06第二章 第四节 化学反应的调控（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中化学选择性必修1【精讲精练】人教版

第四节　化学反应的调控 学习目标 1．探究工业合成氨生产条件的选择。 2．探究化学反应的调控问题。 知识点一　合成氨条件的选择 工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其热化学方程式如下： N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 结合反应方程式，可知__升高温度、增大压强、增大反应物的浓度、使用催化剂等__，都可以使合成氨速率增大；__降低温度、增大压强、增大反应物浓度或减小生成物浓度等__有利于提高平衡混合物中氨的含量。 1．压强 理论和实验数据的分析均表明，合成氨时压强__增大__可以同时提高反应速率和转化率。但是，压强越大，对材料的强度和设备的要求也越高，增加生产投资并可能降低综合经济效益。一般采用的压强为__10～30_MPa__。 2．温度 温度__升高__有利于提高反应速率，温度__降低__有利于提高反应转化率。因此，需要选择一个适宜的温度，一般采用的温度为__400～500_℃__。 3．催化剂 加入催化剂可以__提高__反应速率，对化学平衡__无影响__，一般选择__铁触媒__作为合成氨工业的催化剂。该催化剂在500 ℃左右时活性最大，这也是温度选择的原因之一。另外，为了防止杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过__净化__。 4．浓度 为提高平衡转化率，工业上采取__迅速冷却__的方法，使氨气变成液氨并及时分离，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。 [思考探究] 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20世纪初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。 (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？ (2)既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？为什么？ (3)在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？使用的催化剂一般是什么？ 提示　(1)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，但是，压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，需要的动力也越大，目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为10 MPa～30 MPa。 (2)不是。因为从平衡的角度考虑，合成氨低温有利，但是温度过低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，所以在实际生产中一般采用的温度为400～500 ℃(在此温度时催化剂的活性最大)。 (3)为了加快反应速率，工业合成氨普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂(又称铁触媒)。 [归纳提升] 1．从可逆性、反应前后气态物质系数的变化、焓变三个角度分析化学反应的特点。 2．根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。 外界 条件 有利于加快速率 的条件控制 有利于平衡正向 移动的条件控制 综合分析结果 浓度 增大反应物的浓度 增大反应物的浓度、减小生成物的浓度 不断地补充反应物、及时地分离出生成物 催化剂 加合适的催化剂 无 加合适的催化剂 温度 高温 ΔH＜0 低温 兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度 ΔH＞0 高温 在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并考虑催化剂的活性 压强 高压(有气体参加) ΔVg＜0 高压 在设备条件允许的前提下，尽量采取高压 ΔVg＞0 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的压强 1．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N2和H2混合气体有利于合成氨 B．高压比常压更有利于合成氨的反应 C．500 ℃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 解析　B　催化剂不影响化学平衡，A项错误；合成氨反应是放热反应，在低温下转化率高，合成氨工业采用500 ℃左右的温度是综合考虑了反应速率、转化率及催化剂的活性，C项错误；采用循环操作提高原料利用率不能用勒夏特列原理解释，D项错误。 2．德国化学家哈伯发明了以低成本制造氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是(　　) A．①②③　　　　　　 B．②④⑤ C．①③⑤ D．②③④ 解析　B　合成氨的反应是气体体积减小、放热的可逆反应，所以增大压强平衡向正反应方向移动，可提高原料的转化率；催化剂不能影响平衡状态，不能提高转化率；把生成物氨气液化及时分离出来，可以促使平衡向正反应方向移动，提高转化率；通过氮气和氢气的循环使用