第7章-第3讲-化学反应速率-工业合成氨.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第,3,讲化学反应速率工业合成氨,【,2020,备考】,最新考纲：,1.,了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法。,2.,了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。,3.,理解外界条件,(,浓度、温度、压强、催化剂等,),对反应速率的影响，认识并能用相关理论解释其一般规律。,4.,了解反应活化能的概念。,5.,了解化学反应速率的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。,核心素养：,1.,变化观念与平衡思想：能认识化学反应速率是变化的，知道化学反应速率与外界条件有关，并遵循一定规律；能多角度、动态地分析化学反应速率，运用化学反应原理解决实际问题。,2,.,实验,探究,与创新意识：能发现和提出有关化学反应速率的有探究价值的问题；通过控制变量来探究影响化学反应速率的外界条件。,考点一化学反应速率,(,频数：,难度：,),化学反应速率在高考中主要在二卷中设项考查，考查角度有以下几,个方面：,(1),速率影响因素分析。,(2),根据图表信息求算化学反应速率。,(3),根据图表信息比较反应速率大小。,(4),根据信息求算某一反应的正逆速率。,1,.,化学反应速率,快慢,增加,2.0 molL,1,min,1,计算反应速率时，我们往往忽略溶液的体积，特别是给出的是物质的量的变化量时，一定要先转化为物质的量浓度的变化量，再进行计算。,2,.,化学反应速率与化学计量数的关系,系,数,m,n,p,q,0.2,0.4,当比较用不同物质表示同一反应速率的相对大小时，必须做到两个统一：即按照,系,数关系换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值大小。,3,.,求解反应速率的解题模式：,“,三段式,”,法,速查速测,1.,(,易混点排查,),正确的打,“,”,，错误的打,“”,2.,（教材改编题）,（,LK,选修,4P,55,“,活动,探究,”,改编）,某温度下，浓度都是,1 molL,1,的两种气体,X,2,和,Y,2,，在密闭容器中反应生成气体,Z,，经,t,min,后，测得各物质的浓度分别为,c,（,X,2,）,0.4 molL,1,，,c,（,Y,2,）,0.6 molL,1,，,c,（,Z,）,0.4 molL,1,，则该反应的化学方程式可表示为（）,答案,B,3.,(,思维探究题,),比较化学反应速率大小时，可通过比较化学反应速率,与,系,数,的比值的大小快速判定。,v,(CO),1.5 molL,1,min,1,v,(NO,2,),0.7 molL,1,min,1,v,(N,2,),0.4 molL,1,min,1,v,(CO,2,),1.1 molL,1,min,1,v,(NO,2,),0.01 molL,1,s,1,上述,5,种情况反应的速率由大到小的顺序为,_,。,答案,A,组基础知识巩固,A.,v,(A),0.5 molL,1,min,1,B.,v,(B),1.2 molL,1,s,1,C.,v,(D),0.4 molL,1,min,1,D.,v,(C),0.1 molL,1,s,1,解析,本题可以采用归一法进行求解，通过方程式的,系,数将不同物质表示的反应速率折算成同一物质表示的反应速率进行比较，,B,物质是固体，不能表示反应速率；,C,项中对应的,v,(A),0.2 molL,1,min,1,；,D,项中对应的,v,(A),3 molL,1,min,1,。,答案,D,A.1 B.2,C.3 D.4,解析,先计算出用,D,表示的该反应的反应速率：,v,(D),1 mol2 L5 min,0.1 molL,1,min,1,，根据,C,与,D,的反应速率关系有,x,2,0.1 molL,1,min,1,0.1 molL,1,min,1,，则,x,2,。,答案,B,A.,t,1,min,时，正、逆反应速率相等,B.X,曲线表示,NH,3,的物质的量随时间变化的关系,C.0,8 min,内，,H,2,的平均反应速率,v,(H,2,),0.075 molL,1,min,1,D.10,12 min,，升高温度，反应速率减慢,答案,B,【方法规律】,依据图像求反应速率的步骤,B,组考试能力过关,在,0,60 s,时段，反应速率,v,(N,2,O,4,),为,_molL,1,s,1,。