第11讲 化学反应的调控 -【暑假辅导班】2021年新高二化学暑假精品课程（人教版2019选择性必修1）

第11讲 化学反应的调控 知识导航 课前导入 钢铁生产是十七世纪从英国开始的第一次产业革命的两大产业之一。高炉炼铁的主要反应是： Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 其中CO的反应是 C+O2CO2 ① CO2+C2CO ② 炼制1吨生铁所需焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需的量，且从高炉炉顶出来的气体中含有没有利用的CO气体。开始，炼铁工程师们认为是因为CO与铁矿石接触不充分，于是设法增加高炉的高度。然而，令人吃惊的是，高炉增高后，高炉尾气中的比例竟然没有改变。这成了炼铁技术中的科学悬念。有关人士一直在探究其中的原因，直到十九世纪下半叶，法国科学家勒夏特列经过深入的研究，才将这一迷底解开。原来，产生上述现象的原因是反应②是一个可逆反应，并且至上而下发生在高炉中有焦炭的地方。后来的研究说明，在高炉中Fe2O3和CO反应也不能全部转化为Fe和CO2。 那么，有什么方法可以对化学反应进行调控，让其尽可能多地转化为目标产物呢？ 知识预习 一、合成氨反应的原理分析 工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下： N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1 根据合成氨反应的特点，应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量？请填入下表。 对合成氨反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率 提高平衡混合物中氨的含量 二、合成氨反应的数据分析 下表的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况(初始时氮气和氢气的体积比是1：3)。 温度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.1 13.8 23.1 31.4 思考与交流：合成氨的反应，应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量？ 思考与交流：综合上述两个方面，分析增大合成氨的反应速率与提高平衡混合物中氨的含量所应采取的措施是否一致。在实际生产中到底选择哪些适宜的条件呢? 三、调控化学反应需考虑的问题 1．反应限度：要考虑尽量增大反应物的__________，充分利用原料。 2．反应速率：要选择较快的____________，提高单位时间内的产量。 3．生产要求：要考虑设备的要求和技术条件。 四、合成氨反应的条件调控 工业合成氨的适宜条件 压强 10～30 MPa 温度 400～500 ℃ 催化剂 铁触媒 浓度 N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去 思考与交流 （1）工业上合成氨为什么不采用更高压强？ （2）工业上合成氨为什么不采用更高温度？ 对点训练 题型一：合成氨的条件调控 【例1】在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列操作与平衡移动无关的是（ ） A．不断将氨分离出来 B．使用催化剂 C．采用500 ℃左右的高温而不是700 ℃的高温 D．采用2×107～5×107 Pa的压强 【变1-1】（2021·全国高二单元测试）关于合成氨工业的下列说法正确的是（ ） A．从合成塔出来的气体，其中氨气一般占15%，所以生产氨的工业效率都很低 B．由于易液化，、可循环使用，则总的说来，氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在400~500℃左右，目的是使平衡向正反应方向进行 D．合成氨工业采用，是因为该条件下催化剂的活性最好 【变1-2】（2021·全国高一单元测试）下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是 A．使用铁触媒，使和混合气体有利于合成氨 B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应 C．700K左右比室温更有利于合成氨的反应 D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率 【例2】合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图所示。 (1)X的化学式为________。 (2)图中条件选定的主要原因是________(填字母编号)。 A．温度、压强对化学平衡的影响 B．铁触媒在该温度时活性大 C．工业生产受动力、材料、设备等条件的限制 (3)改变反应条件，会使平衡发生移动。如图表示随条件改变，氨气的百分含量的变化趋势。当横坐标为