第2章 第4节 化学反应的调控-【精讲精练】2023-2024学年高中化学选择性必修1人教版（教师用书）

第四节　化学反应的调控 1．通过化学反应速率和化学平衡的影响因素，掌握合成氨工业中温度、压强、浓度、催化剂选择的原理。 2．利用化学反应原理，了解工业生产条件选择的依据和原则。 3．知道化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用，培养学生“科学态度与社会责任”的学科素养。 知识点一　合成氨条件的选择 1．工业生产中适宜生产条件的选择 外界 条件 选择原则 综合分析结果 有利于增大速率的条件控制 有利于平衡正向移动的条件控制 浓度 __增大__反应物的浓度 __增大__反应物的浓度，__减小__生成物的浓度 不断地补充反应物，及时地分离出__生成物__ 催化剂 加合适的催化剂 不需要 加合适的__催化剂__ 温度 高温 ΔH<0 低温 兼顾速率和平衡，考虑催化剂的__适宜温度__ ΔH>0 高温 在设备条件允许的前提下，尽量选取高温并考虑催化剂的__活性__ 压强 高压(有气体参加) 气体体积减小 高压 在设备条件允许的前提下，尽量选取__高压__ 气体体积增大 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的压强 2．合成氨的适宜条件 序号 影响因素 选择条件 1 温度 反应温度控制在__400～500_℃__ 2 物质的量 N2、H2投料之比为__1∶3__ 3 压强 __10～30__ MPa 4 催化剂 选择以铁为主体的多成分__催化剂(铁触媒)__ 3．合成氨的生产流程 [思考探究] 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20世纪初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1000吨的大型装置。 (1)工业生产中增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？为什么？ (2)既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？为什么？ (3)在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？使用的催化剂一般是什么？ 提示　(1)不是。因为温度一定时，增大混合气体的压强对合成氨的速率和平衡都有利，但是，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，目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为10 MPa～30 MPa。 (2)不是。因为从平衡的角度考虑，合成氨低温有利，但是温度过低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，所以在实际生产中一般采用的温度为400～500 ℃(在此温度时催化剂的活性最大)。 (3)为了加快反应速率，工业合成氨普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂(又称铁触媒)。 [归纳提升] 1．从可逆性、反应前后气态物质系数的变化、焓变三个角度分析化学反应的特点。 2．根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。 1．对于可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，下列说法中正确的是(　　) A．达到平衡后充入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的大，N2的浓度比原平衡的小 B．达到平衡后，升高温度，既加快了正、逆反应速率，又提高了NH3的产率 C．达到平衡后，缩小容器体积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率 D．加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大，而逆反应速率减小 解析　 C　达到平衡后，充入N2，平衡向正反应方向移动，达到新平衡后，NH3的浓度会增大，而N2的浓度不会减小，A错误；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方向移动，不利于NH3的生成，B错误；达到平衡后，缩小容器体积即增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动，有利于提高H2的转化率，C正确；加入催化剂，能同等程度地增大正、逆反应速率，缩短反应达到平衡的时间，D错误。 2．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是(　　) A．使用铁触媒，使N2和H2混合有利于合成氨 B．高压比常压更有利于合成氨的反应 C．500 ℃左右比室温更有利于合成氨的反应 D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率 解析　B　催化剂不影响化学平衡，A项错误；合成氨反应是放热反应，在低温下转化率高，合成氨工业采用500 ℃左右的温度是综合考虑了反应速率、转化率及催化剂的活性，C项错误；采用循环操作提高原料利用率不能用勒夏特列原理解释，D项错误。 3．德国化学家哈伯发明了以低成本制造氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是(　　) A．①