,答案,0.001 0,5.,2018,课标全国,，,28(2),F.Daniels,等曾利用测压法在刚性反应器中研究了,25,时,N,2,O,5,(g),分解反应：,其中,NO,2,二聚为,N,2,O,4,的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强,p,随时间,t,的变化如表所示,(,t,时，,N,2,O,5,(g),完全分解,),：,研究表明，,N,2,O,5,(g),分解的反应速率,v,2,10,3,p,N,2,O,5,(kPamin,1,),。,t,62 min,时，测得体系中,p,O,2,2.9 kPa,，则此时的,p,N,2,O,5,_kPa,，,v,_,kPamin,1,。,t,/min,0,40,80,160,260,1 300,1 700,p,/kPa,35.8,40.3,42.5,45.9,49.2,61.2,62.3,63.1,答案,30.0,6.0,10,2,6.,2018,课标全国,，,28(3),对于反应,2SiHCl,3,(g)=SiH,2,Cl,2,(g),SiCl,4,(g),，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在,323 K,和,343 K,时,SiHCl,3,的转化率随时间变化的结果如图所示。,答案大于,1.3,考点二影响化学反应速率的因素,(,频数：,难度：,),化学反应速率的影响因素是高频考点，主要考查外界条件改变,对速率影响的结论判断；由图像速率的改变判断外界条件的改变；另外要注意外界条件改变对速率的影响和平衡的影响的关系。,1,.,内因,v,(Mg),v,(Al),2,.,外因,(,其他条件不变，只改变一个条件,),浓度对化学反应速率的影响的理解,固体和纯液体对化学反应速率无影响，但要注意水,(,液态,),对溶液的稀释作用。,浓度的改变必须是真正参加反应离子的浓度，如酸碱中和反应影响速率的是,H,、,OH,浓度。,体系中各组分气体浓度同等程度的改变相当于压强的改变。,3,.,理论解释,有效碰撞理论,(1),活化分子：能够发生有效碰撞的分子。,(2),活化能：如图,图中：,E,1,为,，使用催化剂时的活化能为,，,E,2,为,，反应热为,。,(3),有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。,正反应的活化能,E,3,逆反应的活化能,E,1,E,2,(4),活化分子、有效碰撞与反应速率的关系,速查速测,1.,(,易混点排查,),正确的打,“,”,，错误的打,“”,2.,(,教材改编题,),(RJ,选修,4P,24,2,改编,),中国首条,“,生态马路,”,在上海复兴路隧道建成，它运用了,“,光触媒,”,技术，在路面涂上一种光催化剂涂料，可将汽车尾气中,45%,的,NO,和,CO,转化成,N,2,和,CO,2,。下列对此反应的叙述中正确的是,(,),A.,使用光催化剂不改变反应速率,B.,使用光催化剂能增大,NO,的转化率,C.,升高温度能加快反应速率,D.,改变压强对反应速率无影响,答案,C,3.,(,思维探究题,),小组讨论,有人说压强对化学反应速率的影响是通过改变浓度实现的。,A,组基础知识巩固,答案,A,反应时间,/min,0,10,20,30,40,50,c,(X)/molL,1,0.100,0.090,0.080,0.070,0.060,0.050,反应时间,/min,60,70,80,90,100,c,(X)/molL,1,0.040,0.030,0.020,0.010,0.000,下列有关说法正确的是,(,),A.X,的浓度越大，反应速率越大,B.X,的浓度越大，消耗一半时所用的时间越短,C.X,分解的速率与其浓度无关,D.X,的分解速率先快后慢,解析,X,的分解速率是匀速的，与其浓度无关，,A,、,D,错误，,C,正确；,X,的分解速率不变；,X,的浓度越大，消耗一半时所用的时间越长，,B,项错误。,答案,C,3.,(2018,安徽省示范高中第一次联考,),外界其他条件相同，不同,pH,条件下，用浓度传感器测得反应,2A,B=3D,中产物,D,的浓度随时间变化的关系如图。则下列有关说法正确的是,(,),A.pH,8.8,时，升高温度，反应速率不变,B.,保持外界条件不变，反应一段时间后，,pH,越小，,D,的浓度越大,C.,为了实验取样，可以采用调节,pH,的方法迅速停止反应,D.,减小外界压强，反应速率一定减小,解析,pH,8.8,时，升高温度，反应速率一定增大，故,A,错误；保持外界条件不变，反应一段时间后，,pH,7.5,和,pH,8.2,时，有可能,D,的浓度相同，故,B,错误；当,pH,8.8,时，,c,(D),基本不变，反应速率接近于,0,，说明反应停止，故,C,正确；没有气体参加的反应，减小压强对反应速率几乎没有影响，故,D,错误。