应物的转化率较高
1×105 Pa
增大O2浓度，提高SO2的转化率
工业合成氨适宜条件的分析
二
理论分析 压强越大,合成氨反应速率 ,原料的转化率 ,平衡混合物中氨的含量
条件限制 压强越大,对材料的强度和设备的制造要求 ,需要的动力
,大大增加生产投资,并可能降低综合经济效益
实际选择 目前,我国合成氨厂一般采用的压强为 MPa
越大
越高
越高
越高
越大
10~30
1.压强
2.温度
理论分析 温度越低,原料的利用率 ,平衡混合物中氨的含量
条件限制 温度降低会使化学反应速率 ,达到平衡所需时间 ,这在工业生产中是很不经济的。
实际选择 目前,合成氨在实际生产中一般采用的温度为 ℃
越高
越高
减小
变长
400~500
图2：催化剂不同温度下的催化能力
3.催化剂
(1)原理分析:在高温、高压下,N2和H2的反应速率仍 。
(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:改变反应历程,降低反应的 ,使反应物在
温度时能较快地进行反应。
另外,为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”,原料气必须经过 。
很慢
铁为主体
铁触媒
活化能
较低
净化
研究者 压强/atm 温度/℃ 催化剂 平衡混合气中NH3所占体积分数
哈伯 150~250 550 锇 8.25%
能斯特 50 685 铂粉 0.96%
为什么哈伯获得的平衡混合气中NH3的体积分数比能斯特的高？
为什么不采用更低的温度，以获得更高的产率？
分析讨论弗里茨·哈伯与能斯特不同的合成氨条件
“三次”诺贝尔奖
1908：循环法合成氨
1909：高温高压锇（剧毒）催化，氨含量6%
德国——哈伯
德国——博施
原料：水煤气（H2），
液化空气（N2）
催化剂：铁催化
设备：熟铁做衬里
德国——埃特尔：
发现反应机理：
吸附
表面反应
脱附
催化剂
催化剂作用下的反应历程
多个峰的含义？
1.加入催化剂之后，活化能大大降低;
2.加入催化剂之后，产生了几个小峰，说明发生了几个反应。
计算机模拟的铁触媒参与下合成氨反应能量-反应历程图
决速步骤
4.浓度
(1)原理分析:在500 ℃和30 MPa时,平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍 。
(2)采取措施: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。
较低
迅速冷却
循环使用
补充N2和H2
①从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。
②及时分离生成的NH3，为N2和H2腾出更多可供吸附的催化剂表面空间
条件 适宜条件
压强 10 MPa~30 MPa
温度 400~500 ℃
催化剂 铁触媒
浓度 将氨及时从混合气中分离出去,剩余气体循环使用;及时补充N2和H2
正误判断
(1)合成氨反应的ΔH<0,ΔS<0,故该反应在任何温度下均能自发进行。
( )
(2)合成氨反应在恒容密闭容器中进行,压强逐渐减小。( )
(3)增大压强,既可以提高合成氨的反应速率,又可提高平衡混合气中氨的含量。( )
(4)合成氨实际生产选择400~500 ℃,其目的是使平衡正向移动,提高平衡混合气中氨的含量。( )
(5)降低温度、增大压强均有利于合成氨反应,可提高平衡混合气中氨的含量。( )
×
√
√
×
√
根据图 1 数据计算反应 N2(g)＋3/2H2(g) NH3(g);ΔH＝ kJ·mol－1
﹣45
二甲醚的生产原理之一是利用甲醇脱水成二甲醚，化学方程式如下：
反应CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g); ΔH＜0测得平衡时甲醇的转化率与温度的关系如图甲所示。
经研究发现该过程主要存在的副反应如下：2CH3OH(g) CH2=CH2(g)+2H2O(g); ΔH＜0
工业上生产二甲醚的温度通常在270到300℃，高于330℃之后，甲醇的转化率下降，根据化学平街移动原理分析原因是 ；
根据化学反应速率变化分析原因是 。
反应为放热反应，升高温度平衡逆向
移动，甲醇转化率下降；
升高温度，催化剂活性降低，反应
