第二章 第四节 化学反应的调控-【金版教程】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1创新导学案word（人教版2019，不定项版）

第四节　化学反应的调控

1.通过工业合成氨适宜条件的选择与优化，认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科研中的重要作用。2.在合成氨适宜条件的讨论中，形成多角度分析化学反应和化工生产条件的思路，体会化学反应原理的应用价值。

一、外界条件对合成氨反应的影响

1．合成氨反应原理：

N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。反应特点：气体体积减小的放热反应。

2.升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等，都可以使合成氨的反应速率增大。

3.降低温度、增大压强、增大反应物的浓度等有利于提高平衡混合物中氨的含量。

4.催化剂可以增大反应速率，但不改变平衡混合物的组成。

二、合成氨生产条件的选择和优化

1．压强的选择

根据合成氨反应的热化学方程式，从平衡控制的角度来看，合成氨时压强越大越好。但压强越大，对材料强度和设备制造的要求越高。这将大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10__MPa～30__MPa。

 

2．温度的选择

根据平衡移动原理，合成氨应该采用低温以提高平衡转化率。但是温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡时间过长，这在工业生产中是很不经济的。因此，需要选择一个合适的温度。目前，实际生产一般采用的温度是400～500__℃。

3．催化剂的选择

即使在高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行得十分缓慢，通常需要加入催化剂。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。铁触媒在

500__℃左右时活性最大，这也是合成氨反应一般选择在400～500__℃进行的重要原因。原料气必须净化，防止“催化剂中毒”。

4．浓度对合成氨生产的影响

(1)采取迅速冷却的方法及时分离出液态氨，促进平衡向生成NH3的方向移动。

(2)原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度，以利于合成氨反应。

5．实际生产需考虑的因素

(1)综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素。

(2)结合设备条件、安全操作、经济成本等实际问题考虑。

(3)根据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。

 

　判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行。(　　)

(2)在合成氨反应中使用催化剂和施加高压都能提高反应速率，都对化学平衡无影响。(　　)

(3)在合成氨中，为增加H2的转化率，充入的N2越多越好。(　　)

(4)在工业生产条件优化时，只考虑经济性就行，不用考虑环保。(　　)

(5)合成氨中，加入催化剂能提高原料的利用率。(　　)

答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×

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 [问题探究] 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。

 

知识点　工业生产中化学反应条件的选择和优化

化学反应选择适宜条件的基本思路

在实际生产中应当运用对立统一规律，综合化学反应速率和化学平衡移动规律，既考虑反应进行的快慢，又考虑反应的限度：

(1)从可逆性、反应前后气态物质系数的变化、焓变、反应的方向四个角度分析反应的特点。

(2)根据反应特点具体分析外界条件对反应速率和限度的影响；从反应速率和限度的角度综合分析，再充分考虑实际情况，选择适宜的外界条件。

(3)工业合成氨条件选择的理论依据