2018年高中化学_第2章 化学反应的方向、限度与速率 2.4 化学反应条件的优化——工业合成氨课件10 鲁科版选
高中化学第2章化学反应的方向限度与速率第4节化学反应条件的优化__工业合成氨课件鲁科版选择性必修1
2.工业合成氨的正反应是放热反应,下列关于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的 图像中,错误的是( )
答案C 解析合成氨反应是放热反应,升高温度,正、逆反应速率都增大,但逆反应 速率增大的程度大,A正确;在T1时w(NH3)最大,达到平衡,再升高温度,平衡 逆向移动,w(NH3)减小,B正确;低温时达到平衡,w(NH3)大,C错误;增大压强, 平衡向右移动,w(NH3)增大,D正确。
3.合成氨反应的限度 降低温度、增大压强将有利于合成氨反应的化学平衡向生成氨气的方向 移动,在一定温度和压强下,从化学平衡的角度分析,反应物氮气与氢气的 体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。
【微思考】已知298 K时,N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.2 kJ·mol-1,ΔS=-198.2 J·K-1·mol-1,请通过计算说明298 K时合成氨反 应能否自发进行?
变式训练2对于可逆反应3H2(g)+N2(g) 2NH3(g) ΔH<0,当反应达到平 衡后,为了使H2的转化率增大,下列选项中采用的三种方法都正确的是 () A.升高温度,降低压强,增加氮气 B.降低温度,增大压强,加入催化剂 C.升高温度,增大压强,增加氮气 D.降低温度,增大压强,分离出部分氨
2NH3(g)
①一定温度下,在容积恒定的密闭容器中,一定量的N2和H2反应达到平衡后,
改变某一外界条件,反应速率与时间的关系如图所示,其中t2、t4、t7时刻所
对应的实验条件改变分别是t2
,t4
,t7
。
②温度为T ℃时,将2a mol H2和a mol N2放入0.5 L 密闭容器中,充分反应达
平衡后测得N2的转化率为50%,此时放出热量46.1 kJ,则该温度下反应的平
高中化学第2章化学反应的方向、限与速率2.2化学反应的限鲁科4鲁科高二4化学
D、 A、B、C的分子数之比为1:3:2
第十四页，共十六页。
化学平衡 的标志 (huàxuépínghéng)
5、对于反应2SO2+O2
2SO3，下列说法， 能表示
反应处于化学平衡状态的是（ ）
A
①V(O2)生成=V(O2)消耗
②SO2、O2、SO3的浓度(nóngdù)之比为2∶1∶2
③单位时间内消耗1molO2 ，同时生成2molSO3
D、正、逆反应的速率相等
第十一页，共十六页。
化学平衡练习
随堂练习 2 (liànxí)
思考
对于可逆反应M＋N
Q达到平衡时，
下列说法(shuōfǎ)正确的是（C ）
A.M、N、Q三种物质的浓度一定相等 B.M、N全部变成了Q C.反应物和混合物的浓度保持(bǎochí)不变
D.反应已经停止
第十二页，共十六页。
2NH3(g)
对于以上反应，请分析：
（1）当反应刚开始时，反应物和生成物的浓
度哪个大？
反应物浓度(nóngdù)最大，生成物浓度(nóngdù)为零
（2）当反应刚开始时，正反应与逆反应哪个 （3）反随应着速反率应大的？进行(jìn正xíng反)，应反速应率物最和大生，成逆物反浓应度速率为零。
如何变化？ （4）随着反应的进行反，应v(物正浓)与度v逐(逆渐)怎减样小变，生化成？物浓度逐渐增大。
（1）ひ正=ひ逆 （2）达平衡时各物质的含量（质量分数(fēnshù)、
物质的量分数(fēnshù)、体积分数(fēnshù)）及各物 质浓度、质量、体积不再变化。
第十页，共十六页。
D 1、可逆反应达到平衡的重要特征(tèzhēng)（
）
A、反应停止了
2018年高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 2.3.1 化学反应速率课件11 鲁科版选修4
导学案反馈
优秀小组 优秀个人
不足之处
第1组、第5组、
闪光点：完成率
第7组、第8组
高，书写工整，
有思考过程和做
井媛、高通飞、董若彤、 题痕迹，有疑问 李小龙、董宇菲、毕思 的地方有标记
敏、李婷、李苑祯、杨
聪慧、杨妮、曹哲、余
柯欣、刘振兴、杨楠、
张燚、韩霜
不会归纳总结，得出结论比较零散， 没有形成完整的知识体系。
d.物质速率v之比等于其化学方程式中化
学计量数比。
反应：aA + bB
cC + dD
