2.4 化学反应的调控（知识清单）化学人教版选择性必修1

该高中化学知识清单聚焦化学反应的调控，以合成氨反应为案例，从反应特点（自发性、可逆性、熵变、焓变）切入，结合反应速率和勒夏特列原理分析理论条件，进而探讨工业实际适宜条件的选择，构建从理论到实践的学习支架。 知识链路按理论分析→数据分析→工业条件→选择原则的逻辑清晰呈现，通过表格对比速率与平衡影响因素，结合实验数据强化证据推理。注重理论与工业实践结合，体现科学思维和科学态度与责任，帮助学生掌握化学反应调控的综合方法。

第二章 化学反应速率与化学平衡 第四节　化学反应的调控 一、理论分析合成氨反应的条件 1．合成氨反应的特点 合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)⇄2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 (1)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 (2)可逆性：反应为可逆反应。 (3)熵变：ΔS<0，正反应是气体体积减小的反应。 (4)焓变：ΔH<0，正反应是放热反应。 2．原理分析 根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析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，请填写下表。 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 压强 增大压强 增大压强 温度 升高温度 降低温度 催化剂 使用 无影响 浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度，降低生成物浓度 3.数据分析 根据课本表2-2在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是升高温度、增大压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。二者在温度这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。 二、实际工业合成氨的适宜条件 1．工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件。 (1)尽量增大反应物的转化率，充分利用原料。 (2)选择较快的化学反应速率，提高单位时间内的产量。 (3)考虑设备的要求和技术条件等。 2．合成氨反应的适宜条件 (1)压强 目前我国的合成氨厂一般采用的压强为10～30_MPa。 合成氨时不采用更高压强的理由：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。 (2)温度 实际生产中一般采用的温度为400～500℃。 不采用低温的理由：温度降低会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，且铁触媒在500 ℃左右时的活性最大_。　 (3)催化剂 ①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。 ②我们知道催化剂对平衡转化率无影响，在合成氨工业中还要使用催化剂的原因是即使在高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行得十分缓慢。加入催化剂，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的发生反应。提高单位时间的生产效率，可提高经济效益。　 ③什么是催化剂中毒？工业上如何防止催化剂中毒？ 因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程称为催化剂中毒。原料气必须经过净化。 (4)浓度 及时将氨气从反应混合物中分离出去， 将未反应的N2和H2循环使用并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。 (5)投料比 ①大量实验证明，合成氨反应中当n(N2)∶n(H2)＝1∶3时，氨的平衡体积分数最大。 ②研究表明，氮气和氢气通过吸附在催化剂表面发生一系列反应生成氨，N2的吸附分解反应活化能高，速率慢，是合成氨反应的决速步，实际生产中，N2和H2的物质的量之比并非1∶3，而是1∶2.8，分析说明原料中N2适度过量的2个理由：N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率、适当提高N2比例，加快合成氨的速率。　 (6)其他：兼顾环境保护和社会效益。 3．合成氨的生产流程 4．选择工业合成适宜条件的原则 (1)考虑参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素。 (2)考虑影响化学反应速率和平衡的温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。 (3)选择适宜的生产条件还要考虑设备条件、安全操作、经济成本等情况。 (4)选择适宜的生产条件还要考虑环境保护及社会效益等方面的规定和要求。 注意事项： 理论最优条件≠工业实际条件：理论追求高转化率，工业生产需要综合平衡转化率、反应速率、设备造价、能耗、生产成本多方因素。 特别提醒： 工业条件不单纯追求平衡转化率，综合兼顾反应速率、设备成本、能耗、催化剂活性多方因素。 归纳总结： 反应： (1)压强：。加压可加快反应速率、提高氨平衡产率，兼顾设备承受能力与生产成本。 (2)温度：。该温度区间内铁触媒催化活性最强，同时保障较快反应速率。 (3)催化剂：铁触媒，加快反应速率，缩短达到平衡的时间，不改变平衡转化率。 (4)浓度措施：原料气与体积比投料；冷却分离生成的，促使平衡正向移动。 (5)循环利用：将分离后剩余的、循环通入合成塔，提升原料总体利用率。 (6)选择原则：综合平衡限度、反应速率、催化剂活性、设备造价、能耗等因素，不单纯追求最高平衡转化率。 (7)如果你想要，我可以转换成和前面格式完全一致的易错必背条目版。 1. 化工生产选择条件时，不能只追求平衡转化率，要兼顾反应速率、设备成本、经济效益等多重因素。 2. 催化剂只加快反应速率、缩短达到平衡的时间，不能改变平衡转化率与平衡产率。 3. 压强调控要兼顾速率与平衡；加压利于气体分子数减小的反应正向进行，但高压对设备要求更高。 4. 温度选择兼顾速率、平衡与催化剂活性，很多工业反应选择适宜温度，而非使平衡转化率最高的温度。 5. 增大廉价反应物浓度，可提高贵重原料的转化率，但过量反应物会增加分离能耗与生产成本。 6. 及时分离出产物，平衡持续正向移动，能够提高原料转化率，但无法改变平衡常数大小。 7. 