第2章 第4节 化学反应的调控（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中化学 选择性必修1（人教版2019 不定项版）

第四节　化学反应的调控 课程标准 核心素养目标 1．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．知道催化剂可以改变反应历程，对调控反应速率具有重要意义。 3．能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题，能讨论化学反应条件的选择和优化。 1．证据推理与模型认知：从速率和平衡两个方面分析合成氨可能的条件，关注化学反应条件的选择与优化，基于事实，形成多角度调控化学反应的思路。 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，赞赏化学对社会发展的重大贡献。 [对应学生用书P47] 一、合成氨反应的特点及原理分析 1．反应特点 合成氨反应为N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ/mol，该反应是正向气体总体积减小、熵减小的放热反应。 2．原理分析 根据合成氨反应的特点，应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量？ 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 增大反应物浓度 升高温度 增大压强 使用催化剂 提高平衡混合物中氨的含量 增大反应物浓度 降低温度 增大压强 无影响 3.数据分析 根据教材表2－2在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析： (1)提高反应速率的条件是升高温度、增大压强； (2)提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。 二、工业合成氨适宜条件的分析 1．压强 理论分析 压强越大，合成氨反应速率越大，原料的转化率越高，平衡混合物中氨的含量越高 条件限制 压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，需要的动力越大，大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益 实际选择 目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10 MPa～30 MPa 2.温度 理论分析 温度越低，原料的利用率越高，平衡混合物中氨的含量越高 条件限制 温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的 实际选择 目前，合成氨在实际生产中一般采用的温度为400～500 ℃ 3.催化剂 (1)原理分析：在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍很慢。 (2)选用条件：通常采用加入以铁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”，原料气必须经过净化。 4．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的转化率仍不够高。 (2)采取措施：采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去；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。 三、化工生产中适宜条件的选择 1．影响化学反应进行的因素 (1)参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素。 (2)温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。 2．化学反应的调控 ◆名师点拨 合成氨的原理分析 (1)从合成氨的原理入手，从速率和平衡两个角度预测合成氨的适宜条件。 (2)从不同条件下达到平衡时氨的含量入手，分析压强和浓度的改变对氨的产率的影响。 (3)从反应条件的一致性出发，确定合成氨的适宜条件。 ◆特别提醒 (1)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。 (2)降低温度、增大压强、增大反应物浓度等，有利于提高平衡混合物中氨的含量。 (3)催化剂可以增大反应速率，但不改变平衡混合物的组成。 ◆特别提醒 合成氨生产的工艺流程 ◆归纳总结 工业合成氨的适宜条件 条件 适宜条件 压强 10 MPa～30 MPa 温度 400～500 ℃ 催化剂 铁触媒 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 ◆微辨析(对的画“√”，错误的画“×”) 对于合成氨反应，达到平衡后： (1)升高温度，对正反应速率影响更大(　×　) (2)增大压强，对正反应速率影响更大(　√　) (3)减小反应物浓度，对逆反应速率影响更大(　×　) (4)使用催化剂，对逆反应速率影响更大(　×　) ◆名师点拨 选择适宜生产条件的基本思路 (1)从可逆性、反应前后气体体积的变化、焓变、熵变、反应的方向等角度分析反应的特点。 (2)根据反应特点，分析外界条件(温度、浓度、压强、催化剂等)对化学反应速率和限度的影响。 (3)从反应速率和限度的角度综合分析，充分考虑化工生产中动力、材料及设备实际情况等