2021届高三化学《化学反应条件的优化 工业合成氨》复习教案3

这是一份2021届高三化学《化学反应条件的优化 工业合成氨》复习教案3，共22页。教案主要包含了投影并讲解，交流·研讨，学生回答，教师小结，迁移应用，投影材料等内容，欢迎下载使用。
江苏省邳州市第二中学高三化学《化学反应条件的优化 工业合成氨》复习教案3
知识与技能：
１.了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件；
２.了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异；
３通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的控制在工业生产中的重要作用。
过程与方法：
在化学反应的方向、限度、速率等理论为指导的基础上带领学生选择适宜的反应条件，引导学生考虑合成氨生产中动力、设备、材料生产效率等因素，寻找工业合成氨生产的最佳条件。
情感态度与价值观：
认识化学反应原理在工业生产中的重要作用，提升学生对化学反应的价值的认识，从而赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献。
教学重难点：应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件。
课型：新课
课时安排：１课时
教学过程：
【提问】影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些？
【学生】回答
【注意】催化剂只能改变化学反应速率，不能改变化学平衡状态。
【教师】今天这节课我们就看看如何利用化学反应的有关知识将一个化学反应实现工业化，我们以工业合成氨为例。首先我们看看合成氨的有关背景。
【投影】展示弗里茨·哈伯的图像
【投影】弗里茨·哈伯与合成氨
合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约150年的时间。德国科学家哈伯在10年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，2年间他们就进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了一种合适的催化剂，使合成氨的设想在1913年成为工业现实。鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。
化学热力学
化学动力学
化学反应的方向
化学反应的限度
化学反应的速率
工艺流程
化学工艺学
高压对设备材质、
加工制造的要求、温度
的催化剂活性的影响等
合成氨反应能否自发
怎样能促使化学反应向合成氨方向移动
怎样能提高合成氨反应速率
适宜的合成氨条件
【投影并讲解】











【交流·研讨】P65
合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
已知298K时: △H= -92.2KJ·mol—1 ， △S = -198.2J·K—1·mol—1
请根据正反应的焓变和熵变分析298K下合成氨反应能否自发进行？
298K下合成氨反应的平衡常数K为4.1×106（mol·L—1)—2
【学生】假设△H和△S不随温度变化，算得Tv(正)，N2＋3H22NH3（正反应为放热反应）故温度升高，v(逆)>v(正)。图中t3时刻从原来的速率增大，而且变化过程中v(逆)＝v(正)，说明平衡都未被打破。所以应该是催化剂导致的。图中t4时刻的变化，v’(逆)、v’(正)都减小且v’(逆)>v’(正)，所以不可能是温度的影响，应该是浓度的影响，而且是浓度减小的变化，所以是压强减小了，使平衡向逆反应方向移动了。


（第三课时）
【题1】在一定条件下将含1 mol NH3的体积不变的密闭容器加热，发生反应2NH33H2＋N2，一段时间后达到平衡，此时NH3的体积分数为　x %，若在容器中再加入1 mol NH3后密封，加热到相同温度，使反应达到平衡，设此时NH3的体积分数为 y %，则x 和 y 的关系正确的是（A）
A.x y 　　　 C. x＝y 　　 D. x≥y
【解析】体积不变的密闭容器，多加NH3后相当于加压，使平衡向气体体积系数缩小的方向移动，所以NH3的体积分数会大一点，即有.x v(正)。
【题19】将等物质的量的A、B、C、D四种物质混合，发生如下反应aA＋bBcC(s)＋dD。当反应进行一定时间后，测得A减少了n mol，B减少了n/2 mol，C增加了３n/２mol，D增加了n mol，此时达到平衡。
（１） 该化学方程式中各物质的化学计量数为：
a＝ ，b＝　　　　　，c＝　　　　　，d＝　　　　　　。
（２）若只改变压强，反应速率发生变化，但平衡不发生移动，该反应中各物质的聚集状态。
A: B: C: D:
（３）若只升高温度，反应一段时间后，测知四种物质的物质的量又达到相等，则该反应为　　　　　　反应（填“吸热”或“放热”）。