v(A): v(B): v(C): v(D) = a : b : c : d
思考：说明了什么问题？
活动探究
——影响化学反应速率的因素 联想质疑 实验室制取 O2、CO2 和 H2 的 过程中，哪些因素会影响到气体制取的 快慢？
A．升高温度能加快反应速率 B．降低压强能加快反应速率 C．改变压强对反应速率无影响 D．使用催化剂不能加快反应速率
3．四位同学同时进行反应：A＋3B=2C＋2D的速率测定
实验，分别测得反应速率如下：
①v(A)＝0.15 mol/(L·s)；②v(B)＝0.6 mol/(L·s)；
③v(C)＝0.5 mol/(L·s)； ④v(D)＝1.2 mol/：探究影响化学反应快慢的因素
1、利用所给试剂和仪器进行实验探究，设 计实验方案验证你的预测。
2、通过什么说明反应进行的快慢？
3、如果影响因素不止一个，实验中应该如 何处理多个影响因素的情况？
在上述实验过程中，体会到的科学 探究的方法是：
1、完整的探究过程
浓度---固体的浓度，可视为常数
影 温度---升高10度,速率一般增大2—4倍
2018年高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 2.4 化学反应条件的优化课件6 鲁科版选修4
答案：B
创新探究
科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。 曾有实验报道：在常温、常压、光照条件下，N2 在催化剂(掺 有少量 Fe2O3 的 TiO2)表面与水发生反应，生成的主要产物为 NH3。进一步研究 NH3 生成量与温度的关系，部分实验数据见 下表(光照、N2 压力 1.0×105Pa、反应时间 3 h)：
知新
学案导学
一、合成氨反应的限度 1．合成氨的化学方程式
。
2．合成氨反应的特点 (1)所有的反应物和生成物都是气态，且该反应为 体积减小 的 反应； (2)气体的物质的量 减小 的熵 减小 的反应； (3)该反应的正反应为 放热 反应。 3．利用化学平衡移动的原理分析什么条件有利于氨的合成。 由以上数据可知，合成氨反应是一个 放 热的、熵 减小的可逆 反应。由化学平衡移动原理， 降低 温度、 增大 压强有利于 化学平衡向生成氨的方向移动。
平衡常数不 大
原料气体浓 降低温度 度增加能提
高反应速率
增大N2、H2 的浓度
氨气浓度降 低使平衡过 程正移
降低NH3浓 度
氨气浓度增 加能降低反 应速率
分离氨气
2.合成氨反应的适宜条件
运用化学反应速率和化学平衡移动原理，同时考虑合成氨生产 中的动力、材料、设备等因素，选择合成氨的适宜条件：
因素 条件
T/K
303 313 323 353
NH3生成量/(10－6 mol) 4.8 5.9 6.0 2.0
相应的热化学方程式如下： N2(g)＋3H2O(l)===2NH3(g)＋32O2(g) ΔH＝765.2 kJ·mol－1 回答下列问题： (1)请画出上述反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过 程中体系能量变化示意图，并进行必要标注。 (2)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应 速率慢。请提出可提高其反应速率且增大 NH3 生成量的建议： ______________________________________。
高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 2.3 化学反应速率(第1课时)化学反应速率教案 鲁
高中化学第2章化学反应的方向、限度与速率2.3 化学反应速率（第1课时）化学反应速率教案鲁科版选修4编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（高中化学第2章化学反应的方向、限度与速率2.3 化学反应速率（第1课时）化学反应速率教案鲁科版选修4）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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化学反应速率教学目标知识与技能：1.了解化学反速率的概念和表示方法.2。
掌握化学反速率的计算。
3.掌握化学反速率的测定方法过程与方法:通过有关化学反应速率的计算，掌握计算化学反应速率的方法,提高计算能力.情感、态度与价值观：通过实验测定化学反应速率，体会化学是实验为基础的自然科学。
