二章節(jié)化學(xué)反應(yīng)方向限和速率PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1二章節(jié)化學(xué)反應(yīng)方向限和速率二章節(jié)化學(xué)反應(yīng)方向限和速率復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的重要因素有哪些的重要因素有哪些? 化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)速率 化學(xué)平衡化學(xué)平衡 濃度濃度氣體壓強氣體壓強溫度溫度催化劑催化劑溫度越高溫度越高,反應(yīng)速反應(yīng)速率越大率越大壓強越大壓強越大,反應(yīng)速反應(yīng)速率越大率越大催化劑加快反應(yīng)速率催化劑加快反應(yīng)速率反應(yīng)物濃度越大反應(yīng)物濃度越大,反反應(yīng)速率越大應(yīng)速率越大升高溫度升高溫度,平衡向吸平衡向吸熱方向移動熱方向移動增大壓強增大壓強,平衡向氣態(tài)物平衡向氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的方向移動質(zhì)系數(shù)減小的方向移動催化劑對平衡無影響催化劑對平衡無影響增大反應(yīng)物

2、濃度增大反應(yīng)物濃度,平平衡正向移動衡正向移動第1頁/共26頁弗里茨弗里茨哈伯與合成氨哈伯與合成氨 合成氨從第一次實驗室研制到工業(yè)化投產(chǎn)經(jīng)歷合成氨從第一次實驗室研制到工業(yè)化投產(chǎn)經(jīng)歷了約了約150150年的時間。德國科學(xué)家哈伯在年的時間。德國科學(xué)家哈伯在1010年的時間年的時間內(nèi)進行了無數(shù)次的探索，單是尋找高效穩(wěn)定的催化內(nèi)進行了無數(shù)次的探索，單是尋找高效穩(wěn)定的催化劑，劑，2 2年間他們就進行了多達年間他們就進行了多達65006500次試驗，測試了次試驗，測試了25002500種不同的配方，最后選定了一種合適的催化劑種不同的配方，最后選定了一種合適的催化劑-鐵，使合成氨的設(shè)想在鐵，使合成氨的設(shè)想在1

3、9131913年成為工業(yè)現(xiàn)實。鑒年成為工業(yè)現(xiàn)實。鑒于合成氨工業(yè)的實現(xiàn)，瑞典皇家科學(xué)院于于合成氨工業(yè)的實現(xiàn)，瑞典皇家科學(xué)院于19181918年向年向哈伯頒發(fā)了諾貝爾化學(xué)獎。哈伯頒發(fā)了諾貝爾化學(xué)獎。第2頁/共26頁【交流交流研討研討】合成氨反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)合成氨反應(yīng)是一個可逆反應(yīng): N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)已知已知298K時時: H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1請根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析請根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析298K下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進行？行？298K下合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)下合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)K為為.（mol

4、L-1)-2H-T S= 33.14KJmol-1 ，反應(yīng)能自發(fā)進行。，反應(yīng)能自發(fā)進行。第3頁/共26頁合成氨反應(yīng)的特點：合成氨反應(yīng)的特點：可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)正反應(yīng)正反應(yīng)氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小正反應(yīng)是放熱反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)熵減小的反應(yīng)熵減小的反應(yīng)一、合成氨反應(yīng)的限度一、合成氨反應(yīng)的限度N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H -92.2kJ/mol(1體積體積) (3體積體積) (2體積體積) S = -198.2JK-1mol-S = -198.2JK-1mol-1 1 請利用化學(xué)平衡移動的知識分析什么條件下有利請利用化學(xué)平衡移動的知識分析什么條件下有利于氨的合成。于氨的合成。

5、降低溫度和增大壓強。降低溫度和增大壓強。第4頁/共26頁第5頁/共26頁1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2第6頁/共26頁_溫度、溫度、_壓強壓強有利于化學(xué)平衡向有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動生成氨的方向移動，N2、H2體積體積比為比為_時平衡混合物中氨的含量最高。時平衡混合物中氨的含量最高。增大降低1：3第7頁/共26頁二、合成氨反應(yīng)的速率二、合成氨反應(yīng)的速率由平衡移動原理可知，合成氨的反應(yīng)要在高壓低溫的由平衡移動原理可知，合成氨的反應(yīng)要在高壓低溫的條件下進行才能得到較高的產(chǎn)率，但是高壓對設(shè)備提條件下進行才能得到較高的產(chǎn)率

