第四節化學反應的調控第二章化學反應速率與化學平衡[學習目標]1.認識化學反應速率和化學平衡的綜合調控在生產、生活和科學研究領域中的重要作用(重、難點)。2.知道催化劑可以改變反應歷程，對調控反應速率具有重要意義。新課引入日常生活中對化學反應的調控隔離可燃物滅火、隔絕空氣滅火或降溫滅火，食物儲存在冰箱中延長保存時間試分析合成氨反應的特點，據此思考如何選擇合適條件，加快合成氨的反應速率、提高氨的產率？一、理論分析合成氨反應的條件1.合成氨反應的特點

N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)已知298K時：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1(1)自發性：常溫(298K)下，ΔH－TΔS<0，能自發進行。(2)可逆性：反應為可逆反應。(3)熵變：ΔS<0，正反應是氣體體積縮小的反應。(4)焓變：ΔH<0，正反應是放熱反應。2.原理分析條件提高反應速率提高平衡轉化率壓強增大壓強增大壓強溫度升高溫度降低溫度催化劑使用無影響濃度增大反應物濃度增大反應物濃度，降低生成物濃度如何選擇反應條件，以增大合成氨的反應速率、提高平衡轉化率？(利用影響反應速率的因素和勒夏特列原理分析)特別注意：二者在溫度這一措施上是不一致的一、理論分析合成氨反應的條件3.數據分析實驗數據的分析與理論分析的結論是一致的。特別注意：二者在溫度這一措施上是不一致的一、理論分析合成氨反應的條件思考交流正誤判斷(1)工業合成氨的反應是ΔH<0、ΔS<0的反應，在任何溫度下都可自發進行(2)在合成氨的實際生產中，溫度越低、壓強越大越好(3)在合成氨中，加入催化劑能提高原料的轉化率(4)催化劑在合成氨中質量沒有改變，因此催化劑沒有參與反應(5)增大反應物的濃度，減少生成物的濃度，可以提高氨的產率(6)合成氨中在提高速率和原料的轉化率上對溫度的要求是一致的××√×××一、理論分析合成氨反應的條件二、工業合成氨的適宜條件工業合成氨反應條件的選擇主要基于哪些因素考慮？結合課本內容，實際生產中選擇哪些適宜的條件呢?注意選擇這些條件的理由化學反應速率；化學反應限度；生產實際催化劑鐵觸媒、10～30MPa、400～500℃1.合成氨反應條件的選擇原則從反應速率和反應限度兩個角度盡量增大反應物的轉化率，充分利用原料；(1)選擇較快的化學反應速率，提高單位時間內的產量；(2)考慮設備的要求和技術條件。(3)二、工業合成氨的適宜條件2.合成氨反應的適宜條件適宜條件選擇依據壓強溫度催化劑10～30MPa400～500℃鐵觸媒壓強越大，需要動力越大，對材料強度和設備的制造要求就越高。增加生產投資，降低綜合經濟效益該溫度下催化劑的活性最大，反應速率比較快，氨的含量也相對較高。以鐵為主體的多成分催化劑。二、工業合成氨的適宜條件2.合成氨反應的適宜條件(1)催化劑對平衡轉化率無影響，合成氨工業中為什么還使用催化劑？問題交流即使在高溫、高壓下，反應仍然十分緩慢。加入催化劑，改變反應歷程，降低反應的活化能，使反應物在較低溫度時能較快的發生反應。提高單位時間的生產效率，可提高經濟效益。(2)什么是催化劑中毒？工業上如何防止催化劑中毒？因吸附或沉積毒物而使催化劑活性降低或喪失的過程稱為催化劑中毒。原料氣必須經過凈化。二、工業合成氨的適宜條件2.合成氨反應的適宜條件適宜條件選擇依據濃度其他及時將氨氣從反應混合物中分離出去，將未反應的N2和H2循環使用并及時補充N2和H2，使反應物保持一定的濃度。兼顧環保和效益二、工業合成氨的適宜條件3.合成氨的生產流程二、工業合成氨的適宜條件思考交流1.正誤判斷(1)使氣態氨變成液氨后及時從平衡混合物中分離出去，可提高原料的利用率(2)在工業生產條件優化時，只考慮經濟性就行，不用考慮環保(3)合成氨反應選擇在400～500℃進行的重要原因是催化劑在500℃左右時的活性最大√×√2.已知氮氣在催化劑上吸附分解為各基元反應中最慢的步驟。合成氨工業生產一般采用n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8的目的是什么？適當提高N2比例，加快合成氨的速率。二、工業合成氨的適宜條件思考交流3.在硫酸工業中，通過下列反應使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)

ΔH＝－196.6kJ·mol－1。(已知：催化劑是V2O5，在400～500℃時催化劑效果最好)下表列出了在不同溫度和壓強下，反應達到平衡時SO2的轉化率。溫度/℃平衡時SO2的轉化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3(1)從理論上分析，為了使SO2盡可能多地轉化為三氧化硫，應選擇的條件是______________。(2)在實際生產中，選定的溫度為400～500℃，原因是_____________________________________________________________________________________________________________。450℃、10MPa