教学重点:化学反速率的概念及计算。
教学难点：化学反应速率的计算。
教学过程：【引入新课】通过课本上的例子说明一个化学反应是否具有利用价值不仅决定于它是否有可能发生以及反应进行的程度，还决定于化学反应速率的快慢。
要想有效地控制化学反应,必须要了解化学反应是怎样进行的，并能定量分析浓度、温度、催化剂等反应条件对化学反应速率的影响程度。
今天这节课我们主要学习一下化学反应速率的表示方法，下节课我们学习影响化学反应速率的因素。
【板书】第3节化学反应的速率【思考1】影响化学反应速率的因素有哪些?【回答】浓度、温度、压强、催化剂、反应物间的接触面积【思考2】如何比较化学反应的速率【学生】反应物消耗的快慢或生成物增加的快慢【思考3】如何定量描述化学反应的速率【活动•探究】学生阅读P55【投影】实验的图片。
化学反应原理第2章
若各物质的浓度为c时，定温下反应的吉布斯能变
△G = △Gc + RTlnQc =－RTlnKc + RTlnQc = RTlnQc /Kc Qc = [(cG/c)g (cH/c)h]/[(cD/c)d(cE/c)e)]
同理，反应的 Qc < Kc ，可以自发； Qc = Kc，平衡； Qc > Kc， 非自发
式中，Qp—反应体系中物质的压强商，其大小由始终态时反应物质的压强 决定；必需用标准平衡常数K 。 Qp = [(pG/p)g (pH/p)h]/[(pD/p)d/ (pB/p)e]非平衡 • 等T、p，不做非体积功，可由△G（＜0；=0；＞0）判断反应方向：
Qp＜ K ，可以自发； Qp = K ，平衡； Qp ＞ K ， 非自发
第2章 化学反应的方向、限度与速率 第1节 化学反应的方向
二、反应熵变与反应方向 Clausius 1850年提出，将可逆热温商命名为熵： dS = Q可/T
S = Q可/T= Q可/T
过程的熵变S只取决于始终态，定义一个新的热力学函数熵S。 • S与体系混乱度的关系；体系达到平衡状态时熵值最大；许多常见自发过
随温度T变化，△H(T)和△S(T)的变化率是不同的！
• 若设△rCp=0，则△H、△S与T无关，可近似估算反应的转折温度： △H -T△S =0 ； T =T转折时，反应达到平衡，得 T转折= △H/△S；
若T > T转折时， △H -T△S < 0， 反应可以进行。
而T < T转折时， △H -T△S > 0， 反应正向不能进行。 以上判断的前提是：等温、等压、不做非体积功。
第2章 化学反应的方向、限度与速率 第1节 化学反应的方向
高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨学案 鲁科版选
第4节化学反应条件的优化—工业合成氨发展目标体系构建1.结合生产实例，讨论化学反应条件的选择和优化，形成从限度、速率、能耗的多角度综合调控化学反应的基本思路，发展“绿色化学”的观念和辩证思维的能力。
2.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题。
1．合成氨反应的限度(1)反应原理N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1。
(2)反应特点(3)影响因素①外界条件：降低温度、增大压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。
②投料比：温度、压强一定时，N2、H2的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。
微点拨：合成氨反应中，为了提高原料转化率，常采用将未能转化的N2、H2循环使用的措施。
2．合成氨反应的速率(1)提高合成氨反应速率的方法(2)浓度与合成氨反应速率之间的关系在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由速率方程可知：增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。
微点拨：温度升高k值增加，会加快反应速率；同时加入合适的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使合成氨反应的速率提高。
3．合成氨生产的适宜条件(1)合成氨反应适宜条件分析工业生产中，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。