6、，但是高壓對設(shè)備提出了苛刻的要求，而反應(yīng)溫度的降低勢必延長達到平出了苛刻的要求，而反應(yīng)溫度的降低勢必延長達到平衡的時間，致使生產(chǎn)效率降低，失去工業(yè)化生產(chǎn)的意衡的時間，致使生產(chǎn)效率降低，失去工業(yè)化生產(chǎn)的意義。因此尋找最佳的生產(chǎn)條件是時，除了考慮反應(yīng)的義。因此尋找最佳的生產(chǎn)條件是時，除了考慮反應(yīng)的限度外還要研究采取你那些措施來提高化學(xué)反應(yīng)速率。限度外還要研究采取你那些措施來提高化學(xué)反應(yīng)速率。第8頁/共26頁【交流交流研討研討】1 1、你認為可以通過控制那些反應(yīng)條件、你認為可以通過控制那些反應(yīng)條件來提高合來提高合成氨反應(yīng)的速率？成氨反應(yīng)的速率？2 2、實驗研究實驗研究表明表明，在特定條件下，合成氨反

7、應(yīng)，在特定條件下，合成氨反應(yīng)的速率與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為的速率與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為: : =C(N2)C(H2)C-1(NH3)請你根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的請你根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的濃度濃度對對反反應(yīng)速率有應(yīng)速率有哪些影響？可以采取哪些措施來提高反應(yīng)速率？哪些影響？可以采取哪些措施來提高反應(yīng)速率？第9頁/共26頁3 3、請你根據(jù)下表所給的數(shù)據(jù)分析催化、請你根據(jù)下表所給的數(shù)據(jù)分析催化劑對合成氨反應(yīng)速率的影響：劑對合成氨反應(yīng)速率的影響：催化劑對合成氨反應(yīng)速率的影響條件條件 E /KJ/molk(催催)/k(無無)無催化劑無催化劑3353.41012(700k)使用使用Fe催化劑催化劑1

8、67第10頁/共26頁1.升升高溫高溫度度2.增大壓增大壓強強3.增大反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度4.使用催化劑使用催化劑5.增大增大N2H2濃度濃度,將氨及時從將氨及時從混合氣中分離出去混合氣中分離出去使用催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率使用催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率提高提高上萬億上萬億倍。倍。第11頁/共26頁生成物生成物氨的濃氨的濃度度反應(yīng)物的濃反應(yīng)物的濃度度催化劑催化劑溫度溫度壓強壓強速率分析速率分析使使NH3生產(chǎn)得快生產(chǎn)得快外界條件外界條件高高壓壓高溫高溫使用使用增大濃度增大濃度減小濃度減小濃度平衡分析平衡分析使使NH3生產(chǎn)得多生產(chǎn)得多高高壓壓低低溫溫?zé)o影響無影響增大濃度增大濃度減小濃度減小濃

9、度第12頁/共26頁 研討的內(nèi)容研討的內(nèi)容研討的問題研討的問題1、既然增大壓強既可提、既然增大壓強既可提高反應(yīng)速率，又可提高氨高反應(yīng)速率，又可提高氨的產(chǎn)量，那么在合成氨工的產(chǎn)量，那么在合成氨工業(yè)中壓強是否越大越好？業(yè)中壓強是否越大越好？壓強怎么定壓強怎么定？2、既然降低溫度有利于、既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動平衡向生成氨的方向移動，那么生產(chǎn)中是否溫度越，那么生產(chǎn)中是否溫度越低越好？低越好？3 、催化劑對化學(xué)平衡的移動催化劑對化學(xué)平衡的移動沒有影響沒有影響， 在合成氨工業(yè)中在合成氨工業(yè)中要要不要使用催化劑不要使用催化劑，為什么，為什么？溫度怎么選擇？溫度怎么選擇？要不要用催劑？要不要