在此溫度下，催化劑活性最高。溫度較低，會使反應速率減小，達到平衡所需時間變長；溫度較高，SO2的轉化率會降低二、工業合成氨的適宜條件思考交流(3)在實際生產中，采用的壓強為常壓，原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)在實際生產中，通入過量的空氣，原因是________________________________________________。(5)尾氣中SO2必須回收，原因是________________________________________________________。

在常壓下SO2的轉化率就已經很高了(97.5%)，若采用高壓，平衡向右移動，但效果并不明顯，且采用高壓時會增大對設備的要求而增大生產成本

增大反應物O2的濃度，有利于提高SO2的轉化率

防止污染環境；循環利用，提高原料的利用率(合理即可)二、工業合成氨的適宜條件自我測試1.下列有關合成氨工業的說法正確的是A.N2的量越多，H2的轉化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的

合成B.恒容條件下充入稀有氣體有利于NH3的合成C.工業合成氨的反應是熵增加的放熱反應，在任何溫度下都可自發進行D.工業合成氨的反應是熵減小的放熱反應，在常溫時可自發進行√應選擇一個合適的投料比對平衡無影響ΔH－TΔS<0反應自發進行，而合成氨反應ΔH<0、ΔS<0，故在常溫條件下該反應能自發進行。自我測試2.在一定條件下，可逆反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反應是放熱反應)達到平衡，當單獨改變下列條件后，有關敘述錯誤的是A.加催化劑，v正、v逆都發生變化而且變化的倍數相等B.加壓，v正、v逆都增大，且v正增大的倍數大于v逆增大的倍數C.降溫，v正、v逆都減小，且v正減小的倍數小于v逆減小的倍數D.等容條件下加入氬氣，v正、v逆都增大，且v正增大的倍數大于v逆增大

的倍數√v正(氣體分子總數減小的方向)增大程度大v逆(吸熱方向)減小的更多各組分濃度均沒有發生改變，v正、v逆均不變自我測試3.有平衡體系：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)

ΔH＜0。工業上為了增加甲醇(CH3OH)的產量，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D.高溫，高壓，催化劑√氣體體積減小的放熱反應需使平衡正向移動理論上可采用低溫、高壓在實際生產中還需考慮反應速率、設備承受的壓力及催化劑的活性等因素的影響。自我測試4.如圖為工業合成氨的流程圖，下列有關說法錯誤的是A.步驟①中“凈化”可以防止催化劑中毒B.步驟②中“加壓”既可以提高原料的平衡轉化率，又可以增大反應速率C.步驟③有利于增大反應速率，也有利于提高原料的平衡轉化率D.產品液氨除可生產化肥外，還可用作制冷劑√可增大氮氣、氫氣濃度但不利于提高原料平衡轉化率，催化劑也不能使平衡移動液氨可用酸吸收生成銨態氮肥，液氨汽化時會吸收大量熱，可用作制冷劑本節內容結束更多精彩內容請登錄：1.合成氨反應的特點合成氨反應：N2(g)＋3H2(g)

2NH3(g)。已知298K時：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1。(1)自發性：常溫(298K)下，ΔH－TΔS<0，能自發進行。(2)可逆性：反應為可逆反應。(3)熵變：ΔS<0，正反應是氣體體積減小的反應。(4)焓變：ΔH<0，正反應是放熱反應。目標一答案2.原理分析根據合成氨反應的特點，利用我們學過的影響反應速率的因素和勒夏特列原理分析應如何選擇反應條件，以增大合成氨的反應速率、提高平衡混合物中氨的含量，請填寫下表。條件提高反應速率提高平衡轉化率壓強增大壓強增大壓強溫度升高溫度降低溫度催化劑使用無影響濃度增大反應物濃度增大反應物濃度，降低生成物濃度目標一答案3.數據分析根據課本表2-2在不同溫度和壓強下(初始時N2和H2的體積比為1∶3)，平衡混合物中氨的含量實驗數據分析，提高反應速率的條件是升高溫度、增大壓強；提高平衡混合物中氨的含量的條件是降低溫度、增大壓強。二者在溫度這一措施上是不一致的。實驗數據的分析與理論分析的結論是一致的。目標一答案1.工業生產中，必須從反應速率和反應限度兩個角度選擇合成氨的適宜條件。(1)盡量增大反應物的轉化率，充分利用原料。(2)選擇較快的化學反應速率，提高單位時間內的產量。(3)考慮設備的要求和技術條件。目標二答案2.合成氨反應的適宜條件(1)壓強目前我國的合成氨廠一般采用的壓強為10～30MPa。合成氨時不采用更高壓強的理由：_________________________。答案壓強越大，對材料的強度和設備的制造要求就越高，需要的動力也越大，這將會大大增加生產投資，并可能降低綜合經濟效益目標二答案(2)溫度實際生產中一般采用的溫度為400～500℃。不采用低溫的理由：_________________________________。答案溫度降低會使化學反應速率減小，達到平衡所需時間變長，這在工業生產中是很不經濟的，且鐵觸媒在500℃左右時的活性最大目標二答案(3)催化劑①目前，合成氨工業中普遍使用的是以鐵為主體的多成分催化劑，又稱鐵觸媒。②我們知道催化劑對平衡轉化率無影響，在合成氨工業中還要使用催化劑的原因是____________________________________。答案即使在高溫、高壓下，N2和H2的化合反應仍然進行得十分緩慢。加入催化劑，改