【解析】各物质的变化量之比等于方程式中对应的计量数之比，所以a：b：c：d＝n mol：n/2 mol：3n/2 mol：n mol＝２：１：３：２。一般情况下，各物质的计量数之比等于最简整数比，所以a＝2，b＝１，c＝3，d＝2。若只改变压强，而反应速率发生变化，则说明可逆反应中必有气体存在，但平衡不发生移动，说明反应的气体计量数之和等于生成气体计量数之和（反应物和生成物中各至少有一种气体），物质C为固体，则物质D必为气体。其计量数为2，则反应物中气体计量数之和为２，则物质A必定是气体物质，B必定为固体和液体。
升温一段时间后，四种物质的物质的量又达相等，则说明平衡向左移动，逆反应为吸热反应，正反应则是放热反应。
【题20】反应2SO2＋O22SO3进行的时间（t）和反应混合气中SO3的质量分数的关系如图所示。曲线P表示使用了催化剂，曲线Q表示未使用催化剂。由图可知，催化剂可以　　　　　　　　　　，但不能　　　　　　　　　　　　。
【解析】由图中可以看出，使用了催化剂后平衡拐点向前移动（即由Q点到P点），说明到达平衡所用时间缩短了，反应速率加快了；图中P点与Q点中SO3的质量分数未变，说明使用催化剂不能改变达到平衡时SO3的质量分数。
【题21】将２mol H2O和2 mol CO置于1 L密闭容器中，加热至高温，发生如下可逆反应：　２H2O２H2＋O2，　２CO＋O22CO2
（１）当上述系统达到平衡时，欲求其混合气体的平衡组成，则至少还需要知道两种气体的平衡浓度，但这两种气体不能同时是　　　和　　　　，　　　　或和　　　　。（填它们的分子式）
（２）若平衡时O2和CO2的物质的量分别为n平(O2)＝a mol，n平(CO2)＝b mol，试求n平(H2O)＝　　　　　　。（用含a、b的代数式表示）
【解析】由两个方程式可知，两个可逆反应靠O2联系起来，只要知道了O2和另外任意一种气体的平衡浓度，均可求出混合气体的平衡组成。分析可知，当知道了H2O和H2或CO和CO2的平衡浓度时，由于两个方程无法通过O2建立反应量的关系，所以均不能够求出混合气体的平衡组成。因而不能同时是这两组。
高温

因n平(CO2)＝b mol，由２CO＋O22CO2可知，达平衡时反应掉的O2是b/2 mol，则反应２H2O２H2＋O2中生成的O2的量为（a＋b/2），消耗的水是2(a＋b/2)mol＝（2a＋b）mol，所以n平(H2O)＝2 mol－(2a＋b)mol＝（2－2a－b）mol。
【题22】在密闭容器中进行下列反应CO2(g)＋C(s) 2CO(g) ΔH>0，达到平衡后，改变下列条件，则指定物质的浓度及平衡如何变化：
（１）增加C，平衡　　　　　，c(CO) 。
（２）减小密闭容器体积，保持温度不变，则平衡　　　　　，c(CO2) 。
（３）通入N2，保持密闭容器体积和温度不变，则平衡　　　　　，c(CO2) 。
（４）保持密闭容器体积不变，升高温度，则平衡　　　　　，c(CO) 。
【解析】C为固体，增加C，其浓度并不改变，平衡不发生移动；减少容器体积，相当于增大压强，向气体体积减小的方向移动；通入N2不参加反应，并且密闭容器体积和温度不变时，各物质的浓度并不变，平衡不发生移动；其他条件相同，升高温度，平衡向吸热方向移动。
【题22】常温、常压下，A、B、C、D均为气态。A和B可发生可逆反应A＋BC＋nD。若2 mol A和2 mol B混合充入体积可变的密闭容器中，在不同条件下达平衡时C的浓度如下表：
温度／℃
压强／Pa
C平衡浓度／mol•L－１
２５
1105
1.0
２５
2105
1.8
２５
4105
3.2
２５
5105
6.0
(1)可逆反应中化学计量数n的取值范围是　　　　，理由是　　　　　　　　。
(2)在1105Pa时，D的状态为　　　　　　。
【解析】增加压强，平衡向逆反应方向移动，则气体分子数为1＋1１。压强从1105 Pa变为2105 Pa时，C浓度应为2.0 mol•L－１，然而由于平衡移动，使C的浓度减小为1.8 mol•L－１，说明此时平衡向逆反应方向移动。压强从4105 Pa变到5105 Pa时，C的浓度应变为3.2 mol•L－１1.25＝4.0 mol•L－１，然而却变为6.0 mol•L－１，说明此时平衡向正反应方向移动，进一步推知此时D物质在加压条件下变为液态或固态。