2.4 化学反应的调控-【乐学课堂】2023-2024学年高二化学同步精品讲义+习题（人教版2019选择性必修1）

第二章 化学反应速率及化学平衡 第4节 化学反应的调控 1. 变化观念与平衡思想：知道如何应用化学反应速率和化学平衡分析合成氨的适宜条件，体会应用化学原理分析化工生产条件的思路和方法。 2.科学态度与社会责任：认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要应用，探索最适宜的化工生产条件。 一、合成氨反应的原理、特点及反应的自发性 1．反应原理 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。 已知298k时，ΔＨ＝－92.2 kJ/mol，ΔS＝－198.2 J·K-1·mol-1。 2．反应特点 (1)ΔＨ＝－92.2 kJ/mol，该反应的正反应为_______反应。 (2)体积变化：所有的反应物和生成物都是_______，该反应为气体体积_______的反应； (3)ΔS＝－198.2 J·K-1·mol-1，该反应为_______的反应； (4)降低温度、增大压强有利于_______向生成氨的方向移动。 (5)在一定的温度和压强下，反应物中 N2和 H2 的体积比为 1:3时平衡混合物中氨的含量最高。 (6)常温(298 K)下，其平衡常数Ｋ＝4.1×10６ （mol•L-1）－２，只能说明反应在此条件下进行得较完全，不能说明_______的快慢。 3. 判断反应的自发性 ΔH－TΔS=－92.2 kJ/mol-298K×（－198.2×10-3 KJ·K-1·mol-1）≈-33.1kJ/mol＜0，所以该反应在298K的条件下_______自发进行。 二、合成氨反应的限度 1. 浓度的影响 ①增加N2和H2的浓度，化学平衡都会_______移动； ②减小NH3的浓度，会使化学平衡_______移动，工业上一般把生成的氨气及时从反应体系中分离出来，使更多的反应物转化为生成物。 2. 温度的影响 由于正反应是放热反应，故降低温度有利于化学平衡向_______的方向移动。 3. 压强的影响 正反应是为化学方程式中气态物质_______的反应，增大压强有利于平衡向生成氨的方向移动。工业上一般尽量选择高压来提高氨的_______。 4. 结论 ①降低温度、_______将有利于化学平衡向生成氨的方向移动； ②在一定的温度和压强下，反应物N2与H2的体积比为1：3时，平衡混合物中_______的含量最高。 【说明】提高反应限度主要是为了提高原料的利用率，在实际生产过程中，为提高价格较高的原料的利用率，往往使价格低廉的原料配比稍高于理论值。 三、合成氨反应的速率 1．速率方程 在特定条件下，合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，由速率方程可知：合成氨反应的速率与氮气浓度的 1次方成正比，与氢气浓度的 1.5次方成正比，与氨气浓度的1次方成反比。 因此在一定温度、压强下，增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于_______。【链接拓展】一个化学反应的速率与参与反应物质的浓度关系式是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。 2．温度升温时，k增大，因此升温有利于提高_______速率。 3．加入合适的催化剂能降低合成氨反应的_______，使合成氨反应的速率提高上万亿倍，可通过_______反应的活化能来加快反应速率。 【结论】增大反应物浓度、使用合适的催化剂、_______，都可增大合成氨反应的反应速率。 四、合成氨的适宜条件 １．合成氨反应条件的选择原则 工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件。 （1）尽量增大反应物的_______，充分利用原料； （2）选择较快的_______，提高单位时间内的产量； （3）考虑设备的要求和技术条件。 【特别提示】 （１）其他条件不变，_______NH3的浓度既能提高反应速率又能提高转化率。 （２）使用催化剂，可显著_______反应的活化能，使反应速率提高上万亿倍。 （３）_______对合成氨反应的速率也有显著影响：温度越高，反应进行得越快。 ２．合成氨反应的适宜条件分析 （１）压强：压强越大越有利于_______，但在实际生产中，应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。大致可分为低压（1×107Pa）、中压（2×107Pa～3×107Pa）和高压（8.5×107Pa～1×108Pa）三种类型。 （２）温度：温度越高，反应速率越大，但不利于氨的合成，在实际生产中一般控制反应温度在 700Ｋ左右，因为在此温度时催化剂的活性最大。 （３）催化剂：使用_______可以大幅度提高反应速率，合成氨生产一般选择铁触媒做催化剂。 （４）浓度：合成氨生产通常采用 N2和 H2物质的量之比为 1:2.8的投料比，并且及时将氨气从反应混合物中分离出去。此外，还应考虑______