10、用催劑？第13頁/共26頁 1 1、壓強怎么選？、壓強怎么選？ 分析：分析： 合成氨反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣體反應(yīng)，合成氨反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣體反應(yīng)，增大增大壓強既可以壓強既可以增大增大反應(yīng)速率，又能使反應(yīng)速率，又能使平衡正向平衡正向移移動，所以理論上壓強越大越好。動，所以理論上壓強越大越好。 但是壓強越大，對但是壓強越大，對設(shè)備設(shè)備的要求高、壓縮的要求高、壓縮H H2 2和和N N2 2所所需要的需要的動力動力大，因此選擇壓強應(yīng)符合實際科學(xué)技術(shù)大，因此選擇壓強應(yīng)符合實際科學(xué)技術(shù)。 綜合以上兩點綜合以上兩點: :根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強。量

11、及綜合指標來選擇壓強。實際生產(chǎn)中壓強一般選擇實際生產(chǎn)中壓強一般選擇在在200200500500大氣壓之間。大氣壓之間。第14頁/共26頁 2 2、溫度怎么選擇？、溫度怎么選擇？ 分析：分析： 因為正反應(yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以因為正反應(yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以降低降低溫度溫度有利于平衡有利于平衡正向正向移動。移動。 可是溫度越低，反應(yīng)可是溫度越低，反應(yīng)速率越小速率越小，達到平衡所需要，達到平衡所需要 的時間越的時間越長長，因此溫度也不宜太低。，因此溫度也不宜太低。 催化劑催化劑要在一定溫度下催化要在一定溫度下催化活性活性最大。最大。 綜合以上因素綜合以上因素: :實際生產(chǎn)中溫度一般選擇實際生產(chǎn)中溫

12、度一般選擇在在700K700K左右左右（主要考慮催化劑的活性）（主要考慮催化劑的活性）。第15頁/共26頁 3 3、用不用催化劑？、用不用催化劑？ 實際生產(chǎn)中選用實際生產(chǎn)中選用鐵鐵為主體的多成分催化劑（為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在鐵觸媒），它在700K700K時活性最高。時活性最高。 分析分析: : 經(jīng)濟效益經(jīng)濟效益和和社會效益社會效益要求化學(xué)反應(yīng)速度要要求化學(xué)反應(yīng)速度要快快， 原料的利用率要原料的利用率要高高，單位時間的產(chǎn)量要，單位時間的產(chǎn)量要高高。第16頁/共26頁 4 4、濃度怎么定？、濃度怎么定？ N N2 2 和和H H2 2的比例怎么定？的比例怎么定？ 增大增大反應(yīng)物的濃度

13、可以反應(yīng)物的濃度可以增大增大反應(yīng)速率，反應(yīng)速率，減小減小生成物的濃度可以使平衡生成物的濃度可以使平衡正向正向移動。從化學(xué)平衡移動。從化學(xué)平衡的角度分析，在氮氣和氫氣的物質(zhì)的量比為的角度分析，在氮氣和氫氣的物質(zhì)的量比為1 1：3 3時，平衡時，平衡轉(zhuǎn)化率最大轉(zhuǎn)化率最大，但是，但是實驗測得實驗測得適當提高適當提高N N2 2的的濃度，即濃度，即N N2 2和和H H2 2的物質(zhì)的量比為的物質(zhì)的量比為1 1：時，更能促進時，更能促進氨的合成。氨的合成。 實際生產(chǎn)中的處理方法實際生產(chǎn)中的處理方法：及時將氣態(tài)氨冷卻：及時將氣態(tài)氨冷卻液化分離液化分離出去；及時將氮氣和氫氣出去；及時將氮氣和氫氣循環(huán)循環(huán)利用

14、，使利用，使其保持一定的濃度。其保持一定的濃度。即即N N2 2和和H H2 2的物質(zhì)的量比為的物質(zhì)的量比為1 1：（閱讀書本（閱讀書本67頁）頁）第17頁/共26頁外部條件外部條件工業(yè)合成氨的適宜條件工業(yè)合成氨的適宜條件壓強壓強溫度溫度催化劑催化劑濃度濃度研討的結(jié)果根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強量及綜合指標來選擇壓強 適宜溫度適宜溫度 700K左右左右使用鐵觸媒作催化劑使用鐵觸媒作催化劑N2和和H2的物質(zhì)的量比為的物質(zhì)的量比為1：的投料的投料比比, 氨及時從混合氣中分離出去氨及時從混合氣中分離出去第18頁/共26頁工業(yè)上利用某工業(yè)上利用某可逆反應(yīng)可逆反

