(教案)第2章 第4节 化学反应的调控-【提分教练】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 学习任务目标 1．能运用浓度、压强、温度和催化剂对化学反应速率、化学平衡的影响规律，能讨论化学反应条件的选择和优化。 2．针对典型案例，能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。 3．通过反应条件的选择和优化，养成多角度综合调控化学反应速率的习惯，形成绿色化学的观念。 1．为了保证燃料充分的燃烧，我们通常采用以下措施：将固体燃料粉碎、通入足量的空气等。 2．在2SO2＋O22SO3中，增大氧气的浓度可以增大SO2的转化率。 3．实验室中为了加快H2O2分解生成氧气的反应速率，可加入固体MnO2。 一、合成氨反应的限度、速率 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)可逆性：反应为可逆反应。 (2)体积变化：正反应是气体体积缩小的反应。 (3)焓变：ΔH<0，熵变：ΔS<0。 (4)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 2．提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 综合结果 压强 高压 高压 高压 温度 高温 低温 兼顾速率和平衡，且考虑催化剂活性 催化剂 使用 无影响 使用 浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度，降低生成物浓度 增大反应物浓度，且不断减少生成物浓度 二、工业合成氨的适宜条件 1．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 根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强(10 MPa～30 MPa) 温度 适宜温度，400～500 ℃ 催化剂 使用铁触媒作催化剂 浓度 迅速冷却，使气态氨变成液态氨后，及时从平衡混合物中分离出去；原料气循环使用，及时补充N2和H2 2．合成氨反应条件分析 (1)压强 目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为10 MPa～30 MPa，不采用更高压强的理由是压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，需要的动力也越大。 (2)温度 升高温度能提高化学反应速率，但工业合成氨温度不能太高的理由是 ①合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低。 ②400～500_℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱。 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)由于合成氨在室温下是非自发反应，所以需要较为苛刻的条件。 (　　) ×　提示：合成氨反应在室温下是自发的反应。 (2)因为合成氨是气体体积减小的反应，所以实际生产中，采用的压强越大越好。 (　　) ×　提示：压强太大会增大动力和设备成本。 (3)合成氨的反应是放热反应，所以工业合成氨时采用的温度越低越好。 (　　) ×　提示：温度太低，反应速率太小，不利于提高单位时间内NH3的产量。 (4)合成氨反应加入催化剂能增大产率。 (　　) ×　提示：催化剂只改变反应速率，不能使平衡移动，加催化剂不能增大NH3的产率。 (5)在合成氨工业实际生产中反应物氮气和氢气的转化率相等。 (　　) ×　提示：当起始时N2和H2的物质的量浓度之比等于1∶3时，反应物的转化率相等，而合成氨工业实际生产中二者的比值并不是控制在1∶3。 2．可逆反应3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)　ΔH<0，达到平衡后，为了使H2的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是(　　) A．升高温度，减小压强，增加氮气 B．降低温度，增大压强，加入催化剂 C．升高温度，增大压强，增加氮气 D．降低温度，增大压强，分离出部分氨 D　解析：要使氢气的转化率增大，需使平衡向正反应方向移动，根据合成氨反应的特点，由于正反应为放热反应，需降低温度；正反应为气体总体积减小的反应，需增大压强；另外还可通过及时分离出部分氨气，减小生成物浓度的方法，促使平衡右移，故D项正确。 工业上选择适宜生产条件的原则 自1784年发现氨以后，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1913年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1 000吨的大型装置。 探究1：实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)(k为速率常数，只与温度有关)，请你根据该关系式分析，各物质的浓度对反应速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？ 提示：由合成氨反应的化学反应速率公式可知，在一定温度、压强下，化学反应速率与反应物浓度[c(N2)或c1.5(H2)]成正比关系，与生成物浓度[c(NH3)]成反比关系。因此，在一定温度、压强下，可采取增大反应物浓度、减小生成物浓度来