速率减小，甲醇转化率下降
2025甘肃17.乙炔加氢是除去乙烯中少量乙炔杂质，得到高纯度乙烯的重要方法。该过程包括以下两个主要反应：
反应1：C2H2(g)+H2(g)=C2H4(g)ΔH1=-175kJ·mol-1(25℃，101kPa)
反应2：C2H2(g)+2H2(g)=C2H6(g)ΔH2=-312kJ·mol-1(25℃，101kPa)
(1)25℃,101kPa时，反应C2H4(g)+H2(g)=C2H6(g)ΔH= kJ.mol-1。
(2)一定条件下，使用某含Co催化剂，在不同温度下测得乙炔转化率和产物选择性（指定产物的物质的量/转化的乙炔的物质的量)如图所示(反应均未达平衡)。
温度升高，反应速率加快或温度升高，催化剂活性增强
催化剂在该温度范围内失活
乙烯的选择性大于乙烷，说明反应1乙炔的转化速率大于反应2乙炔的转化速率
＞
①在60~220℃范围内，乙炔转化率随温度升高而增大的原因为__________________________________________________(任写一条)，当温度由 220℃升高至 260℃， 乙炔转化率减小的原因可能为_____________________________________________________。
②在 120~240℃范围内，反应 1 和反应 2 乙炔的转化速率大小关系为υ1_____υ2(填“>”“<”或“=”)，理 由为______________________________________________________。
一个常见的问题是：α ~ T曲线中何处达到平衡？抛物线的顶点
一些题目考虑到催化剂的活性会受到温度影响，存在“最适温度”，高于或低于最适温度都会导致催化能力下降，即导致反应速率下降，那么这个抛物线的出现就可能纯粹是受到速率控制，而与平衡无关，那么曲线上就可能没有任何一点是平衡点。
例：向氯化铁溶液中通入SO2，有如下现象：
A反应和B反应的关系是相互竞争关系，但是A反应快，B反应速率慢，限度大，给足够的时间，最终限度大的取胜。
酸碱反应、沉淀反应和配合反应的反应速度一般都比较快，许多反应实际上是瞬时完成的。但在氧化还原反应中，尽管反应进行的趋势很大，有不少反应的速度却是比较慢。因而在判断氧化还原反应时，不能仅考虑其可能性，还应考虑它的现实性，就是说，除了考虑反应进行的方向和程度以外，还应考虑反应的速度问题。
第四节 化学反应的调控
第二章 化学反应速率与化学平衡
1.通过工业合成氨适宜条件的选择与优化,认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用,发展科学态度与社会责任的核心素养。
2.在合成氨适宜条件的讨论中,形成多角度分析化学反应和化工生产条件的思路,体会化学反应原理的应用价值,发展证据推理与模型认知的核心素养。
核心素养
发展目标
化学反应的调控
一
化学反应的调控
运用化学热力学(研究反应的可能性)、化学动力学(研究反应的现实性)两大角度，结合生产实际对化工生产相关化学反应进行调控···
初步建立认识反应的动力学角度(基元反应、反应历程、活化能···)
建立认识反应的热力学角度(比较K、Q判断平衡移动方向,根据△H、△S等判断反应方向···)
第一节化学反应速率
反应速率概念和计算，影响反应速率的因素，基元反应、碰撞理论、活化能···
第二节化学平衡
化学平衡状态、化学平衡常数和浓度商、影响化学平衡的因素、平衡移动原理···
第三节化学反应方向
自发反应和非自发反应，根据焓变、熵变判断化学反应方向···
C、D同主族，且核电荷数之比为1:2。
A．10 B．12 C．24 D．28
工业合成适宜条件的选择
注意催化剂的活性对温度的限制
14 kJ·mol－1＜0，可以自发
应将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度
胶体的3性质和聚沉3方法
对原料气加压，分离液氨，未反应的N2和H2循环使用
400～500_℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱(催化剂失活)
3、选择工业合成适宜条件的参考依据
兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
