第12讲 化学反应的调控-2022年新高二化学暑假自主学习精品课程（人教版2019选择性必修1）

第12讲 化学反应的调控 知识梳理 一、合成氨反应的原理分析 1．合成氨反应的特点 合成氨反应：N2(g)＋3H2(g) (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， <0，能 进行。 (2)可逆性：反应为 反应。 (3)体积变化(熵变)：ΔS<0，正反应是气体体积 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 、提高平衡混合物中 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 压强 增大压强 温度 升高温度 温度 催化剂 使用 无影响 浓度 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2－2在不同温度和 下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中 的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是 、 ；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、 。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。 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 。 ②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为 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也越高，需要的 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： 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 ℃。 ③不采用低温的理由：温度降低会使化学反应速率 ，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 最大。 (3)催化剂 ①原理分析：在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然 。 ②选用条件：通常采用加入以 为主体的多成分催化剂，又称 。 ③选择催化剂的理由：改变反应历程，降低反应的 ，使反应物在较低温度时能较快地进行反应。 另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过 。 (4)浓度 ①原理分析：在500 ℃和30 MPa时，平衡混合物中 的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低。 ②采取的措施：采取迅速 的方法，使气态氨变成 后及时从平衡混合物中分离出去；应将 分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的 。 ③采取该措施的理由：分离出NH3以促使平衡向生成NH3的方向移动，此外原料气的循环使用并及时补充原料气，既提高了原料的 ，又提高了 ，有利于合成氨反应。 2．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 10～30 MPa 温度 400～500 ℃ 催化剂 使用 作催化剂 浓度 氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充N2和H2 3.合成氨的工艺流程 4．选择工业合成适宜条件的原则 (1)考虑参加反应的物质组成、结构和 等本身因素。 (2)考虑影响化学反应速率和平衡的 、 、浓度、 等反应条件。 (3)选择适宜的生产条件还要考虑设备条件、安全操作、 等情况。 (4)选择适宜的生产条件还要考虑 及社会效益等方面的规定和要求。 典例分析 考点一：化学反应的调控 【典例1】化学和生活密切相关，下列生产生活中实例不能用勒夏特列原理解释的是（ ） A．摇晃后的可乐开启后有大量气泡 B．合成氨工业中温度选择400-500℃ C．酸遇紫色石蕊试剂变红 D．生产硫酸的过程中用过量的空气和二氧化硫反应 考点二：合成氨的条件选择 【典例2】下列措施与化学反应速率无关的是（ ） A．炉膛内用煤粉代替煤块 B．食物冷藏在冰箱 C．工业合成氨时，及时将