2019-2020年高中化學(xué)《化學(xué)反應(yīng)速率》教案11 新人教版選修4.doc
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2019-2020年高中化學(xué)《化學(xué)反應(yīng)速率》教案11 新人教版選修4 教學(xué)過程: 一、化學(xué)反應(yīng)速率 1.定義:用單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物的濃度增加來表示。 若濃度用物質(zhì)的量(C)來表示,單位為:mol/L,時間用t來表示,單位為:秒(s)或分(min)或小時(h)來表示,則化學(xué)反應(yīng)速率的數(shù)學(xué)表達(dá)式為: V == △C/ t 單位是:mol/(Ls) 或 mol/(Lmin) 或 mol/(Lh) 化學(xué)反應(yīng)速率是用單位時間內(nèi)反應(yīng)物或生成物的量變化來表示,通常用單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減小或生成物濃度的增加來表示,其數(shù)學(xué)表達(dá)式可表示為 【例題】在2L的密閉容器中,加入1mol和3mol的H2和N2,發(fā)生 N2 + 3H2 2NH3 ,在2s末時,測得容器中含有0.4mol的NH3,求該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率。 解: N2 + 3H2 2NH3 起始量(mol): 1 3 0 2s末量(mol): 1-0.2 3-0.6 0.4 變化量(mol): 0.2 0.6 0.4 則 VN2==0.2/22==0.05 mol/(Ls) VH2==0.6/22==0.15 mol/(Ls) VNH3==0.4/22==0.1 mol/(Ls) 【明確】理解化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法時應(yīng)注意的幾個問題: 1.上述化學(xué)反應(yīng)速率是平均速率,而不是瞬時速率。 2.無論濃度的變化是增加還是減少,一般都取正值,所以化學(xué)反應(yīng)速率一般為正值。 3.對于同一個反應(yīng)來說,用不同的物質(zhì)來表示該反應(yīng)的速率時,其數(shù)值不同,但每種物質(zhì)都可以用來表示該反應(yīng)的快慢。 4.在同一個反應(yīng)中,各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于方程式中的系數(shù)比。即: VN2 :VH2 : VNH3 ==== 1 :3 :2 5.對于在一個容器中的一般反應(yīng) aA + bB == cC + dD來說有: VA :VB :VC :VD === △CA :△CB :△CC :△CD === △nA :△nB :△nC :△nD ==== a :b :c :d 6.用化學(xué)反應(yīng)速率來比較不同反應(yīng)進(jìn)行得快慢或同一反應(yīng)在不同條件下反應(yīng)的快慢時,應(yīng)選擇同一物質(zhì)來比較。例如: 可逆反應(yīng)A(g)+ B(g) C(g)+ D(g) ,在四種不同情況下的反應(yīng)速率如下,其中反應(yīng)進(jìn)行得最快的是( ) A. VA==0.15mol/Lmin B. VB==0.6 mol/Lmin C. VC==0.4 mol/Lmin D.VD==0.01 mol/Ls 對化學(xué)反應(yīng)速率要注意以下幾個問題: 1、物質(zhì)濃度是物質(zhì)的量濃度以mol/L為單位,時間單位通??捎胹、min、h表示,因此反應(yīng)速率的與常見單位一般為mol/(ls)、mol/(lmon)或mol/(lh)。 2、化學(xué)反應(yīng)速率可用反應(yīng)體系中一種反應(yīng)物或生成物濃度的變化來表示,一般是以最容易測定的一種物質(zhì)表示之,且應(yīng)標(biāo)明是什么物質(zhì)的反應(yīng)速率。 3、用不同的物質(zhì)表示同一時間的反應(yīng)速率時其數(shù)值可能不同,但表達(dá)的意義是相同的,各物質(zhì)表示的反應(yīng)速率的數(shù)值有相互關(guān)系,彼此可以根據(jù)化學(xué)方程式中的各化學(xué)計量數(shù)進(jìn)行換算: 對于反應(yīng)來說,則有。 4、一般說在反應(yīng)過程中都不是等速進(jìn)行的,因此某一時間內(nèi)的反應(yīng)速率實際上是這一段時間內(nèi)的平均速率。 二、外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響: (一)在其它條件不變的情況下,濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響 【表征性抽象】當(dāng)其它條件不變時,增加反應(yīng)物的濃度,可以增大反應(yīng)的速率。 