2.4 化学反应的调控-【题型分类归纳】2023-2024学年高二化学同步讲与练(人教2019选择性必修1)

第二章 化学反应速率与化学平衡 第三节 化学反应的调控 『知识梳理』 一、合成氨反应的原理分析 〖合成氨反应的特点〗 ◆合成氨反应： 。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 ◆自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS 0，能自发进行。 ◆可逆性：反应为可逆反应。 ◆体积变化(熵变)：ΔS<0，正反应是气体体积 的反应。 ◆焓变：ΔH<0，是 反应。 〖原理分析〗 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 压强 压强 压强 温度 温度 温度 催化剂 使用 无影响 浓度 反应物浓度 反应物浓度，降低生成物浓度 二、工业合成氨的适宜条件 〖问题讨论〗 ◆压强 ①原理分析：压强越大越 。 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。 ◆温度 ①原理分析：低温有利于提高原料的 。 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 ，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。 ◆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 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 。 ◆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 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。 〖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 〖合成氨的工艺流程〗 〖选择工业合成适宜条件的原则〗 ◆考虑参加反应的物质组成、结构和 等本身因素。 ◆考虑影响化学反应速率和平衡的温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。 ◆选择适宜的生产条件还要考虑设备条件、安全操作、经济成本等情况。 ◆选择适宜的生产条件还要考虑环境保护及社会效益等方面的规定和要求。 『题型分析』 『题型一』化学平衡的有关计算 〖典例1〗在T℃时，将足量的某碳酸氢盐()固体置于真空恒容容器中，存在如下平衡：已知反应达平衡时体系的总压强为p。则下列叙述正确的是（ ） A．当混合气体中的体积分数不变时，说明反应达到平衡状态 B．向平衡体系中加入适量，再次平衡后增大 C．向平衡体系中充入适量的，逆反应速率增大 D．该温度下用压强表示的化学平衡常数为 【答案】C 【详解】A．该反应属于固体分解反应，混合气体中的体积分数恒为50%，故混合气体中的体积分数不变，不能说明反应达到平衡状态，A错误；B．根据化学平衡常数，温度不变常数不变，向平衡体系加入适量，再次平衡后也不变，B错误；C．向平衡体系中充入适量的，生成物浓度增大，逆反应速率增大，C正确；D．反应达平衡时体系的总压强为p，则，故该温度下化学平衡常数为，D错误；故答案为：C。 〖变式1-1〗碳酸氢钠的分解反应如下：2NaHCO3(s)Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)    △H＞0，一定温度下，在密闭容器中放入NaHCO3固体，反应达平衡时容器中压强为4×103Pa。下列说法正确的是（ ） A．该反应的平衡常数为4×106Pa2 B．升高温度，正反应速率增加，逆反应速率减小 C．当容器中的气体平均摩尔质量不变时，反应达到平衡 D．缩小体积，再次达到平衡后CO2浓度变大 〖变式1-2〗已知