C、D同主族，且核电荷数之比为1:2。
不断地补充反应物、及时地分离出生成物
2、选择工业合成适宜条件的分析角度
选择工业合成适宜条件的分析角度
分析角度 原则要求
从化学反应速率分析
从化学平衡移动分析
从原料的利用率分析
从实际生产能力分析
从催化剂的使用活性分析
既不能过快，又不能太慢
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
①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②循环操作
既要注意理论上的需要，又要考虑实际生产
如设备承受高温、高压能力等
①防止催化剂中毒；
②温度对催化剂活性的影响；
③应用催化剂的选择性，控制副反应，提高产率，降低生产成本
已知2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH<0的实验数据如下表：
温度 不同压强下SO2的转化率(%)
1×105 Pa 5×105 Pa 1×106 Pa 5×106 Pa 1×107 Pa
450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 ℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
(1)应选择的温度是________，理由是__________________________
________________________________________。
(2)应采用的压强是__________。
(3)生产中通入过量空气的目的是____________________________。
450 ℃
该反应是放热反应，升高温度，
转化率降低；在450 ℃时，反应物的转化率较高
1×105 Pa
增大O2浓度，提高SO2的转化率
工业合成氨适宜条件的分析
二
理论分析 压强越大,合成氨反应速率 ,原料的转化率 ,平衡混合物中氨的含量
条件限制 压强越大,对材料的强度和设备的制造要求 ,需要的动力
,大大增加生产投资,并可能降低综合经济效益
实际选择 目前,我国合成氨厂一般采用的压强为 MPa
越大
越高
越高
越高
越大
10~30
1.压强
2.温度
理论分析 温度越低,原料的利用率 ,平衡混合物中氨的含量
条件限制 温度降低会使化学反应速率 ,达到平衡所需时间 ,这在工业生产中是很不经济的。
实际选择 目前,合成氨在实际生产中一般采用的温度为 ℃
越高
越高
减小
变长
400~500
图2：催化剂不同温度下的催化能力
3.催化剂
(1)原理分析:在高温、高压下,N2和H2的反应速率仍 。
(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:改变反应历程,降低反应的 ,使反应物在
温度时能较快地进行反应。
另外,为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”,原料气必须经过 。
很慢
铁为主体
铁触媒
活化能
较低
净化
研究者 压强/atm 温度/℃ 催化剂 平衡混合气中NH3所占体积分数
哈伯 150~250 550 锇 8.25%
能斯特 50 685 铂粉 0.96%
为什么哈伯获得的平衡混合气中NH3的体积分数比能斯特的高？
为什么不采用更低的温度，以获得更高的产率？
分析讨论弗里茨·哈伯与能斯特不同的合成氨条件
“三次”诺贝尔奖
1908：循环法合成氨
1909：高温高压锇（剧毒）催化，氨含量6%
德国——哈伯
德国——博施
原料：水煤气（H2），
液化空气（N2）
催化剂：铁催化
设备：熟铁做衬里
德国——埃特尔：
发现反应机理：
吸附
表面反应
脱附
催化剂
催化剂作用下的反应历程
多个峰的含义？
1.加入催化剂之后，活化能大大降低;
2.加入催化剂之后，产生了几个小峰，说明发生了几个反应。
计算机模拟的铁触媒参与下合成氨反应能量-反应历程图
决速步骤
4.浓度
(1)原理分析:在500 ℃和30 MPa时,平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍 。