【原理性抽象】為什么增大反應(yīng)物的濃度會影響反應(yīng)速率呢? (明確)當(dāng)增加反應(yīng)物的濃度時,活化分子的數(shù)量增加,有效碰撞的頻率增大,導(dǎo)致反應(yīng)速率增大。 【對結(jié)論的再理解】1.一個反應(yīng)的速率主要取決于反應(yīng)物的濃度,與產(chǎn)物的濃度關(guān)系不大 2.對于可逆反應(yīng)aA +bB cC + dD來說,正反應(yīng)的速率只取決于A、B兩種物質(zhì)的濃度,與C、D兩種物質(zhì)的濃度關(guān)系不大。而逆反應(yīng)的速率只取決于C、D兩種物質(zhì)的濃度,與A、B兩種物質(zhì)的濃度關(guān)系不大。增加A或B的濃度只可以使正反應(yīng)的速率增大,不會影響逆反應(yīng)的速率。3.固體和純液體的濃度是一個常數(shù),所以增加這些物質(zhì)的量,不會影響反應(yīng)的速率。 【應(yīng)用】1.用飽和食鹽水代替水制乙炔,以減緩太快的反應(yīng)速率。 2. 制Fe(OH)2時,通過降低NaOH溶液的含氧量(給溶液加熱)來降低Fe(OH)2被氧化的速率。 (二)在其它條件不變的情況下,壓強對化學(xué)反應(yīng)速率的影響 【提出問題】壓強是怎樣對化學(xué)反應(yīng)速率進(jìn)行影響的? 【收集事實】途徑:已有的實驗知識 (提出以下幾個實驗)對比 1. 10ml、0.1mol/L的Na2S2O3溶液與0.1摩/升的硫酸10毫升反應(yīng)的實驗。 2. CaO固體與SiO2固體在高溫下反應(yīng)生成CaSiO3。 3. SO2 與O2在一密閉容器內(nèi)反應(yīng)生成SO3。 (討論)給上述三個反應(yīng)的容器加壓,三個反應(yīng)的反應(yīng)物的濃度是怎樣變化的? 【事實的處理】列表比較 編號 反應(yīng)物的狀態(tài) 加壓后反應(yīng)物濃度變化 加壓后反應(yīng)的速率變化 1 2 3 【表征性抽象】對于有氣體參加的反應(yīng)來說,當(dāng)溫度一定時,增大體系的壓力,反應(yīng)速率會加大。 【原理性抽象】為什么增大壓強會影響有氣體參加的化學(xué)反應(yīng)的速率? (明確)1.一定量氣體的體積與其所受的壓強成正比。這就是說,如果氣體的壓強增大到原來的2倍,氣體的體積就縮小到原來的一半,單位體積內(nèi)的分子數(shù)就增多到原來的2倍,即體系中各個物質(zhì)的濃度都增加,所以化學(xué)反應(yīng)速率增大。相反,減小壓強,氣體的體積就擴(kuò)大,濃度減小,因而反應(yīng)速率減小。 2.如果參加反應(yīng)的物質(zhì)是固體、液體或溶液時,由于改變壓強對它們的體積改變很小,因而它們的濃度改變也很小,可以認(rèn)為壓強與它們的反應(yīng)速率無關(guān)。 【結(jié)論的再理解】1.壓強對反應(yīng)速率的影響是通過改變濃度而影響反應(yīng)速率的。我們在分析壓強對反應(yīng)速率的影響時,應(yīng)最終落實到濃度上,將壓強問題轉(zhuǎn)化為濃度問題。 2. 對于那些反應(yīng)物和生成物都有氣體參加的可逆反應(yīng)來說,增大體系的壓強,反應(yīng)物和生成物的濃度都增加,所以,正反應(yīng)的速率和逆反應(yīng)的速率都增大。 (三)在其它條件不變的情況下,溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響 【提出問題】溫度是怎樣對化學(xué)反應(yīng)速率進(jìn)行影響的? 【收集事實】途徑:1.觀察演示實驗。 2. 回顧過去已有的化學(xué)知識和所掌握的實驗事實。 『演示實驗』10ml同濃度的Na2S2O3溶液分別在不同溫度下與0.1摩/升的硫酸10毫升反應(yīng)的對比實驗 『復(fù)習(xí)回顧』1. Cu與濃硫酸在常溫條件下和在加熱條件下反應(yīng)情況的對比。 2. Mg條分別與冷水和沸水的反應(yīng)情況的對比。 【實驗事實的處理】1.化學(xué)用語化(寫方程式) (1) Na2S2O3 + H2SO4 == Na2SO4 + SO2 + S↓+ H2O 或 S2O32- + 2H+ == SO2 + S↓+ H2O (2)Cu + 2H2SO4(濃)=== CuSO4 +2 SO2↑+2 H2O (3 )Mg +2H2O === Mg(OH)2 + 2H2↑ 2. 表格化 (1)同濃度的Na2S2O3溶液在不同溫度下與0.1摩/升的硫酸10毫升反應(yīng)的對比表 編 號 0.1mol/L的 Na2S2O3 0.1mol/L的 H2SO4 反應(yīng)溫度 (℃) 反應(yīng)中出現(xiàn)渾濁的時間 (秒) 1 10ml 10ml 冷水 2 10ml 10ml 熱水 (2)Cu與濃硫酸在常溫條件下和在加熱條件下反應(yīng)情況對比表 編號 Cu與濃硫酸在常溫條件下反應(yīng) Cu與濃硫酸在加熱條件下反應(yīng) 1 2 (3)Mg條分別與冷水和沸水的反應(yīng)情況對比表 編號 Mg條與冷水反應(yīng) Mg條與熱水反應(yīng) 1 2 【表征性抽象】在其它條件不變的情況下,升高溫度,化學(xué)反應(yīng)要加快。