平衡移动原理仅适用于可逆反应，不可逆反应不能利用勒夏特列原理调控限度。 8. 调控反应条件时，速率因素与平衡限度因素经常相互矛盾，需要综合权衡取舍。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二章 化学反应速率与化学平衡 第四节　化学反应的调控 一、理论分析合成氨反应的条件 1．合成氨反应的特点 合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)⇄2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 (1)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS______0，能自发进行。 (2)可逆性：反应为______反应。 (3)熵变：ΔS<0，正反应是气体体积______的反应。 (4)焓变：ΔH<0，正反应是______反应。 2．原理分析 根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析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，请填写下表。 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 压强 温度 催化剂 浓度 反应物浓度 反应物浓度， 生成物浓度 3.数据分析 根据课本表2-2在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是______温度、______压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是______温度、______压强。二者在______这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。 二、实际工业合成氨的适宜条件 1．工业生产中，必须从________和________两个角度选择合成氨的适宜条件。 (1)尽量增大反应物的______，充分利用原料。 (2)选择较快的____________，提高单位时间内的产量。 (3)考虑设备的要求和技术条件等。 2．合成氨反应的适宜条件 (1)压强 目前我国的合成氨厂一般采用的压强为_________________。 合成氨时不采用更高压强的理由：________________________________________________________________________________。 (2)温度 实际生产中一般采用的温度为________________。 不采用低温的理由：_________________________________________________________________________________。　 (3)催化剂 ①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。 ②我们知道催化剂对平衡转化率无影响，在合成氨工业中还要使用催化剂的原因是________________________________________________________________________________________________________________________。　 ③什么是催化剂中毒？工业上如何防止催化剂中毒？ ________________________________________________________________________________。 (4)浓度 及时将氨气从反应混合物中分离出去， 将未反应的N2和H2循环使用并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。 (5)投料比 ①大量实验证明，合成氨反应中当n(N2)∶n(H2)＝1∶3时，氨的平衡体积分数最大。 ②研究表明，氮气和氢气通过吸附在催化剂表面发生一系列反应生成氨，N2的吸附分解反应活化能高，速率慢，是合成氨反应的决速步，实际生产中，N2和H2的物质的量之比并非1∶3，而是1∶2.8，分析说明原料中N2适度过量的2个理由：________________________________________________________、______________________________________。　 (6)其他：兼顾环境保护和社会效益。 3．合成氨的生产流程 4．选择工业合成适宜条件的原则 (1)考虑参加反应的物质______、______和______等本身因素。 (2)考虑影响化学反应速率和平衡的温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。 (3)选择适宜的生产条件还要考虑设备条件、安全操作、经济成本等情况。 (4)选择适宜的生产条件还要考虑环境保护及社会效益等方面的规定和要求。 注意事项： 理论最优条件≠工业实际条件：理论追求高转化率，工业生产需要综合平衡转化率、反应速率、设备造价、能耗、生产成本多方因素。 特别提醒： 工业条件不单纯追求平衡转化率，综合兼顾反应速率、设备成本、能耗、催化剂活性多方因素。 归纳总结： 反应： (1)压强：。加压可加快反应速率、提高氨平衡产率，兼顾设备承受能力与生产成本。 (2)温度：。该温度区间内铁触媒催化活性最强，同时保障较快反应速率。 (3)催化剂：铁触媒，加快反应速率，缩短达到平衡的时间，不改变平衡转化率。 (4)浓度措施：原料气与体积比投料；冷却分离生成的，促使平衡正向移动。 (5)循环利用：将分离后剩余的、循环通入合成塔，提升原料总体利用率。 (6)选择原则：综合平衡限度、反应速率、催化剂活性、设备造价、能耗等因素，不单纯追求最高平衡转化率。 (7)如果你想要，我可以转换成和前面格式完全一致的易错必背条目版。 1. 化工生产选择条件时，不能只追求平衡转化率，要兼顾反应速率、设备成本、经济效益等多重因素。 2. 催化剂只加快反应速率、缩短达到平衡的时间，不能改变平衡转化率与平衡产率。 3. 压强调控要兼顾速率与平衡；加压利于气体分子数减小的反应正向进行，但高压对设备要求更高。 4. 温度选择兼顾速率、平衡与催化剂活性，很多工业反应选择适宜温度，而非使平衡转化率最高的温度。 5. 增大廉价反应物浓度，可提高贵重原料的转化率，但过量反应物会增加分离能耗与生产成本。 6. 及时分离出产物，平衡持续正向移动，能够提高原料转化率，但无法改变平衡常数大小。 7. 平衡移动原理仅适用于可逆反应，不可逆反应不能利用勒夏特列原理调控限度。 8. 调控反应条件时，速率因素与平衡限度因素经常相互矛盾，需要综合权衡取舍。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $