第2章 第4节 化学反应的调控(学案)-【成才之路】2023-2024学年高中新教材化学选择性必修1同步学习指导(人教版2019)

第四节　 化学反应的调控 学习目标 １. 通过化学反应速率和化学平衡的影响因素ꎬ掌握合成氨工业中温度、压强、浓度、催化剂选择的 原因ꎮ ２. 利用化学反应原理ꎬ了解调控化学反应速率和平衡的方法ꎮ ３. 结合工业生产实际ꎬ了解化工条件的选择ꎮ 核心素养 １. 通过运用变量控制反应方向ꎬ培养变化观念和平衡思想ꎮ ２. 运用化学知识解决生产、生活中的简单化学问题ꎬ培养科学态度与社会责任ꎮ 新 课 情 境 呈 现 合成氨的意义 合成氨和尿素ꎬ可以说是化学工业最伟大的发明ꎬ对人类的贡献无论如何夸大都不为过ꎮ 民以食 为天ꎬ人类从诞生到 １９００ 年ꎬ几百万年时间ꎬ人口只有 １６ 亿ꎮ 而 １９０８ 年合成氨工业化ꎬ至现在 １００ 多 年时间ꎬ人口增加到超过 ７６ 亿ꎬ无疑合成氨是起了巨大的作用的ꎮ 合成氨ꎬ诞生了化学肥料ꎬ使土地 的粮食产量翻了几番ꎬ使地球才能养活这么多人口ꎬ而且不挨饿ꎮ 这其中的意义是无法用语言来表达 的ꎮ 同时氨还是重要的无机化工产品ꎬ在国民经济中占有重要地位ꎮ 除了作为肥料ꎬ也是生产硝酸、 各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等ꎮ 合成氨工业诞生以后ꎬ 用氨作炸药的原料ꎬ各种的炸药都是以氨为原料合成的ꎬ从而发生了人类诞生以来两次最大的战争ꎬ 一战和二战ꎬ成为杀人的利器ꎮ 可以说ꎬ合成氨是带着恶魔属性的天使ꎮ 氮气和氢气合成氨气的反应 是可逆反应且转化率很低ꎬ选择怎样的条件更有利于氨气的合成ꎬ让我们走进教材学习化学反应的 调控ꎮ 课 前 素 能 奠 基 新知预习 　 　 　 一、合成氨条件的选择 工业合成氨是人类科学技术的一项重大突 破ꎬ其热化学方程式如下: Ｎ２(ｇ) ＋ ３Ｈ２(ｇ)􀜩􀜨􀜑 ２ＮＨ３(ｇ)　 ΔＨ ＝ － ９２. ４ ｋＪ􀅰ｍｏｌ － １ 结合反应方程式ꎬ可知 　 升高温度、增大压 强、增大反应物的浓度、使用催化剂等　 ꎬ都可以使 合成氨速率增大ꎻ 　 降低温度、增大压强、增大反 应物浓度或减小生成物浓度等　 有利于提高平衡 混合物中氨的含量ꎮ 合成氨温度、压强与氨的含量关系如下表: 温度 / ℃ 氨的含量 / ％ ０.１ ＭＰａ １０ ＭＰａ ２０ ＭＰａ ３０ ＭＰａ ６０ ＭＰａ １００ ＭＰａ ２００ １５. ３ ８１. ５ ８６. ４ ８９. ９ ９５. ４ ９８. ８ ３００ ２. ２０ ５２. ０ ６４. ２ ７１. ０ ８４. ２ ９２. ６ ４００ ０. ４０ ２５. １ ３８. ２ ４７. ０ ６５. ２ ７９. ８ ５００ ０. １０ １０. ６ １９. １ ２６. ４ ４２. ２ ５７. ５ ６００ ０. ０５ ４. ５０ ９. １０ １３. ８ ２３. １ ３１. ４ 　 　 １. 压强: 理论和实验数据的分析均表明ꎬ合成氨时压 强 　 增大　 可以同时提高反应速率和转化率ꎮ 但 是ꎬ压强越大ꎬ对材料的强度和设备的要求也越 高ꎬ增加生产投资并可能降低综合经济效益ꎮ 一 般采用的压强为 　 １０ ~ ３０ ＭＰａ　 ꎮ 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 058 　 　 ２. 温度: 温度 　 升高　 　 　 有利于提高反应速率ꎬ温 度 　 降低　 有利于提高反应转化率ꎮ 因此ꎬ需要 选择一个适宜的温度ꎬ一般采用的温度为 　 ４００ ~ ５００ ℃　 ꎮ ３. 催化剂: 加入催化剂可以 　 提高 　 　 反应速率ꎬ对化 学平衡 　 无影响　 　 ꎬ一般选择 　 铁触媒　 　 　 作为合成氨工业的催化剂ꎮ 该催化剂在 ５００ ℃左 右时活性最大ꎬ这也是温度选择的原因之一ꎮ 另 外ꎬ为了防止杂质使催化剂“中毒”ꎬ原料气必须 经过 　 净化　 ꎮ ４. 浓度: 为提高平衡转化率ꎬ工业上采取 　 迅速冷却　 的方法ꎬ使氨气变成液氨并及时分离ꎬ分离后的原料 气 　 循环使用　 ꎬ并及时补充 　 Ｎ２ 和 Ｈ２　 ꎬ使反 应物保持一定的浓度ꎮ 　 　 二、化学反应的调控 影响化学反应进行的因素有两个方面:参加 反应的物质 　 本身因素　 (组成、结构、性质等)和 　 外界条件　 (温度、压强、浓度、催化剂等)ꎮ 化学 反应的调控ꎬ就是通过改变外界条件使一个可能发 生的反应按照某一方向进行ꎮ 在实际生产中ꎬ要综合 考虑 　 化学反应速率　 和 　 化学平衡　 的因素ꎬ寻 找一个适宜的生产条件ꎮ 预习自测 　 １. 合成氨时ꎬ可以提高 Ｈ２ 利用率的措施是( Ｂ ) Ａ. 升高温度 Ｂ. 及时分离出 ＮＨ３ Ｃ. 充入过量氢气 Ｄ. 使用催化剂 ２. 在合成氨工业中ꎬ为增加 ＮＨ３ 的日产量ꎬ下列 操