經(jīng)過實驗測定,溫度每升高10℃,反應(yīng)速率通常要增大到原來的2~4倍。 【原理性抽象】為什么升高溫度會使反應(yīng)速率加快? (明確)當(dāng)反應(yīng)物濃度一定時,分子總數(shù)一定,升高溫度,反應(yīng)物分子的能量增高,是活化分子的百分比增大,因而活化分子數(shù)量增多,有效碰撞頻率增大,所以,反應(yīng)速率加大。 【對結(jié)論的再理解】對于可逆反應(yīng)來說,升高體系的溫度,反應(yīng)物和生成物中的活化分子數(shù)都增加,所以,正反應(yīng)的速率和逆反應(yīng)的速率都增大。 【應(yīng)用】1.在實驗室進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時,常常通過給反應(yīng)物加熱來增大反應(yīng)的速率。 2. 合成氨工業(yè)中,是在500℃的條件下進(jìn)行反應(yīng),以加快反應(yīng)進(jìn)行的速度。 3. 為防止食品變質(zhì),我們將食品放入冰箱中保存,以降低食品變質(zhì)的速率。 (四)催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響 【提出問題】催化劑是怎樣影響化學(xué)反應(yīng)速率的? 【收集事實】途徑:1.觀察演示實驗。2.回顧已有知識 (演示實驗)過氧化氫分解的對比實驗 (復(fù)習(xí)回顧)用KClO3制氧氣的實驗 【實驗事實的處理】1.寫化學(xué)方程式 (1) 2H2O2 == 2H2O + O2↑ (2) 2KClO3 == 2KCl +3O2↑ 2. 列表對比 (1)過氧化氫分解實驗的對比表 編號 無催化劑時的反應(yīng)情況 有催化劑時的反應(yīng)情況 1 2 (2)用KClO3制氧氣實驗的對比表 編號 無催化劑時的反應(yīng)情況 有催化劑時的反應(yīng)情況 1 2 【表征性抽象】催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率。 【原理性抽象】為什么催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率? (明確)當(dāng)溫度和反應(yīng)物濃度一定時,使用催化劑可使反應(yīng)途徑發(fā)生改變,從而降低了反應(yīng)的活化能,使得活化分子的百分比增大,因此活化分子的數(shù)目增多,有效碰撞頻率增大,故 化學(xué)反應(yīng)速率加大。 【對結(jié)論的再認(rèn)識】1.催化劑改變化學(xué)反應(yīng)速率的原因僅僅是改變始態(tài)到終態(tài)的途徑,不改變反應(yīng)的結(jié)果。例: (1)在加熱條件下: 2Cu + O2 == 2CuO 2CuO +2 CH3CH2OH == 2Cu +2 CH3CHO + 2H2O (2)氮的氧化物破壞臭氧: NO + O3 == NO2 + O2 NO2 + O ==NO + O2 2. 能加快反應(yīng)速率的催化劑叫正催化劑;能減慢化學(xué)反應(yīng)速率的催化劑叫負(fù)催化劑。 3. 對可逆反應(yīng)而言,正催化劑使正、逆反應(yīng)速率都加快,且加快的程度相同。相反,負(fù)催化劑使正、逆反應(yīng)速率都減小,且減小的程度相同。 【應(yīng)用】催化劑在現(xiàn)代化學(xué)和化工生產(chǎn)中占有極為重要的地位。大約85%的反應(yīng)需要催化劑。尤其是現(xiàn)代大型化工業(yè)、石油工業(yè)中,很多反應(yīng)還必須使用性能良好的催化劑。例;接觸法制硫酸工業(yè)。 【課堂練習(xí)】1.要使在容積恒定的密閉容器中進(jìn)行的可逆反應(yīng)2A(氣)+B(固)== 2C(氣)+Q(Q>0)的正反應(yīng)速率顯著加快,可采用的措施是(不考慮固、氣態(tài)間的接觸面積)( ) A.降溫 B.加入B C.增大體積使壓強減小 D.加入A 2.把除去氧化膜的鎂條放入一定濃度的稀鹽酸的試管中,發(fā)現(xiàn)H2的生成速度V隨時間t變化如圖。其中t1——t2速度變化的原因是___________________ ;t2——t3速度變化的原因是_________________________________。 V t 1 t 2 t 3 【實驗事實的處理】1.寫化學(xué)方程式或離子方程式 (1.) Na2S2O3 + H2SO4 == Na2SO4 + SO2 + S↓+ H2O 或 S2O32- + 2H+ == SO2 + S↓+ H2O (2.) 2Mg + O2 ===2MgO (3.) CaC2 + H2O === C2H2↑+ Ca(OH)2 2. 列表對比 (1)不同濃度的Na2S2O3溶液與0.1摩/升的硫酸反應(yīng)的對比實驗表 編號 Na2S2O3溶液 水 硫 酸 出現(xiàn)渾濁的時間(秒) 1 10ml 0 10ml 2 5ml 5ml 10ml (2).