第08讲 化学反应的调控-【暑假自学课】2023年新高二化学暑假精品课（人教版2019选择性必修1）

第08讲 化学反应速率的调控 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、生活和科学研究中的重要作用。 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。 合成氨反应中化学反应速率和化学平衡的综合调控。 形成多角度调控化学反应的思路。 1．化工生产适宜条件选择的一般原则 条件 原则 从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢 从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本 从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等 从催化剂的使用活性分析 注意催化剂的活性受温度的限制 2．控制反应条件的基本措施 控制化学反应速率的措施 通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率 提高转化率的措施 通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率 一、工业合成氨的生产条件的选择 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 自发性 常温(298 K)下，ΔH－TΔS________0，能________进行 可逆性 反应为________反应 焓变 ΔH＜0，是放热反应 体积变化(熵变) ΔS＜0，正反应是气体体积________的反应 2．浓度、温度、压强、催化剂对反应速率和氨的含量的影响 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。 对合成氨反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率反应速率 ________反应物浓度 ________温度 ______压强 使用 提高平衡混合物中中氨的含量 增大反应物浓度， 降低生成物浓度 ________温度 ______压强 无影响 合成氨生产中的有关数据 不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量(体积分数) 400℃下平衡时氨的的体积分数随压强的变化示意图 10 MPa下平衡时氨的的体积分数随温度的变化示意图 3．数据分析 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________、________。二者在温度这一措施上是不一致的。 4．工业合成氨的适宜条件 压强 原理分析 ①增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，压强越大越好 ②压强越大，对设备的要求越高，压缩H2和N2所需的动力越大，会增加生产投资，并可能降低综合经济效益 选用条件 目前，我国合成氨厂一般采用的压强为________MPa 温度 原理分析 ①________有利于提高平衡混合物中氨的含量 ②温度越低，反应速率越小，达到平衡所需时间越长，故________ ③催化剂的________在一定温度下下最大 选用条件 目前，在实际生产中一般采用的温度为________℃(此温度下催化剂的________) 催化剂 原理分析 即使在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然________。 使用________在较低温度时能较快进行反应 选用条件 通常采用加入以________为主体的多成分催化剂，又称________ (为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过________) 浓度 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 采取措施 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 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________ (既提高了原料的________，又提高了________，有利于合成氨反应) 5．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