15、應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品：生產(chǎn)產(chǎn)品： 一般要一般要使用催化劑使用催化劑：這樣可以大大加快化學(xué)反：這樣可以大大加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟效益；應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟效益； 選擇選擇合適的溫度合適的溫度：該溫度是催化劑活性最大的：該溫度是催化劑活性最大的溫度；溫度； 選擇選擇合適的壓強合適的壓強：既要考慮化學(xué)反應(yīng)速率和：既要考慮化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡，還要考慮動力、材料、設(shè)備等。化學(xué)平衡，還要考慮動力、材料、設(shè)備等。 【小結(jié)小結(jié)反思反思】第19頁/共26頁1在合成氨工業(yè)中，為增加在合成氨工業(yè)中，為增加NH3的日產(chǎn)量，下列變化過的日產(chǎn)量，下列變化過程不能使平衡向右移動的是（程不能使平

16、衡向右移動的是（ ）（A）不斷將）不斷將NH3分離出來分離出來（B）使用催化劑）使用催化劑（C）采用）采用700K左右的高溫左右的高溫（D）采用）采用21075107Pa的壓強的壓強BC第20頁/共26頁2、合成氨所需的、合成氨所需的H2可由煤和水蒸氣反應(yīng)而制得，其可由煤和水蒸氣反應(yīng)而制得，其中一步的反應(yīng)為：中一步的反應(yīng)為：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)（正反應(yīng)放熱）（正反應(yīng)放熱），下列措施中，能提高，下列措施中，能提高CO轉(zhuǎn)化率的是（轉(zhuǎn)化率的是（ ）A、增大壓強、增大壓強 B、降低溫度、降低溫度 C、增大水蒸氣濃度、增大水蒸氣濃度 D、增大、增大CO濃度濃度BC3、在合成

17、氨時，可以提高、在合成氨時，可以提高H2轉(zhuǎn)化率的措施是（轉(zhuǎn)化率的措施是（ ）(A)延長反應(yīng)時間延長反應(yīng)時間 (B)充入過量充入過量H2(C)充入過量充入過量N2 (D)升高溫度升高溫度C第21頁/共26頁4、關(guān)于氨的合成工業(yè)的下列說法正確的是、關(guān)于氨的合成工業(yè)的下列說法正確的是 （ ）(A)(A)從合成塔出來的氣體，其中氨一般占從合成塔出來的氣體，其中氨一般占15%15%，所以生產(chǎn)，所以生產(chǎn)氨的工業(yè)的效率都很低氨的工業(yè)的效率都很低(B)(B)由于由于NHNH3 3易液化，易液化，N N2 2、H H2 2可循環(huán)使用，則總的說來氨的可循環(huán)使用，則總的說來氨的產(chǎn)率很高產(chǎn)率很高(C)(C)合成氨工業(yè)

18、的反應(yīng)溫度控制在合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在500 500 左右，目的是使左右，目的是使平衡向正反應(yīng)方向進行平衡向正反應(yīng)方向進行(D)(D)合成氨工業(yè)采用合成氨工業(yè)采用2020 MPa - - 50MPa 50MPa ，是因該條件下催，是因該條件下催化劑的活性最好化劑的活性最好B第22頁/共26頁5.對于反應(yīng)對于反應(yīng): 2SO2(g)+O2 (g) 2SO3 (g)下列判斷正確的是下列判斷正確的是( )體積體積SO2和足量和足量O2反應(yīng)反應(yīng),必定生成必定生成2體積體積SO3 B.其他條件不變其他條件不變,增大壓強增大壓強,平衡向右移動平衡向右移動C.平衡時平衡時, SO2消耗速率必定等于消耗速率必定等于O2的生成速率的生成速率 的兩倍的兩