鎂條分別在空氣中和純氧中燃燒的情況對比表 編號 鎂條與空氣反應(yīng) 鎂條與純氧氣反應(yīng) 現(xiàn)象 速率 (3)電石分別在水中和飽和食鹽水中反應(yīng)的情況對比表 編號 電石與水的反應(yīng) 電石與飽和食鹽水的反應(yīng) 現(xiàn)象 速率 第二節(jié) 化學(xué)平衡 【教學(xué)目標(biāo)】 1、學(xué)習(xí)化學(xué)平衡的觀點 2、體驗理解化學(xué)平衡的特征 3、結(jié)合平衡是相對的、有條件的、動態(tài)的,讓學(xué)生感受辯證唯物主義論點 4:了解濃度、壓強、溫度等外界條件對化學(xué)平衡移動的影響。 5:掌握用化學(xué)平衡的移動原理來定性定性地分析化學(xué)平衡問題。 6:了解平衡移動原理的重要意義,學(xué)會解決問題的科學(xué)方法。 【教學(xué)重點】 化學(xué)平衡狀態(tài)的特征,化學(xué)平衡移動原理 教學(xué)難點:化學(xué)平衡概念的建立 教學(xué)過程: 一、化學(xué)平衡狀態(tài): 定義:在一定條件下,可逆反應(yīng)中正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)混合物中各組成成分的含量保持不變的狀態(tài),叫做化學(xué)平衡狀態(tài)。 特點:“動、定、變”特點: 動:化學(xué)平衡是一種動態(tài)平衡v(正)=v(逆)。 定:條件不變時,各組分濃度保持不變。 變:條件改變時,化學(xué)平衡發(fā)生移動。 平衡建立:在一定條件下,反應(yīng)應(yīng)是從一定速率開始的,而逆反應(yīng)是從零開始的,隨時間推移,正、逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)達(dá)到平衡。 ①反應(yīng)物與生成物處于動態(tài)平衡,V正=V逆 ②反應(yīng)物與生成物濃度保持一定,百分組成保持一定;(或說反應(yīng)物與生成物的含量 保持一定) ③影響平衡的外界條件改變,平衡狀態(tài)即被破壞,發(fā)生平衡移動。 為了使學(xué)生較好地理解動態(tài)平衡的含義,還可以引用適當(dāng)?shù)谋扔?。例如:?dāng)水槽中進(jìn)水和出水的速度相等時,槽內(nèi)水量保持不變;當(dāng)商場在一定時間里進(jìn)出人數(shù)相同時,商場內(nèi)人數(shù)保持不變等。 實驗步驟如下: 出示天平和裝了水的一個礦泉水瓶Ⅰ,等待靜止平 (1) 衡,不動時稱為平衡狀態(tài); (2)一個空礦泉水瓶剪去上部,下部刺一個小孔; (3)按圖4所示向Ⅱ空瓶內(nèi)不斷倒水,使它出現(xiàn)與Ⅰ瓶水 位等高的狀態(tài),而且保持這一水位。告訴學(xué)生這時水位不變了,也可以稱為平衡了。請思考Ⅰ與Ⅱ兩種平衡有何不同。 [學(xué)生得結(jié)論] Ⅰ為靜態(tài)平衡,Ⅱ為動態(tài)平衡。 不可逆反應(yīng):在同一條件下,不能同時向兩個方向進(jìn)行的反應(yīng)。可看成正、逆反應(yīng)的趨勢差別很在,反應(yīng)“一邊倒”。 CO+H2O(g)===CO2+H2 1200 0C 1L密閉容器中 C(CO) C(H2O) C(CO2) C(H2) 第一次 t0 0.01 0.01 0 0 t末 0.006 0.006 0.004 0.004 第二次 t0 0 0 0.01 0.01 t末 0.006 0.006 0.004 0.004 第三次 t0 0.003 0.003 0.007 0.007 t末 0.006 0.006 0.004 0.004 CO+H2O(g)===CO2+H2 800 0C 1L密閉容器中 C(CO) C(H2O) C(CO2) C(H2) 第一次 t0 0.010 0.010 0 0 平衡 0.005 0.005 0.005 0.005 第二次 t0 0 0 0.010 0.010 平衡 練習(xí)一:對于可逆反應(yīng)2SO2+O2===2SO3:下列那種情況達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)? 1、反應(yīng)容器內(nèi),SO2、O2、SO3 共存時的狀態(tài) 2、SO2的分解速率等于SO3的生成速率的狀態(tài)。 3、單位時間內(nèi),每消耗2molSO2同時生成1molSO2。 4、單位時間內(nèi),每消耗1molSO2同時消耗2molSO3。 練習(xí)二:下列說法對不對,為什么? 1、 可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時,反應(yīng)停止了,所以各組分濃度不變了。 2、 可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時,反應(yīng)物濃度等于生成物濃度 3、 可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時,即使改變溫度條件,平衡狀態(tài)也不會改變。 