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    第49讲 化学反应的方向与调控-【精梳精讲】2024年高考化学大一轮精品复习课件(新教材)
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    第49讲 化学反应的方向与调控-【精梳精讲】2024年高考化学大一轮精品复习课件(新教材)

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    这是一份第49讲 化学反应的方向与调控-【精梳精讲】2024年高考化学大一轮精品复习课件(新教材),共34页。PPT课件主要包含了复习目标,内容索引,真题演练明确考向,专项突破,归纳整合,自发过程,⑤食盐溶解于水,①镁条燃烧,②酸碱中和,常温下自发等内容,欢迎下载使用。

    1.了解熵、熵变的含义,会用复合判据判断反应进行的方向。2.了解化学反应的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
    考点一 化学反应的方向
    考点二 化学反应的调控——工业合成氨
    考点一 化 学 反 应 的 方 向
    在一定条件下,不借助外部力量就能自动进行的过程。
    ①自然界中水总是从高处往低处流;
    (前提:无外力挡住流水)
    ④墨汁滴入水中,自动扩散;
    ③气温高于0℃,冰雪自动融化;
    ②电流:电位高→电位低;
    一.自发过程和自发反应
    自发过程的特点①体系趋向于从 状态转变为 状态(体系对外部做功或释放热量)。②在密闭条件下,体系有从 转变为 的倾向性(无序体系更加稳定)。
    ⑤锌与CuSO4溶液会自动反应生成Cu和ZnSO4 … …
    ④甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧;
    ③铁器暴露在潮湿空气中会生锈;
    在一定条件下,不需外界帮助,一经引发即能自动进行的反应,称为自发反应 。
    (往往指一定的温度和压强)
    1)自发反应并不一定在常温常压下自发进行。
    如,氢气燃烧需要点燃,碳酸钙在高温下自发分解… …
    在所需条件下,反应一旦发生便能自发进行,即为自发反应
    2)一般地,一个过程是自发的,其逆过程就是非自发的。
    非自发过程要想发生,必须对它做功。
    如,水→H2和O2必须通电,一旦停止通电,反应停止。
    如,利用水泵将水从低处抽向高处。
    3)自发反应和非自发反应是可能互相转化的。
    2NO+O2=2NO2
    △H < 0有利于反应自发进行,但自发反应不一定要△H < 0
    二、判断化学反应方向的判据
    同一种物质,气态时熵值最大,液态时次之,固态时最小
    ③反应的熵变: ΔS=S(生成物)-S(反应物)
    2.熵:描述体系混乱度的物理量
    单位:J.ml-1 .k-1 符号S
    体系趋向于有序转变为无序,导致体系的熵增加,这叫做熵增原理,也是反应方向判断的依据。.
    熵值越大,体系混乱度越大
    ②熵与物质状态的关系:
    H20(g) H20(l) H20(s)。
    物质的量越大→粒子数越多→体系的混乱度越大→熵值越大
    ΔG<0时,反应____自发进行;ΔG=0时,反应处于_____状态;ΔG>0时,反应______自发进行。
    反应是否自发进行,由熵变、焓变、温度共同决定
    高 温 时反应自发进行
    所有温度下,反应自发进行
    所有温度下,反应不自发进行
    低 温 时反应自发进行
    小结:“大大高温,小小低温”
    ⑵过程的自发性只能用于判断过程进行的方向, 不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。
    ⑴在讨论过程的方向问题时,指的是没有外界干扰时体系的性质。 如果允许外界对体系施加某种作用,就可能出现相反的结果。
    例如:金刚石有向石墨转化的倾向,但是能否发生,什么时候发生,多快才能完成,就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。
    例如:石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。
    石灰石分解,常温下是非自发的,但在1273K时是自发的反应。
    汽车尾气中的主要污染物是NO和CO,它们是现代化城市中的大气污染物。为了减轻大气污染,人们提出通过以下反应来处理汽车尾气: 2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)→你能否判断该反应在室温下能自发进行吗?
