2.4 化学反应的调控 学案 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

2.4 化学反应的调控 【学习目标】 1.了解合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响。 2.了解合成氨生产的主要流程。 3.了解工业生产条件选择的依据和原则。 4.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。 【自主预习】 一、合成氨反应的原理分析 工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,其反应如下:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1 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?填入下表。 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 　　  　　  　　  　　  提高平衡混合物中氨的含量 　　  　　  　　  　　  二、合成氨反应的数据分析 下表的实验数据是在不同温度、压强下,平衡混合物中氨的含量的变化情况(初始时氮气和氢气的体积比是1∶3)。 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 9.1 13.8 23.1 31.4 1.温度升高,氨的含量　　 　;这与速率是　　 　的。  2.压强增大,氨的含量　　 　;这与速率是　 　　的。  三、合成氨反应的条件调控 工业合成氨的适宜条件 压强 　　　  温度 　　　　  催化剂 　　　　  浓度 N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比,氨及时从混合气中分离出去 四、调控化学反应需考虑的问题 1.影响化学反应进行的因素 参加反应的物质的　　　　、　　　　和　　　　等本身因素;　　　　、　　　　、　　　　、　　　　等外界条件。  2.化学反应的调控 (1)含义: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。 (2)考虑因素:考虑设备条件、安全操作、经济成本等;分析影响化学反应速率和化学平衡的因素,寻找合适的生产条件;根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求。 ①反应限度:要考虑尽量增大反应物的　　　　,充分利用原料。  ②反应速率:要选择较快的　　　　　,提高单位时间内的产量。  ③生产要求:要考虑设备的要求和技术条件。 【参考答案】一、增大　升高　增大　使用　提高　降低　提高　不变 二、1.降低　相矛盾　2.增大　相一致 三、10~30 MPa　400~500 ℃　铁触媒 四、1.组成　结构　性质　温度　压强　浓度 催化剂　2.转化率　反应速率 【效果检测】 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)在反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)中,3v(H2)=2v(NH3)。 (　　) (2)合成氨反应中,5 s末v(N2)=0.5 mol·L-1·s-1时,v(NH3)=1 mol·L-1·s-1。 (　　) (3)合成氨反应在高温下能自发进行。 (　　) (4)已达平衡的反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),当增大N2的浓度时,平衡向正反应方向移动,N2的转化率一定升高。 (　　) (5)铁作催化剂可加快反应速率,且有利于化学平衡向合成氨的方向移动。 (　　) (6)将氨从混合气中分离,可加快反应速率,且有利于化学平衡向合成氨的方向移动。 (　　) (7)升高温度可以加快反应速率,且有利于化学平衡向合成氨的方向移动。 (　　) (8)增大压强可加快反应速率,且有利于化学平衡向合成氨的方向移动。 (　　) 【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)× (7)×　(8)√ 2.工业合成氨主要考虑哪些因素? 【答案】化学反应速率、原料的利用率、单位时间内的产量、生产中的能耗、设备条件等因素。 【合作探究】 任务1：工业合成氨反应的特点及条件选择 情境导入　用N2和H2为原料实现合成氨的工业化生产曾是一个很艰巨的课题。从第一次实验室研制到工业化生产,经历了从18世纪末到20世纪初一百多年的时间。由于化学反应的快慢和限度、催化剂等基础理论的发展,高温、高压等工业技术条件的改善以及许多研究工作者的反复试验,德国化学家哈伯科学地创造适宜的条件调控合成氨的反应,终于在1914年实现了合成氨的工业化生产,满足了20世纪世界人口由30亿增至60亿对粮食的需