二、化學(xué)平衡及特征 1、定義 2、注意點(1) (2) (3) 3、特征 4、標(biāo)志 (1)微觀標(biāo)志 (2)宏觀標(biāo)志 規(guī)律(1) (2) (3) (4) (5) (6) [練習(xí)] 1、可逆反應(yīng)和不可逆反應(yīng): 可逆反應(yīng):在同一條件下,能同時向正、逆兩個方向進(jìn)行的反應(yīng)。如: N2+3H2 2NH3+Q N2O4 2NO2 - Q 不可逆反應(yīng):在同一條件下,不能同時向兩個方向進(jìn)行的反應(yīng)。可看成正、逆反應(yīng)的趨勢差別很在,反應(yīng)“一邊倒”。 正、逆反應(yīng)是相對的: N2+3H2 2NH3 2NH3 N2+3H2 問:點燃?xì)錃夂脱鯕獾幕旌衔锟蓜×业鼗仙伤?,電解水時又可生成氫氣和氧氣,這是不是一個可逆反應(yīng)?為什么? 接問:可逆反應(yīng)能否進(jìn)行到底?(不能),因而對于任何一個可逆反應(yīng)都存在一個反應(yīng)進(jìn)行到什么程度的問題。 練習(xí): 1.可以說明密閉容器中可逆反應(yīng)P +Q R + S 在恒溫下已達(dá)平衡的是( B ) A.容器內(nèi)壓強不隨時間變化 B.P和S生成速率相等 C.R和S的生成速率相等 D.P、Q、R、S的物質(zhì)的量相等 2.在1大氣壓390℃時,可逆反應(yīng):2NO2 2NO+O2達(dá)到平衡,此時平衡混合氣體的密度是相同條件下H2密度的19.6倍,求NO2的分解率。(答:34.6%) 第三節(jié) 化學(xué)平衡的條件 學(xué)習(xí)目標(biāo): 1:了解濃度、壓強、溫度等外界條件對化學(xué)平衡移動的影響。 2:掌握用化學(xué)平衡的移動原理來定性定性地分析化學(xué)平衡問題。 3:了解平衡移動原理的重要意義,學(xué)會解決問題的科學(xué)方法。 重 點:化學(xué)平衡移動原理 教學(xué)過程: 復(fù)習(xí): 1.下列說法中,可以充分說明P(g)+Q(g)R(g)+S(g)在恒溫下已達(dá)到平衡的是 ( ) A反應(yīng)容器內(nèi)的壓強不隨時間變化 B、反應(yīng)容器內(nèi)P、Q、R、S四者共存 C.P、S的生成速率相等 D、反應(yīng)容器內(nèi)的總物質(zhì)的量不隨時間變化 2.某溫度,在一2L密閉容器中,A、B、C三種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線入圖。則;反應(yīng)物是 ;生成物是 ;。T時刻表明 該反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。(用A、B、C代表物質(zhì)) 什么叫化學(xué)平衡的移動 影響化學(xué)平衡的條件: 化學(xué)平衡狀態(tài)是與外界條件有關(guān)的。外界某種條件改變時,使正、逆反應(yīng)速率不等,平衡混合物中各組成物質(zhì)的百分含量(或濃度)也隨之改變,原來的平衡被破壞直到建立新條件下的另一種平衡狀態(tài)。這種改變的過程,叫化學(xué)平衡的移動。 影響化學(xué)平衡的重要條件有:濃度、壓強、溫度。 (1)濃度對化學(xué)平衡的影響: 以FeCl3 + 3KSCN為例說明。 結(jié)論:在其它條件不變的情況下,增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度,平衡向正反應(yīng)方向移動;反之,則向逆反應(yīng)方向移動。 濃度的變化 v正 v逆的變化 結(jié)果 平衡移動 平衡移動結(jié)果 增大反應(yīng)物濃度 減少反應(yīng)物濃度 增大生成物濃度 減少生成物濃度 (2)壓強對化學(xué)平衡的影響: 壓強改變 v正 v逆的變化 結(jié) 果 平衡移動 平衡移動結(jié)果 增大壓強 減小壓強 結(jié)論:在其它條件不變的情況下,增大壓強會使化學(xué)平衡向著氣體體積縮小的方向移動;減小壓強,會使平衡向著氣體體積增大的方向移動。 (3)溫度對化學(xué)平衡的影響: 以2NO2 N2O4+Q為例說明。 結(jié)論:在其它條件不變的情況下,溫度升高,會使化學(xué)平衡商著吸熱反應(yīng)的方向移動;溫度降低,會使化學(xué)平衡向著放熱反應(yīng)的方向移動。 溫度改變 v正 v逆的變化 結(jié)果 平衡移動 平衡移動結(jié)果 升高溫度 降低溫度 (4)關(guān)于催化劑:因使正、逆反速率同等程度地加快,故不能使平衡發(fā)生移動。但能縮短達(dá)到平衡的時間。 勒沙特列原理: 如果改變影響平衡的一個條件(如濃度、壓強或溫度等),平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動。 4.催化劑對反應(yīng)速率的影響 (1)內(nèi)容:使用催化劑可以改變反應(yīng)速率。 