(2)合成氨的适宜条件序号影响因素选择条件1 温度反应温度控制在700_K左右2 物质的量N2、H2投料比1∶2.83 压强1×107～1×108 Pa4 催化剂选择铁做催化剂5 浓度使气态NH3变成液态NH3并及时分离出去，同时补充N2、H2(3)合成氨的生产流程的三阶段1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。
第二章 化学反应的方向、限度与速率_知识汇总
第2章化学反应的方向、限度与速率目录一、反应焓变、熵变与反应方向 (1)二、用焓变与熵变综合判断反应方向 (2)三、平衡转化率的概念及表达式 (2)四、平衡转化率与化学平衡常数的计算 (3)五、压强平衡常数及应用 (4)六、化学平衡移动 (5)七、温度对化学平衡的影响 (5)八、浓度对化学平衡的影响 (6)九、压强对化学平衡的影响 (6)十、平衡移动原理(勒.夏特列原理) (7)十一、化学反应是有历程的 (7)十二、化学反应速率 (8)十三、化学反应速率的测定 (9)十四、浓度、压强对化学反应速率的影响 (10)十五、温度对化学反应速率的影响 (11)十六、催化剂对化学反应速率的影响 (11)十七、合成氨反应的限度与速率 (13)十八、合成氨生产的适宜条件 (14)十九、化学反应速率和化学平衡在化工生产中的调控作用 (14)一、反应焓变、熵变与反应方向1.反应焓变与反应方向(1)自发反应：在一定条件(温度、压强)下，具有自动发生倾向的化学反应。
(2)自发反应与吸热反应、放热反应的关系①多数能自发进行的化学反应是放热反应。
4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)ΔH＝－444.3 kJ·mol－1②有些吸热反应也能自发进行。
NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)ΔH＝＋37.30 kJ·mol－1上述反应均能自发进行。
结论：不能仅用反应焓变来判断反应能否自发进行。
2.反应熵变与反应方向(1)熵、熵变的概念(2)影响熵值大小的因素①体系的熵值：体系的无序程度越大，体系的熵值就越大。
②纯物质的熵值纯物质熵值的大小与物质的种类、数量、聚集状态以及温度、压强等因素有关。
例如对同一物质来说，S(g)＞S(l)＞S(s)。
在同一条件下，不同物质的熵不同。
(3)熵变与反应方向①熵增加有利于反应的自发进行。
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结合外界条件对合成氨反应 的平衡和速率的影响，请小组探 究，工业中合成氨的适宜条件。
温馨提示: 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。
压强怎么选？ 温馨提示：
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
选择多大比较合适？是不是越大越好？
600 0.4 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
700 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
800 0.05 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4
实际生产中的处理方法：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（1：2.8 ）。
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6
N2:H2
浓度怎么选择？
增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小 生成物的浓度可以使平衡正向移动。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，可提高H2的转化率，即N2和H2的物质的量比 为1：2.8时，更能促进氨的合成。
交流研讨（P65 ）：已知N2(g)+3H2 (g) 2NH3 (g) △H＜0。在298K时:
△H－T△S = － 33.14 kJ·mol－1
反
_能____自发进行的反应
应 特 点
_可_逆___反应 正反应为_放__热__反应
正反应为气体体积_减__小__的反应
【自主探究】
根据合成氨反应的特点应分别采取什么措施提高 反应的平衡转化率和反应速率？请填写下表
C CO + H2O
CO2 + H2 (正反应放热)，
下列措施中，能提高CO转化率的是（