    已知 298K、101kPa下,ΔH=-746.8KJ·ml -1 ΔS=-197.5J·ml-1·K-1
    △G =ΔH-T ΔS= -746.8KJ·ml-1+298K×197.5×10-3 KJ·ml-1·K-1= -687.945 KJ.ml-1<0
    1.下列说法正确的是A.非自发反应一定不能实现B.同种物质气态时熵值最小,固态时熵值最大C.反应NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH<0D.恒温恒压下,ΔH<0且ΔS>0的反应一定不能自发进行
    (2)超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,化学方程式为2NO+2CO 2CO2+N2。反应能够自发进行,则反应的ΔH___0(填“>”“<”或“=”)。理由是____________________________。
    2.(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO,有人设想按下列反应除去CO:2CO(g)=2C(s)+O2(g)。已知该反应的ΔH>0,简述该设想能否实现的依据:_________________________________________________________。
    不能实现,因为该反应的ΔH>0,ΔS<0,反应不可能自发进行
    该反应的ΔS<0,因该反应能自发进行,根据ΔG=ΔH-TΔS<0,可知ΔH<0
    (3)已知CaSO4(s)+CO(g) CaO(s)+SO2(g)+CO2(g) ΔH=+218 kJ/ml,该反应能够自发进行的反应条件是______。
    考点二 化学反应的调控——工业合成氨
    1.化工生产适宜条件选择的一般原则
    一般通过改变上述外界条件等途径调控反应速率。
    2.控制反应条件的基本措施
    (1)控制化学反应速率的措施
    通过改变体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等提高转化率。
    (2)提高转化率的措施
    浓度、温度、气体的压强、固体的表面积、催化剂等因素影响反应速率
    一、工业合成氨条件的分析
    1.右图是工业合成氨的工艺,根据流程解答下列问题:(1)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,其热化学方程式如下:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)ΔH=-92.4 kJ/ml,结合反应的化学方程式分析哪些措施可以提高合成氨的反应速率?哪些措施可以提高N2或H2的转化率?
    增大反应物浓度或减小生成物浓度
    理论上:低温、高压、催化剂有利于N2或H2的转化。
    (2)工业合成氨中,使用铁触媒作催化剂。①铁触媒加快化学反应速率的原因是什么?
    提示 使用铁触媒作催化剂改变了反应历程,降低了反应的活化能, 提高了活化分子的百分数,有效碰撞次数增加,反应速率加快。
    ②铁触媒能提高氢气的平衡转化率吗? 简述理由。
    提示 不能。因为催化剂对化学平衡无影响。
    ③铁触媒能提高反应混合物中氨的体积分数吗?
    提示 能。因为实际合成氨过程为非平衡状态下进行, 反应速率大,单位时间里生产的氨气的量多。
    (3)合成氨时选择500 ℃而不采用常温主要考虑什么因素?
    提示 考虑速率因素,500 ℃时催化剂的催化活性最好。
    (4)合成氨时一般采用的压强为10~30 MPa的原因是什么?
    提示 合成氨时增大压强尽管可以同时提高反应速率和反应物的转化率。但是,压强越大,对材料的强度和设备的要求也越高,增加生产投资将降低综合经济效益。故一般采用的压强为10~30 MPa。
    (5)合成氨工业中,为提高反应物的转化率,还采取哪些措施?