注意:①這里的改變包括加快或減慢。加快反應(yīng)的為正催化劑,減慢反應(yīng)的為負(fù)催化劑 ②催化劑具有選擇性,不同反應(yīng)有不同的催化劑。 ③催化劑不能改變化學(xué)反應(yīng)(例如:不能改變生成物的量) ④可逆反應(yīng)中催化劑對正逆反應(yīng)的改變程度相同 ⑤催化劑有一定的活化溫度,不同催化劑的活化溫度不同。 思考:在用氯酸鉀分解制氧氣時加入二氧化錳后能否提高氧氣的量? (2)解釋:使用催化劑能夠降低反應(yīng)能量,這樣就會有更多的反應(yīng)物分子成為活化分子,大大提高單位體積內(nèi)活化分子的百分率,從而成千上萬倍地增大化學(xué)反應(yīng)速率。 5.其它因素的影響 固體顆粒大?。侯w粒越小,接觸面積越大,反應(yīng)速率越大。 光、電磁波、激光、紫外線、超聲波:都是給體系供能,通常是加快反應(yīng)。 溶劑的性質(zhì)也能改變化學(xué)反應(yīng)速率。 小結(jié):外因?qū)瘜W(xué)反應(yīng)速率影響的微觀解釋(填“增大”或“不變”) 影響 因素 單位體積內(nèi)分子總數(shù) 活化分子百分?jǐn)?shù) 單位體積內(nèi)活化分子數(shù) 單位體積單位時間有效碰撞次數(shù) 化學(xué)反應(yīng)速率 增大濃度 增大壓強 升高溫度 正催化劑 [例1]對于可逆反應(yīng):2SO2+O2 2SO3+Q,下列說法哪些是正確的,為會么? (1)達(dá)到平衡時,反應(yīng)物和生成物的濃度相等; (2)達(dá)到平衡時,SO2、O2、SO3的濃度之比為; (3)加入催化劑V2O5可以縮短到達(dá)平衡的時間; (4)由于反應(yīng)前后分子數(shù)不同,所以改變體系壓強影響化學(xué)平衡(縮小體積); (5)對于放熱反應(yīng),升高溫度正反應(yīng)速率減小,逆反應(yīng)速率增大,所以平衡向左移動。 解:(3)、(4)正確。 化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、平衡移動三者之間的關(guān)系 以一般反應(yīng):mA(氣)+n B(氣)= p C(氣)+qD(氣)+Q(千焦)通式為例來討論濃度,溫度,壓強,催化劑等對三者的影響極其規(guī)律。 反應(yīng)特征 改變條件 v—t圖象 改變條件瞬間 達(dá)到平衡前 平衡移動方向 達(dá)到新平衡 v正 v逆 v正與v逆的關(guān)系 A轉(zhuǎn)化率 B轉(zhuǎn)化率 Q>0 升高溫度 ↑ ↑ < ← ↓ ↓ 降低溫度 Q < 0 升高溫度 ↑ ↑ > → ↑ ↑ 降低溫度 m+n
→
↑
↑
V變小
增大壓強
減小壓強
m+n=p+q
加入惰性氣體
V不變
—
—
=
—
—
—
V變大
↓
↓
=
—
—
—
V變小
增大壓強
減小壓強
m+n>p+q
加入惰性氣體
V不變
—
—
=
—
—
—
V變大
↓
↓
<
←
↓
↓
V變小
增大壓強
減小壓強
注:用“=”表示相等 “↑”表示升高或增加 “↓”表示降低或減少 “—”表示無關(guān)或不變
“V”表示體積 “v”表示速率
第四節(jié) 合成氨條件的選擇
目的要求:
使學(xué)生理解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理,選擇合成氨的適宜條件。
使學(xué)生了解應(yīng)用化學(xué)原理選擇化工生產(chǎn)條件的思路和方法。
教學(xué)過程
一:合成氨條件的選擇
工業(yè)上用N2和H2合成氨: N2+3H2 2NH3+Q
從反應(yīng)速率和化學(xué)平衡兩方面看,選擇什么樣的操作條件才有利于提高生產(chǎn)效率和降低成本呢?
從速率看,溫度高、壓強大(即N2、H2濃度大)都會提高反應(yīng)速率;
從化學(xué)平衡看,溫度低、壓強大都有利于提高N2和H2的轉(zhuǎn)化率。
可見,壓強增大,從反應(yīng)速率和化學(xué)平衡看都是有利于合成氨的。但從生產(chǎn)實際考慮,壓強越大,需要的動力越大,對材料的強度和設(shè)備的制造要求越高,將使成本增大。故一般合成氨廠采用的壓強是20~50MPa帕斯卡。
而溫度升高,有利于反應(yīng)速率但不利于N2和H2的轉(zhuǎn)化率。
如何在較低的溫度下保持較大轉(zhuǎn)化率的情況下,盡可能加快反應(yīng)速率呢?選用合適的催化劑能達(dá)到這個目的。那么,較低的溫度是低到什么限度呢?不能低于所用催化劑的活性溫度。目前使用的催化劑是以鐵為主體的多成分催化劑——又稱鐵觸媒。其活性溫度為450℃~550℃,即溫度應(yīng)在450~550℃為宜。將來如制出活性溫度更低、活性也很在的新型催化劑時,合成氨使用的溫度當(dāng)然比現(xiàn)在要低,轉(zhuǎn)化率就能更高了。
選擇適宜的條件:根據(jù)N2+3H2 2NH3+Q這一反應(yīng)的特點,運用化學(xué)反應(yīng)速
率和化學(xué)平衡的理論來選擇適宜條件。該反應(yīng)為可逆、體積減小、正反應(yīng)為放熱等特點。
