第2章 第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨-【精讲精练】2023-2024学年高中化学选择性必修1鲁科版(教师用书)

亨学科网书城 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 #第4节化学反应条件的优化—工业合成氨 [知识素养目标] 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.能从反应限度和反应速率角度讨论化学反应和化工生产条件的选择和优化。 3.通过反应条件的选择和优化，促使学生形成多角度综合调控化学反应的思路。 知识整合·新知探究 /通教材·理知识·素养初拔 知识点一合成氨反应的限度和速率 知识梳理 1.合成氨反应的限度 (1)反应原理：合成氨的化学反应方程式N2(g)十3H(g)B2NH(g),△H≤0，△S ≤0。 (2)反应特点 合成氨反应一可逆性：反应为可逆反应 一体积变化：正反应是气体体积减少的反应 一焓变：△H≤0，熵变：△S≤0 一自发性：△H一T△S≤O,常温下正向能自发进行 (3)影响因素 ①外界条件：降低温度、增大压强将有利于化学平衡向生成氨的方向移动。 ②投料比：温度、压强一定时，N2H2的体积比为1：3时平衡混合物中氨的含量最 高。 2.合成氨反应的速率 ()提高合成氨反应速率的方法 升高温度 增大压强 提高 合成氨的 增大反应物浓度 反应速率 使用催化剂 (2)浓度与合成氨反应速率之间的关系 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= N2)c5H)c-1NH),由速率方程可知：增大N2或H2的浓度，减小NH的浓度， 都有利于提高合成氨反应的速率。 钟关键能力 1.合成氨反应的限度 合成氨技术使工业化人工固氮成为现实。已知合成氨反应： ◆独家授权侵权必究。 享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 N2(g)+3H(g)g2NH3(g)298K时，△H=-92.2kmol-1△S=-198.2JK-1mol-1。 (1)根据已知条件分析，在298K时该反应能否正向自发进行？ 提示：298K时，△H-TAS=-92.2 kJmol-1-298K×(-1982×10-3kJK-1mol-1) =一33.14 kJ-mol-10,该反应正向能自发进行。 (②)分析合成氨反应的特点有哪些？ 提示：合成氨反应是一个能自发进行的、放热的、气体体积减小（熵减）的可逆反应。 (3)根据外界条件对化学平衡的影响规律，你认为采取哪些措施有利于氨的生成？ 提示：降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动。 2.合成氨反应的速率 反应N2(g)+3H2(g)2NH(g)有如下关系：o=kcN2)c15H2)c-1NH):催化剂对合成 氨反应的反应速率影响如表： 条件 E/(kJmol-) k催k无 无催化剂 335 3.4×1012 使用铁催化剂 167 (700K) (1)通过控制哪些条件可以提高合成氨反应的速案？ 提示：增大反应物浓度、升高温度、增大压强都可以提高反应速率。 (2)根据表格中的数据关系，你能得出哪些结论？ 提示：使用催化剂，可显著降低反应的活化能，由(335 kJ-mol一)降低到(167kJmo一)： 从k催k无=3.4×1012(700K)可知，使用催化剂使反应速率提高上万亿倍。 [归纳提升] 1.根据合成氨反应的特点，从化学反应限度看，有利于氨生成的措施有： (1)降低温度、增大压强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，反应物中N2和H2的体积比为1：3时平衡混合物中氨的含 量最高。 2.根据合成氨反应的特点，从化学反应速率角度看，有利于氨生成的措施有： (1)在特定条件下，增大N2或H2的浓度，减小NH的浓度，都有利于提高合成氨的速 率。 (②)温度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。 (3)压强：压强越大，反应进行得越快。 (④)使用催化剂，可显著加快反应速率。 即增大反应物浓度、减小生成物浓度、使用合适的催化剂、升高温度，都可增大合成氨 反应的反应速率。 素养提升 ◆独家授权侵权必究 享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 1.现利用测定气体密度的方法确定酯酸的相对分子质量。已知冰醋酸沸点较高(118℃)， 且能形成二聚物，其反应为：2 CH,COOH(g)CH;COO2△H<0,为尽量使其接近真实 值，测定时应采用的条件是() A.高温、高压 B.高温、低压 C.低温、低压 D.低温、高压 解析B根据题意和反应为：2 CH COOH(g)(CH COOH)z△H<0,为尽量使其接 近真实值，则应该尽量转化为醋酸分子即逆向移动，该反应是体积减小的放热反应，因此应 是升高温度，减小压强的条件测定，故B符合题意。 2.利用原料气在合成塔中合成氨时，为提高N