）
A．增大压强
氨 适
根据设备动力选择压强：
宜 条 件
低压(1×107Pa) 、 中压(2×107Pa~ (3×107Pa) 、 高压(8.5×107Pa ~ 1×108Pa )、
浓度： N2、H2投料比_1_:_2_.8__
及时分离__氨__气____
1、关于氨的合成工业的下列说法正确的是 （ B） (A)从合成塔出来的气体，其中氨一般占 15%，所以生产氨的工业的效率都很低 (B)由于NH3易液化，N2、H2可循环使用， 则总的说来氨的产率很高 (C)合成氨工业的反应温度控制在500 ℃左 右，目的是使平衡向正反应方向进行 (D)合成氨工业采用20 MPa ---- 50MPa ， 是因该条件下催化剂的活性最好
高上万亿倍分析，在合成氨工业中我们
到底需不需要使用催化剂？
答：需要，因为使用催化剂虽然不能提高 合成氨的限度，但是可大大提高合成氨反 应的速率，大大的缩短到达平衡的时间。
温度怎么选择？
温馨提示： 既然降低温度有利于平衡向合成氨的方
向移动，但是合成氨的速率会降低，那么温 度我们应该如何选择？
NH3% 浓度怎么选择？
2.有如下平衡体系： CO（g）+2H2（g） CH3OH(g)（正
反应为放热反应），为了增加甲醇的产量，
应采取的正确措施是（ C ）
A.高温、高压 B.低温、低压 C.适当的温度、适当的高压、适宜的催化剂 D.高温、高压、催化剂
3、合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应 而制得，其中一步的反应为：
合 成
氨
循
分环压缩机塔 Nhomakorabea离
压
器
缩
氮氢混合气
水冷器 循环气体
液
机
氨
合成氨流程简图
小结
1、合成氨的工业条件的选择 ——反应速率和化学平衡共同作用的结果 2、选择合成氨的条件时，既不能片面地
追求高转化率，也不能只追求高反应速 率，而应该……
三、合成氨的适宜条件
合 成
催化剂__铁__触__媒______ 温度__7_0_0__K_左__右___
【合作探究】
据合成氨反应的特点应分别采取一些措施提高反 应的平衡转化率和反应速率，但是二者能否一致？
外界条件 压强
使NH3 生产的多 平衡分析
使NH3 生产的快 速率分析
高压
一致
高压
催化剂
无影响
使用
温度
低温
矛盾
高温
浓度
增大反应物浓度 增大反应物浓度
一致
减小生成物浓度
减小生成物浓度
【合作 · 探究】
德国化学家 弗里茨·哈伯
药物
机械工业
磺胺 冷冻(致冷剂)
石油加工
化肥工业
铵盐
氨 (氨氧化法) 硝酸
染料
氰化物
与 CO2反应
炸药
尿素
金属冶炼 (作为肥料,尿素含氮量最高,是 中 性 速 效 肥 料 ,不 会 影 响 土 质 )
塑料
合成纤维
丁腈橡胶
假如将来你是一个合成氨工厂的厂长， 对工业生产你会考虑哪些问题？
第2章 第四节
《 化学反应条件的优化 ——工业合成氨》
1914年，第一次世界大战爆发
原来……德国以哈伯 为首的一批化学家克服了 当时的世界化学难题—— 以廉价的空气、水和煤炭
合成了重要的制造肥料 和炸药的化工原料—— 氨气。因为哈伯对合成
氨工业所取得的重大成就，
哈伯获得了1918年的诺 贝尔化学奖，人们赞扬 他为——用空气制造出 面包的天使。
外界条件 压强
使NH3 生产的多 平衡分析
高压
使NH3 生产的快 速率分析
高压
催化剂
无影响
使用
温度
低温
高温
浓度
增大反应物浓度 减小生成物浓度
增大反应物浓度
【自主探究】
实验研究表明，在特定条件下，合成氨 反应的速率与参与反应的物质的浓度关系 式为：
则各物质浓度对反应速率有何影响？可以 采取哪些措施来提高反应速率？ 增大氮气和氢气的浓度，减小氨气的浓度
即使在700K和30MPa时，合成氨平衡
混合物中NH3的体积分数也只有26.4%， 转化率仍不够大，还可采取什么办法？
0.1 NH3含 压强
量/% /MPa
温度/K
400 15.3
10
81.5
20
86.4
30
89.9
60 100
95.4 98.8
500 2.2 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
• 2．合成氨反应的适宜条件 • (1)压强 • ①适宜条件
• ②理论依据：压强越大，要求动力越 大，对材料和设备的制造要求就越高。
用不用催化剂？
催化剂对合成氨反应速率的影响
条件
△ Ea/ KJ/mol
k(催)/k(无)
无催化剂 使用Fe催化剂
335 3.4×1012 / (100k)
167
根据使用催化剂可使合成氨反应的速率提