(1)適宜的壓強:為何強調(diào)適宜?壓強越大、有利于NH3的合成,但太大,所需動力大,材料強度高,設(shè)備制造要求高,成本提高,選擇2107~5107Pa壓強。
思考:工業(yè)上生產(chǎn)H2SO4:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)為何不采用加壓方法?(因為在常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已達(dá)91%,不需要再加壓)
(2)適宜的溫度:溫度越低越有利于NH3的合成,為何還要選擇5000C高溫?因為溫度越低,反應(yīng)速率越小,達(dá)平衡時間長,單位時間產(chǎn)量低,另外5000C時,催化劑活性最大。
(3)使用催化劑
(4)及時分離出NH3,并不斷補充N2和H2(N2要過量,提高成本較高的H2轉(zhuǎn)化率)
小結(jié):合成氨的適宜條件:
壓強:20~50MPa帕斯卡
溫度:500℃左右
催化劑:鐵觸媒
2、合成氨工業(yè)簡述:
合成氨工業(yè)主要是原料氣中的氫氣和氮氣合成氨的過程。我們先從原料氣談起。
(1)原料氣的制備、凈化和壓縮:
一是將空氣液化,蒸發(fā),使它分離為N2和O2
N2:
二是將空氣中的O2跟碳作用:C + O2 = CO2,再除去CO2
H2:將水蒸氣通過赤熱的煤層(或焦炭層):
C + H2O(氣) △ CO + H2
在催化劑存在下:CO + H2O(氣) CO2 + H2
在制取原料氣的過程中,?;煊胁煌瑪?shù)量的其他雜質(zhì),而合成氨所需要的是純凈的N2和H2,所以必須將這些雜質(zhì)除去,否則會使合成氨所用催化劑“中毒”,清除雜質(zhì)的過程叫做原料氣的凈化。
由于氨的合成是在高壓下進(jìn)行的,所以在氨的合成之前,還需要將N2、H2混合氣體用壓縮機壓縮至高壓。
(2)氨的合成:
N2+3H2 2NH3+熱 在合成塔中進(jìn)行
合 成 塔
水冷器
氨分離器
壓縮機
N2、H2
循環(huán)壓縮機
混合氣體
液
氨
循環(huán)氣體
(此圖邊講邊畫)
(3)氨的分離:
從合成塔里出來的混合氣體通常含15%左右的氨。為了使氨從沒有起反應(yīng)的N2和H2里分離出來,要把混合氣體通過冷凝器,使氨液化,然后在氣體分離器里把液態(tài)氨分離出來,導(dǎo)入液氨貯罐。由氣體分離器出來的氣體,經(jīng)過循環(huán)壓縮機,再送到合成塔里去,以便充分利用原料。
練習(xí):
一:選擇題(每小題有1~2個正確答案)
1、對于反應(yīng)A2+3B2 2AB3以下表示的反應(yīng)速率中,速率最大的是
A、vA=0.4molL-1min-1 B、vB=0.8molL-1min-1
C、v=0.6molL-1min-1 D、v=0.01molL-1S-1
2、在2L密閉容器中,盛有2mol X和2molY物質(zhì)進(jìn)行如下反應(yīng):
X(s)+3Y(g) Z(g),當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到10s后,測得生成0.5mol Z,這期間的平均反應(yīng)速率為
A、vX=0.05mols-1 B、vX=0.025molL-1s-1
C、vy=0.05molL-1s-1 D、vy=0.075molL-1s-1
3、現(xiàn)有三個體積相等的密閉容器中都進(jìn)行如下反應(yīng):
CO2+H2 CO+H2O(g),反應(yīng)所處的溫度相同,但反應(yīng)的起始濃度不同,其中甲:
[H2]=[CO]=amol 乙:[CO2]=amol [H2]=2amol 丙[CO2]=[H2]=[H2O]=amol,達(dá)到平衡時,CO的濃度由大到小的順序排列正確的是
A、丙>甲>乙 B、甲>乙>丙 C、乙>丙>甲 D、乙>甲>丙
4、在一個固定體積的密閉容器中,放入mmol的A和nmol的B,發(fā)生如下反應(yīng):
mA(g)+nB(g) PC(g),平衡時C的濃度是wmolL-1,若維持容器的體積不變,起始時放入amolA、bmolB和cmolC,要使平衡時C的濃度仍為wmolL-1,則a、b、c必須滿足的條件是
A、a:b:c=m:n:p B、a:b=m:n和
C、和 D、a=, c=和c=
5、對處于化學(xué)平衡的體系,以化學(xué)平衡與化學(xué)反應(yīng)速率的關(guān)系可知:
A、化學(xué)反應(yīng)速率變化時,化學(xué)平衡一定發(fā)生移動。
B、化學(xué)平衡發(fā)生移動時、化學(xué)反應(yīng)速率一定變化。
C、正反應(yīng)進(jìn)行的程度大、正反應(yīng)速率一定大。
D、只有催化劑存在下,才會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)速率變化,而化學(xué)平衡不移動的情況。
6、在PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g),達(dá)到平衡后,其它條件不變,向平衡體系中加入37Cl2,達(dá)到新平衡后,含37Cl的PCl3的物質(zhì)的量與原平衡相比