    提示 使氨气冷却成液氨并及时分离,分离后的原料气循环使用。
    使用过量的N2或及时分离平衡混合气中的氨。
    400-500℃左右 (温度低,有利于增大平衡混合气中的含量,但反应速率太慢。 500℃,催化剂活性最大)
    铁触媒 (能加快化学反应速率,提高单位时间内的产量)
    10~30MPa(压强过高,对设备材质和生产条件提出了更高的要求)
    3.工业合成氨反应的适宜条件
    原料气的制取—净化—压缩—合成—分离—液氨
    n(N2):n(H2)≈1 : 2.8
    工业上利用某可逆反应生产产品:
    最后,选择适宜的生产条件还要考虑环境保护及社会效益等方面的规定和要求。
    既要考虑化学反应速率和化学平衡,还要考虑动力、材料、设备等。
    该温度是催化剂活性最大的温度;
    这样可以大大加快化学反应速率,提高生产效率,也提高了经济效益;
    2.工业上用丁烷催化脱氢制备丁烯:C4H10(g) C4H8(g)+H2(g)(正反应吸热),将丁烷和H2以一定的配比通过填充有催化剂的反应器(H2的作用是活化催化剂),反应的平衡转化率、产率与温度、投料比有关。下列判断不正确的是
    二、其他工业生产条件的分析
    A.由图甲可知,x小于0.1
    D.由图丙可知,丁烯产率在590 ℃之后快速降低的主要原因是丁烯高温分解生成副产物
    C.由图丙可知,丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是温度升高平衡正向移动
    增大压强,平衡逆向移动,则丁烯的平衡转化率减小
    加入H2 ,平衡逆向移动,丁烯产率上升的可能原因是H2对催化剂有活化作用
    减小的原因是H2是产物之一,而随着增大,逆反应速率增大
    随H2的加入, 丁烯产率先升后减
    D.由图丙可知,丁烯产率在590℃之后快速降低的主要原因是丁烯高温分解生成副产物
    C.由图丙可知,丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是温度升高平衡正向移动
    (1)乙烷在一定条件下可脱氢制得乙烯:C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH1>0。提高乙烷平衡转化率的措施有__________、_________________________。
    3.乙烯是石油化工最基本的原料之一。
    升高温度(或及时移出生成物)
    氧气的引入可能导致过度氧化。为减少过度氧化,需要寻找催化剂降低反应___(填“a”“b”或“c”)的活化能,判断的依据是________________。
    制备的目标产品是C2H4,b、c均为副反应,应加快反应a的反应速率
    (3)常压下,在某催化剂作用下按照n(C2H6)∶n(O2)=1∶1投料制备乙烯,体系中C2H4和CO在含碳产物中的物质的量百分数及C2H6转化率随温度的变化如图所示。
    ①乙烯的物质的量百分数随温度升高而降低的原因是__________________。
    反应a、c是放热反应,升高温度,a反应平衡逆向移动程度较大
    升高温度,a、c两者反应平衡均逆向移动
    说明反应a平衡逆向移动的程度较大,则乙烯%降低
    ②在570~600℃温度范围内,下列说法正确的是 。A.C2H4产率随温度升高而增大B.H2O的含量随温度升高而增大C.C2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而增大D.此催化剂的优点是在较低温度下降低CO的平衡产率
    乙烷转化率增大,CO的量增大,均说明生成水的量增大
    另乙烯量减小,说明发生反应c,水的量增大
    C2H6转化率增大,则C2H6%↓
    CO在较高温度时含量较大
    A.该反应的ΔH<0,ΔS<0B.反应的平衡常数可表示为K=C.使用高效催化剂能降低反应的焓变D.其他条件相同,增大 ,NO的转化率下降
    1.(2021·江苏,8)N2是合成氨工业的重要原料,NH3不仅可制造化肥,还能通过催化氧化生产HNO3;HNO3能溶解Cu、Ag等金属,也能与许多有机化合物发生反应;在高温或放电条件下,N2与O2反应生成NO,NO进一步氧化生成NO2。2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)ΔH=-116.4 kJ/ml。大气中过量的NOx和水体中过量的NH4+、NO3-均是污染物。通过催化还原的方法,可将烟气和机动车尾气中的NO转化为N2,也可将水体中的NO3-转化为N2。对于反应2NO(g)+O2(g)=2NO2(g),下列说法正确的是
    2.[2022·辽宁,18(1)(2)(4)(5)]工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖,其反应为:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ/ml ΔS=-200 J·K-1·ml-1。
    (1)合成氨反应在常温下___(填“能”或“不能”)自发。
    ΔG=ΔH-TΔS=-92.4 kJ·ml-1-298 K×(-0.2 kJ·K-1·ml-1)=-32.8 kJ·ml-1
    (2)___温(填“高”或“低”,下同)有利于提高反应速率,__温有利于提高平衡转化率,综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素,工业常采用400~500℃。
    针对反应速率与平衡产率的矛盾,我国科学家提出了两种解决方案。(4)方案二:M-LiH复合催化剂。
    下列说法正确的是__(填字母)。a.300 ℃时,复合催化剂比单一催化剂效率更高b.同温同压下,复合催化剂有利于提高氨的平衡产率c.温度越高,复合催化剂活性一定越高
    催化剂不能使平衡发生移动
    温度过高,复合催化剂可能会失去活性
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