,答案,C,【易错警示】,有关化学反应速率的两大易错点,1,.,错误地认为只要增大压强，化学反应速率一定增大。,实际上反应在密闭固定容积的容器中进行，若充入氦气,(,或不参与反应的气体,),，压强增大，但参与反应的各物质的浓度不变，反应速率不变；若反应在密闭容积可变的容器中进行，充入氦气,(,或不参与反应的气体,),而保持压强不变，相当于参与反应的各物质的浓度减小，反应速率减小。,2,.,不能正确区分外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响趋势。,如对,H,0,的反应，升高温度，平衡逆向移动，正、逆反应速率都增大，并不是只增大逆反应速率，只是逆反应速率增大的程度大于正反应速率；工业合成氨中，移出部分氨气,(,平衡右移,),，在移出氨气时刻，正反应速率瞬间不变，逆反应速率减小。,B,组考试能力过关,4.,(,全国卷节选,),COCl,2,的分解反应为,COCl,2,(g)=Cl,2,(g),CO(g),H,108 kJmol,1,。反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示,(,第,10 min,到,14 min,的,COCl,2,浓度变化曲线未示出,),：,(1),比较第,2 min,反应温度,T,(2),与第,8 min,反应温度,T,(8),的高低：,T,(2)_,T,(8)(,填,“,”“,”,或,“,”),。,(2),比较产物,CO,在,2,3 min,、,5,6 min,和,12,13 min,时平均反应速率,平均反应速率分别以,v,(2,3),、,v,(5,6),、,v,(12,13),表示,的大小,_,。,(3),比较反应物,COCl,2,在,5,6 min,和,15,16 min,时平均反应速率的大小：,v,(5,6),_,v,(15,16),(,填,“,”“,”,或,“,”),，原因是,_,_,。,解析,(1)2 min,和,8 min,时反应都处于平衡状态，在,4 min,时生成物浓度都增大，反应物浓度减小，则改变的条件是升高温度，故,T,(2),T,(8),。,(2),分析图像表示的意义，根据图像可得出平均反应速率为,v,(5,6),v,(2,3),v,(12,13),。,(3),分析图像可知反应在,5,6 min,和,15,16 min,时，反应温度相同，因为在相同温度时，该反应的反应物浓度越高，反应速率越大，故,v,(5,6),v,(15,16),。,答案,(1),(2),v,(5,6),v,(2,3),v,(12,13),(3),在相同温度时，该反应的反应物浓度越高，反应速率越大,5.,2018,江苏化学，,20(4),在有氧条件下，新型催化剂,M,能催化,NH,3,与,NO,x,反应生成,N,2,。,NH,3,与,NO,2,生成,N,2,的反应中，当生成,1 mol N,2,时，转移的电子数为,_mol,。,将一定比例的,O,2,、,NH,3,和,NO,x,的混合气体，匀速通入装有催化剂,M,的反应器中反应,(,装置如图,1),。,反应相同时间,NO,x,的去除率随反应温度的变化曲线如图,2,所示，在,50,250,范围内随着温度的升高，,NO,x,的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是,_,_,；,当反应温度高于,380,时，,NO,x,的去除率迅速下降的原因可能是,_,。,考点,三,工业合成氨,(,频数：,难度：,),工业合成氨条件的选择是对化学反应速率、化学反应限度的综合应用，在现实工业生产中既要考虑理论指导又要考虑生产工艺的限制。,1.,反应特点,N,2,（,g,）,3H,2,（,g,）,2NH,3,（,g,）,H,0,S,0,2.,合成氨适宜条件的选择,（,1,）温度以,_,左右为宜；,（,2,）压强大致可分为,_,（,1,10,7,Pa,）、,_,（,2,10,7,Pa,3,10,7,Pa,）和,_,（,8.5,10,7,Pa,1,10,8,Pa,）三种类型；,（,3,）用,_,做催化剂；,（,4,）按,N,2,与,H,2,的物质的量之比为,_,投料并及时分离出,_,。,700 K,低压,中压,高压,铁触媒,1,2.8,NH,3,3.,合成氨工业的简要过程,速查速测,1.,（易混点排查）,对于合成氨反应，达到平衡后，判断以下分析正误,（,1,）升高温度，对正反应的反应速率影响更大（）,（,2,）增大压强，对正反应的反应速率影响更大（）,（,3,）减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大（）,（,4,）加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大（）,答案（,1,）,（,2,）,（,3,）,（,4,）,2.,（,LK,选修,4P,70,1,改编）,合成氨时既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采用的办法是,。