(2)采取措施: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。
较低
迅速冷却
循环使用
补充N2和H2
①从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。
②及时分离生成的NH3，为N2和H2腾出更多可供吸附的催化剂表面空间
条件 适宜条件
压强 10 MPa~30 MPa
温度 400~500 ℃
催化剂 铁触媒
浓度 将氨及时从混合气中分离出去,剩余气体循环使用;及时补充N2和H2
正误判断
(1)合成氨反应的ΔH<0,ΔS<0,故该反应在任何温度下均能自发进行。
( )
(2)合成氨反应在恒容密闭容器中进行,压强逐渐减小。( )
(3)增大压强,既可以提高合成氨的反应速率,又可提高平衡混合气中氨的含量。( )
(4)合成氨实际生产选择400~500 ℃,其目的是使平衡正向移动,提高平衡混合气中氨的含量。( )
(5)降低温度、增大压强均有利于合成氨反应,可提高平衡混合气中氨的含量。( )
×
√
√
×
√
根据图 1 数据计算反应 N2(g)＋3/2H2(g) NH3(g);ΔH＝ kJ·mol－1
﹣45
二甲醚的生产原理之一是利用甲醇脱水成二甲醚，化学方程式如下：
反应CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g); ΔH＜0测得平衡时甲醇的转化率与温度的关系如图甲所示。
经研究发现该过程主要存在的副反应如下：2CH3OH(g) CH2=CH2(g)+2H2O(g); ΔH＜0
工业上生产二甲醚的温度通常在270到300℃，高于330℃之后，甲醇的转化率下降，根据化学平街移动原理分析原因是 ；
根据化学反应速率变化分析原因是 。
反应为放热反应，升高温度平衡逆向
移动，甲醇转化率下降；
升高温度，催化剂活性降低，反应
速率减小，甲醇转化率下降
2025甘肃17.乙炔加氢是除去乙烯中少量乙炔杂质，得到高纯度乙烯的重要方法。该过程包括以下两个主要反应：
反应1：C2H2(g)+H2(g)=C2H4(g)ΔH1=-175kJ·mol-1(25℃，101kPa)
反应2：C2H2(g)+2H2(g)=C2H6(g)ΔH2=-312kJ·mol-1(25℃，101kPa)
(1)25℃,101kPa时，反应C2H4(g)+H2(g)=C2H6(g)ΔH= kJ.mol-1。
(2)一定条件下，使用某含Co催化剂，在不同温度下测得乙炔转化率和产物选择性（指定产物的物质的量/转化的乙炔的物质的量)如图所示(反应均未达平衡)。
温度升高，反应速率加快或温度升高，催化剂活性增强
催化剂在该温度范围内失活
乙烯的选择性大于乙烷，说明反应1乙炔的转化速率大于反应2乙炔的转化速率
＞
①在60~220℃范围内，乙炔转化率随温度升高而增大的原因为__________________________________________________(任写一条)，当温度由 220℃升高至 260℃， 乙炔转化率减小的原因可能为_____________________________________________________。
②在 120~240℃范围内，反应 1 和反应 2 乙炔的转化速率大小关系为υ1_____υ2(填“>”“<”或“=”)，理 由为______________________________________________________。
一个常见的问题是：α ~ T曲线中何处达到平衡？抛物线的顶点
一些题目考虑到催化剂的活性会受到温度影响，存在“最适温度”，高于或低于最适温度都会导致催化能力下降，即导致反应速率下降，那么这个抛物线的出现就可能纯粹是受到速率控制，而与平衡无关，那么曲线上就可能没有任何一点是平衡点。
例：向氯化铁溶液中通入SO2，有如下现象：
A反应和B反应的关系是相互竞争关系，但是A反应快，B反应速率慢，限度大，给足够的时间，最终限度大的取胜。
酸碱反应、沉淀反应和配合反应的反应速度一般都比较快，许多反应实际上是瞬时完成的。但在氧化还原反应中，尽管反应进行的趋势很大，有不少反应的速度却是比较慢。因而在判断氧化还原反应时，不能仅考虑其可能性，还应考虑它的现实性，就是说，除了考虑反应进行的方向和程度以外，还应考虑反应的速度问题。