第二章 化学反应速率与化学平衡 第4节 化学反应的调控-【金版教程】2023-2024学年新教材高中化学选择性必修1创新导学案word（人教版2019）

第四节　化学反应的调控 [学业要求]　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、生活和科研中的重要作用。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。 外界条件对合成氨反应的影响 1.合成氨反应原理：N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。反应特点：气体体积减小的放热反应。 2.升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等，都可以使合成氨的反应速率增大。 3.降低温度、增大压强、增大反应物的浓度等有利于提高平衡混合物中氨的含量。 4.催化剂可以增大反应速率，但不改变平衡混合物的组成。 合成氨生产条件的选择和优化 1.压强的选择 根据合成氨反应的热化学方程式，从平衡控制的角度来看，合成氨时压强越大越好。但压强越大，对材料强度和设备制造的要求越高。这将大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10 MPa～30 MPa。 2.温度的选择 根据平衡移动原理，合成氨应该采用低温以提高平衡转化率。但是温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡时间过长，这在工业生产中是很不经济的。因此，需要选择一个合适的温度。目前，实际生产一般采用的温度是400～500 ℃。 3.催化剂的选择 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，通常需要加入催化剂。目前，合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。铁触媒在500 ℃左右时活性最大，这也是合成氨反应一般选择在400～500 ℃进行的重要原因。原料气必须净化，防止“催化剂中毒”。 4.浓度对合成氨生产的影响 （1）采取迅速冷却的方法及时分离出液态氨，促进平衡向生成NH3的方向移动。 （2）原料气循环使用。 5.实际生产需考虑的因素 （1）综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素。 （2）结合设备条件、安全操作、经济成本等实际问题考虑。 （3）根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析、权衡利弊。 1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）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。（　　） （2）在合成氨反应中使用催化剂和施加高压都能提高反应速率，都对化学平衡无影响。（　　） （3）在合成氨中，为增加H2的转化率，充入的N2越多越好。（　　） （4）在工业生产条件优化时，只考虑经济性就行，不用考虑环保。（　　） （5）合成氨中，加入催化剂能提高原料的利用率。（　　） 答案　（1）×　（2）×　（3）×　（4）×　（5）× 2.下列有关合成氨工业的说法中，正确的是（　　） A.从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15%，所以合成氨厂的产率都很低 B.由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高 C.合成氨工业的反应温度控制在700 K左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D.合成氨厂采用的压强是2×107～5×107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最大 答案　B 3.在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高化学反应速率，可采取的措施有（　　） ①增大容器体积使压强减小　②减小容器体积使压强增大　③升高温度　④降低温度　⑤恒温恒容，再充入等量的N2和H2　⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2　⑦及时分离产生的NH3　⑧使用催化剂 A.②④⑤⑥⑦ B.②③④⑤⑦⑧ C.②⑤ D.①②③⑤⑧ 答案　C 解析　从反应速率的角度分析，①④⑦均使化学反应速率降低，②③⑤⑧均使化学反应速率升高，⑥不影响化学反应速率。从平衡移动的角度分析，②⑤使化学平衡向右移动，使氨的产率增大，⑧不影响化学平衡，③使化学平衡向左移动。 4.如图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率采取的措施是（　　） A.①②③ B.①③⑤ C.②④⑤ D.②③④ 答案　C 知识点　工业生产中化学反应条件的选择和优化 　教师独具内容 工业上以黄铁矿（FeS2）为原料生产硫酸的工艺流程如图： A为沸腾炉，反应为4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2；B为接触室，反应为2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1；C为吸收塔，反应为SO3＋H2O===H2SO4。接触室中利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是工业制硫酸中最关键的步骤。下表是不同压强、温度时SO2的转化率情况。 温度 不同压强下SO2的转化率/% 1×105 Pa 5×105 Pa 1×106 Pa 5×106 Pa 1×107 Pa 450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 ℃ 85.6