A、增大 B、減小 C、不變 D、不能確定
7、下列事實不能用勒沙特列原理說明的是
A:往氫硫酸溶液中加入鹽酸,[S2-]降低。
B:溫度不變時,敞口久置于空氣中的飽和KNO3溶液含有晶體析出。
C:在合成氨的工業(yè)生產(chǎn)中,使用較高的溫度有利于提高產(chǎn)量。
D:在密閉容器中,水面上方的蒸氣壓強隨溫度升高而增大。
8:下列平衡:C2H2+H2 C2H4……① 2CH4 C2H4+2H2……②當(dāng)降低溫度時,①式
向右移動,②式向左移動,試判斷下列式中C+2H2 CH4+Q1 2C+H2 C2H2+2Q2
2C+2H2 C2H4+2Q3 Q1、Q2、Q3的大小順序為
A、Q1>Q2>Q3 B、Q1> Q3> Q2 C 、Q2> Q1 >Q3、 D、Q2>Q3 >Q1
9、在CuCl2水溶液中存在如下平衡:[Cu(H2O)4]2++4Cl- [CuCl4]2-+4H2O能使黃綠
(藍(lán)) (綠)
色CuCl2溶液向藍(lán)色轉(zhuǎn)化的操作是
A、蒸發(fā)濃縮 B、加水稀釋 C、加入AgNO3 D、加入食鹽晶體
10、反應(yīng)A(g)+xB(g) yC(g),將A與B按體積比1:x混合反應(yīng)當(dāng)A的轉(zhuǎn)化率是50%時,反應(yīng)前混合氣體的密度是反應(yīng)后混合氣體密度的(同溫同壓),則x、y的值可能是
A、3,4 B、3,2 C、3,3 D、1,1
11、在容積一定的密閉窗口中,反應(yīng)A B(g)+C(s)達(dá)平衡,若繼續(xù)升高溫度,容器內(nèi)氣體的密度增大,下列判斷正確的是
A、 壓強對該反應(yīng)的平衡移動沒有影響
B、 在平衡體系中加入C,混合氣體平均分子量增大
C、 若正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),則A為非氣態(tài)
D、 若正反應(yīng)為放熱反應(yīng),則A為氣態(tài)
12、 某溫度下,反應(yīng)H2(g)+I2(g) 2HI(g)+Q,在一帶有活塞的密閉容器中達(dá)到平衡,
下列說法不正確的是
A、 恒溫壓縮體積,平衡不移動,顏色加深
B、 恒壓迅速充入HI,開始時正反應(yīng)速率減小
C、 恒容,升溫正反應(yīng)速率減小
D、 恒容,充入H2,I2的百分比含量降低
二:填空
1、t0C在VL密閉容器中加入vmol N2和3vmol H2,當(dāng)反應(yīng)N2+3H2 2NH3達(dá)平衡時,
混合氣體中N2、H2、NH3分別為A、B、Cmol,仍在t0C,若只改變起始物的加入量,但要維持A、B、C值不變,則在N2、H2、NH3的加入量用X、Y、Z表示,應(yīng)滿足的條件是
(1) 若X=0,Y=0,則Z=_______
(2) 若X=0.75vmol,則Y=________ Z=________
(3) X、Y、Z應(yīng)滿足的一般條件,用X、Y、Z的方程式表示式是
______________________________、________________________。
2、在一定溫度下,把2體積
N2和6體積H2通入一個帶有活
塞的容積可變的容器中,活塞的
一端與大氣相通,發(fā)生反應(yīng)
N2+3H2 2NH3+Q達(dá)到平衡,測得混合氣體為7體積
(1)保持上述反應(yīng)溫度不變,設(shè)a、b、c分別代表初始加入的N2、H2、NH3體積,若反應(yīng)達(dá)到平衡后,混合氣體中各物質(zhì)的百分含量仍與上述平衡完全相同,那么:
① 若a=1, c=2則b=_____,在此情況下,反應(yīng)起始時將向_____方向進(jìn)行。
② 若規(guī)定起始時反應(yīng)向逆方向進(jìn)行,則C的取值范圍是______________
(2)在上述裝置中,若起始時的a、b、c值均與(1)相同,但需控制平衡后混合氣
體為6.5體積,則可采取措施是______,其原因是______。
3、在一個容積不變的反應(yīng)容器中,要求通過調(diào)節(jié)體系的溫度使下列反應(yīng)達(dá)到平衡時保
持容器內(nèi)氣體總物質(zhì)的量為12mol,A(g)+2B(g) 2C(g)?,F(xiàn)向反應(yīng)器中加入6.5molA,X molB,2.0 molC.
(1)若x=5.5時,需要降低體系溫度使反應(yīng)在平衡時達(dá)到題設(shè)條件,則正反應(yīng)為_____熱反應(yīng)。
(2)欲使起始反應(yīng)維持向逆方向移動,則x取值范圍是__________
【答案】
一、 選擇題
1、 D 2、AD 3、D 4、B 5、B 6、A 7、C 8、B
9、BC 10、BD 11、CD 12、C
二、 填空題:
1、 (1) 2vmol (2)2.25v, 0.5v (3) x+2z=v Y+Z=3V
2、 (1) ①3,逆 ② 1
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