第二章 第四节 化学反应的调控-2021-2022学年高二化学【步步高】学习笔记（人教版2019选择性必修1）鲁琼冀湘 配套word

第四节　化学反应的调控 [核心素养发展目标]　1.通过工业合成氨适宜条件的选择与优化，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.在合成氨适宜条件的讨论中，形成多角度分析化学反应和化工生产条件的思路，体会化学反应原理的应用价值。 一、合成氨条件的理论选择 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)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 (2)可逆性：反应为可逆反应。 (3)熵变：ΔS<0，正反应是气体体积缩小的反应。 (4)焓变：ΔH<0，是放热反应。 2．原理分析 根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析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，请填写下表。 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 压强 增大压强 增大压强 温度 升高温度 降低温度 催化剂 使用 无影响 浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度，降低生成物浓度 3.数据分析 根据课本表2­2在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是升高温度、增大压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。二者在温度这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。 (1)在合成氨的实际生产中，温度越低，压强越大越好(　　) (2)在合成氨中，加入催化剂能提高原料的转化率(　　) (3)催化剂在合成氨中质量没有改变，因此催化剂没有参与反应(　　) (4)增大反应物的浓度，减少生成物的浓度，可以提高氨气的产率(　　) (5)合成氨中在提高速率和原料的转化率上对温度的要求是一致的(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)× 在工业合成硫酸中，其中一步反应为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1 (1)根据反应特点，利用原理分析，增大反应速率的措施有_________________，增大原料转化率的措施有________________。 答案　增大SO2和O2的浓度，增大压强，升高温度，选用合适的催化剂　增大压强，降低温度(合理即可) (2)利用下表实验数据回答问题： 温度 平衡时SO2的转化率/% 1×105Pa 5×105Pa 1×106Pa 5×106Pa 1×107Pa 450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 ℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 ①应选择的温度是________，理由是________________________________________。 ②应采用的压强是________，理由是________________________________________。 答案　①450 ℃　该反应是放热反应，升高温度，转化率降低；在450 ℃反应物转化率较高 ②1×105Pa　该压强下SO2的转化率已经很高，若采用较大的压强，SO2的转化率提高很少，但需要的动力更大，对设备的要求更高 二、工业合成氨的适宜条件 1．问题讨论 (1)压强 ①原理分析：压强越大越好。 ②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30 MPa。 ③合成氨时不采用更高压强的理由：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。 (2)温度 ①原理分析：低温有利于提高原料的平衡转化率。 ②选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500 ℃。 ③不采用低温的理由：温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的。 合成氨反应一般选择400～500 ℃进行的又一重要原因为铁触媒在500_℃左右时的活性最大。 (3)催化剂 ①原理分析：即使在高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行得十分缓慢。 ②选用条件：通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。 ③选择催化剂的理由：改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地发生反应。 另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。 (4)浓度 ①原理分析：在500 ℃和30 MPa时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只有26.4%，即平衡时N2和H2的转化率仍不够高。 ②采取的措施：采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去；应将NH3分离后的原料气循环使