第2章 第4节 化学反应的调控-2020-2021学年新教材高中化学选择性必修第一册【名师导航】同步Word教参(人教版)

第四节　化学反应的调控 发展目标 体系构建 1.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。 2.知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。 一、合成氨反应的限度、速率 1．合成氨反应的特点 合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 (1)可逆性：反应为可逆反应。 (2)体积变化：正反应是气体体积缩小的反应。 (3)焓变：ΔH<0，熵变：ΔS<0。 (4)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 2．提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 综合结果 压强 高压 高压 高压 温度 高温 低温 兼顾速率和平衡，且考虑催化剂活性 催化剂 使用 无影响 使用 浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度，降低生成物浓度 增大反应物浓度，且不断减少生成物浓度 二、工业合成氨的适宜条件 1．工业合成氨的适宜条件 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强(10～30 MPa) 温度 适宜温度，400～500 ℃ 催化剂 使用铁触媒做催化剂 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 2.问题讨论 (1)压强：目前我国合成氨厂一般采用的压强在10～30 MPa，不采用更高压强的理由是：压强越大，对设备的要求越高、需要的动力越大。 (2)温度：升高温度能提高化学反应速率，但工业合成氨温度不能太高的理由是： ①合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低。 ②400～500_℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱。 微点拨：工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)充入的N2越多越有利于NH3的合成。 (×) (2)恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成。 (×) (3)工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行。 (×) (4)合成氨反应只有在催化剂的条件下才能增加转化率。 (×) 2．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 B　[把氨分离出来是减小生成物浓度，有利于平衡右移；合成氨反应是放热反应，较低温度利于反应向右进行，同时该反应是气体物质的量减小的反应，尽可能采取高压利于正反应，A、C、D都符合平衡移动原理，而使用催化剂仅是为增大反应速率，与平衡无关。] 3．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。当横坐标为压强时，变化趋势正确的是__________，当横坐标为温度时，变化趋势正确的是________(填字母编号)。 [解析]　(1)原料气N2和H2经一定条件下的反应，生成的NH3(X)冷却后从设备中分离出来，同时尾气中含有的N2(Y)和H2(Y)进行循环利用。(2)温度选择在500 ℃并不是从化学平衡的影响分析的，而是因为催化剂在此温度时活性大，而且还可以适当提高化学反应速率，压强选择20～50 MPa是从化学平衡理论分析的，压强越大，平衡向生成NH3的方向移动，但不能过大，因为压强过大，对设备、材料的要求高，投资大，这样就不经济。(3)考查压强、温度对化学平衡的影响。 [答案]　(1)NH3　(2)B、C　(3)c　a 工业上选择适宜生产条件的原则 (素养养成——宏观辨识与微观探析) 自1784年发现氨以后，人们一直在研究如何利用化学方法由氮气和氢气合成氨，但直到1913年才实现了合成氨的工业化生产，经过研究人员的努力，几十年后建造了日产氨1000吨的大型装置。 [问题1]　工业生产中增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？为什么？ 提示：不是。因为温度一定时，增大混合气体的压强对合成氨的速率和平衡都有利，但压强越大需要的动力