,减压,加压,升温,降温,及时从平衡混合气中分离出,NH,3,补充,N,2,或,H,2,加催化剂,减小,N,2,或,H,2,的量,答案,A,组基础知识巩固,1.,合成氨反应达到平衡时，,NH,3,的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是（）,A.,提高分离技术,B.,研制耐高压的合成塔,C.,研制低温催化剂,D.,探索不用,N,2,和,H,2,合成氨的新途径,解析,由题图可知，,NH,3,的体积分数随着温度的升高而显著下降，故要提高,NH,3,的体积分数，必须降低温度，但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度为,700 K,，故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。,答案,C,2.,（,2018,山东济宁中学模拟）,一定条件下，在容积固定的某密闭容器中发生反应,N,2,3H,2,2NH,3,。在,10 s,内,N,2,的浓度由,5 mol/L,降至,4 mol/L,，下列说法正确的是（）,A.,用,NH,3,表示的化学反应速率为,0.1 mol/,（,Ls,）,B.,使用合适的催化剂，可以加快该反应的速率,C.,增加,H,2,的浓度或降低温度都会加快该反应的速率,D.,反应足够长时间，,N,2,、,H,2,中至少有一种物质浓度降为零,解析,根据题意,v,（,N,2,）,0.1 mol/,（,Ls,），则,v,（,NH,3,）,0.2 mol/,（,L,s,），,A,项错误；使用合适催化剂能加快合成氨的反应速率，,B,项正确；降低温度，反应速率减慢，,C,项错误；,N,2,、,H,2,合成氨的反应为可逆反应，延长反应时间不能改变平衡状态，,N,2,、,H,2,的浓度不可能降为,0,，,D,项错误。,答案,B,3.,合成氨反应的正反应是气体体积减小的放热反应。合成氨工业的生产流程如下：,关于合成氨工业的说法中不正确的是（）,A.,混合气体进行循环利用遵循绿色化学思想,B.,合成氨反应须在低温下进行,C.,对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率,D.,使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动,解析,低温虽然有利于平衡正向移动，但低温会导致反应速率降低，不利于提高生产效率，答案选,B,。,B,4.,工业合成氨,N,2,（,g,）,3H,2,（,g,）,2NH,3,（,g,）反应过程中的能量变化如图所示，据图回答下列问题：,（,1,）该反应通常用活性铁作催化剂，加活性铁会使图中,B,点,（填,“,升高,”,或,“,降低,”,），理由是,_,。,（,2,）,450,时该反应的平衡常数,（填,“,”,或,“,”,）,500,时的平衡常数。,（,3,）一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高,H,2,的转化率，可以采取的合理措施有,（填字母）。,a.,高温高压,b.,加入催化剂,c.,增加,N,2,的浓度,d.,增加,H,2,的浓度,e.,分离出,NH,3,答案,（,1,）降低催化剂能降低反应活化能,（,2,）,（,3,）,ce,B,组考试能力过关,5.,2017,天津理综，,10,（,1,）（,2,）,H,2,S,和,SO,2,会对环境和人体健康带来极大的危害，工业上采取多种方法减少这些有害气体的排放，回答下列各方法中的问题。,H,2,S,的除去,由图,1,和图,2,判断使用硫杆菌的最佳条件为,_,。,若反应温度过高，反应速率下降，其原因是,_,_,。,解析,由硫杆菌存在时的反应速率增大,5,10,5,倍可知，硫杆菌为该反应的催化剂，该反应中硫杆菌改变了反应路径，降低了反应的活化能。,由图,1,可知，温度在,30,左右时，速率最快；由图,2,可知，反应混合液的,pH,2.0,左右时，速率最快。由此可推断使用硫杆菌的最佳条件为温度为,30,、混合液的,pH,2.0,。若反应温度过高，硫杆菌蛋白质受热变性（失去活性），导致反应速率下降。,答案,降低反应活化能（或作催化剂）,30,、,pH,2.0,蛋白质变性（或硫杆菌失去活性）,