第2章 第4节 化学反应的调控(Word教参)-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中化学选择性必修1（人教版2019 双选）

第四节化学反应的调控 (一)理论分析工业合成氨的条件选择 反应原理 工业合成氨：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 [微提醒] 影响氨的合成速率和产率的温度有所矛盾，此时应结合实际生产以及催化剂的效率综合考虑得出合适温度。 反应特点 气体体积减小的放热反应 增大合成氨的反应速率 升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂 提高平衡混合物中氨的含量 降低温度、增大压强、增大反应物浓度 (二)工业合成氨适宜条件的选择 压强 压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。我国的合成氨厂一般采用的压强为10_MPa～30_MPa [微迁移] 已知硫酸工业中涉及反应2SO2＋O22SO3，增大压强既可以提高反应速率，还可以提高SO3的产率；升高温度可以提高反应速率，但是温度过高会引起SO3的产率降低。 温度 温度降低提高合成氨的平衡转化率，但反应速率减小。实际采用的温度为400～500_℃ 催化剂 通常采用加入催化剂的方法，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发生反应。目前，合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。该催化剂在500_℃左右时的活性最大。为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化 其他 为了提高N2与H2的转化率，还可以采用原料气循环使用或者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，以促使化学平衡向生成NH3的方向移动 (三)实际生产需要考虑的因素 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 [微思考] 在合成氨工业中，原料气在进入合成塔前需经过铜氨液处理，目的是除去其中的CO，其反应为[Cu(NH3)2]＋＋CO＋NH3[Cu(NH3)3CO]＋　ΔH＜0，该反应的适宜条件是什么？ 提示：低温高压。 实际生产需要考虑的因素 ①在实际生产中常常需要结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件 ②还需考虑环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，实施生产 ————————[新知探究]———————————————————————— 化学反应的调控 ————————————————————————— [情境质疑] 工业上以黄铁矿(FeS2)为原料生产硫酸的工艺流程如图： A为沸腾炉，反应为4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2；B为接触室，反应为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1；C为吸收塔，反应为SO3＋H2OH2SO4。接触室中利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是工业制硫酸中最关键的步骤。 下表是不同压强、温度时SO2的转化率情况。 温度 不同压强下SO2的转化率/% 1×105 Pa 5×105 Pa 1×106 Pa 5×106 Pa 1×107 Pa 450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 ℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 　 1．从理论上分析，为了使反应物的转化率尽可能大，在温度和压强方面如何选择？ 提示：低温高压。 2．在实际工业生产中通常选择的温度是450 ℃，理由是什么？ 提示：该反应是放热反应，升高温度，反应物转化率降低，在450 ℃时反应物转化率较高。 3．在实际工业生产中通常选择的压强是多少？理由是什么？ 提示：1×105 Pa。常压下SO2的转化率已经很高，若采用较大的压强，SO2的转化率提高很少，但对设备及动力的要求更高。 4．在合成SO3的过程中，解释不需要分离出SO3的原因。 提示：SO2的转化率比较高，达到平衡后的混合气体中SO2的余量很少，故不需要分离出SO3。 5．生产中通入过量空气的目的是什么？ 提示：增大O2浓度，提高SO2的转化率。 [生成认知] 1．工业合成氨的适宜条件 压强 10 MPa～30 MPa 温度 400～500 ℃ 催化剂 使用铁触媒作催化剂 浓度 氨及时从混合气中分离出去，分离后的原料气循环使用，及时补充N2和H2 2．工业生产中选择适宜生产条件的原则 外界 条件 有利于增大反应速率的条件控制 有利于平衡正 向移动的条件 控制 综合分析结果 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