第2章 第4节 化学反应的调控(Word教参)-【优化指导】2022-2023学年新教材高中化学选择性必修1（人教版2019）

第四节　化学反应的调控 课程标准 核心素养目标 1.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。 2．知道催化剂可以改变反应历程，对调控反应速率具有重要意义。 3．能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题，能讨论化学反应条件的选择和优化。 从化学反应速率和化学反应平衡两个方面分析合成氨可能的条件，关注化学反应条件的选择与优化，基于事实，形成多角度调控化学反应的思路。(证据推理与模型认知) 认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要应用，探索最适宜的化工生产条件，赞赏化学对社会发展的重大贡献。(科学态度与社会责任) 知识点一　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)⇌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，ΔG＝ΔH－TΔS<0，能自发进行。 (2)可逆性：反应为可逆反应。 (3)体积变化(熵变)：ΔS<0，正反应是气体体积减小的反应。 (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，减小生成物浓度 3.数据分析 根据教材表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： (1)提高反应速率的条件是升高温度、增大压强； (2)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。 知识点二　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 MPa～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：在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。 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，平衡混合物中NH3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用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。 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，既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，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 MPa～30 MPa 温度 400～500℃ 催化剂 使用铁触媒作催化剂 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 探究　化学反应的调控 ►情境素材 “丁烯裂解法”是一种重要的丙烯生产法，在生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。反应如下： 主反应：3C4H8(g)4C3H6(g)； 副反应：C4H8(g)2C2H4(g)。 测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(w)随温度(T)和压强(p)变化的趋势分别如图1和图2所示： 平衡体系中的C3H6(g)和C2H4(g)的质量比是工业生产C3H6(g)时选择反应条件的重要依据之一，从生成物的纯度考虑，该数值越高越好。 [问题设计] 1．据图1和图2判断，反应条件应选择下列中的C(填序号)。 A．300 ℃、0.1 MPa B．700 ℃、0.1 MPa C．300 ℃、0.5 MPa D．700 ℃、0.5 MPa 2．