2.4 化学反应的调控（图文版知识清单）化学人教版选择性必修1

第四节化学反应的调控 知识点一 合成氨反应的原理分析女 1.合成氨反应的特点 N2(g+3H2(g)≥2NH3(g) N2 已知298K时：△H=-92.4kJmo1,△S=-198.2Jmol1.K1。 (1)自发性：常温(298KN下，△H-TAS0,能自发进行。 心(2)可逆性：反应为可逆反应。 通：(3)体积变化（嫡变）：△S<0,正反应是气体体积缩小的反应。 (4)焓变：△H0,是放热反应。 NH3 2.原理分析 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 压强 增大压强个 增大压强个 温度 升高温度↑ 降低温度↓ 催化剂 使用 回 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(P47）在不同温度和压强下（初始 提高速率1 提高转化率 时N,和H,的体积比为1：3)，平衡混合物中氦的含量 升温个 VS 降温↓ 实验数据分析，提高反应速率的条件是升高温度、增 增压↑ 增压↑ 大压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温 0【特别提醒】实验数据验证了 度、增大压强。二者在温度这一措施上是不一致的。 理论分析，强调了温度控制在平 实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。 衡移动与速率之间的权衡。 工业合成氨反应条件与工艺概览-高中化学知识清单 N2(g)+3H2(g) 高遇，离压2NH3(g)△H<0(做热，体积减州 催化剂(Fe) 1.工业合成氨知动汇总 1.压强(Pressure) ①原理分析：压强越大越好（有利于平衡正向移动）。 【特别提醒】 ②选用条件：目前，我国合成复厂一般采用10~30MPa。 co 加压 高压虽好，但 ③不采用更高压强的理由：压强越大，对材料强度、设 需权衡设备成 备制造要求越高，动力消耗大，增加投资，降低经济 本与安全。 效益。 2.温度 ·适宜温度区 ①原理分析：任温有利于提高平衡转化率（放热反应）。 ·兼丽速率与转化率 【特别提醒】 ②选用条件：实际生产一般采用400~500℃。 温度选择是动 400~500温度 力学（速率） ③不采用低温的理由：温度低，反应速率慢，达平衡时 与热力学（平 间长，不经济。 衡)的妥协。 ~重要原因：铁触媒在500℃左右活性最大。 400一500漫渍 500℃温度 3.催化剂 无催化剂 ①原理分析：高温高压下反应速率仍慢。 【特别提醒】 有催化剂 ②选用条件：使用以铁为主体的多成分催化剂（铁触媒） H2 催化剂只改变 ③理由：改变反应历程，降低活化能，加快反应速率。 反应 违率，不改变 产品 平衡状态。 →注意：原料气须净化，防止催化剂“中毒”。 温度 Fe表面 4.浓度 N2,H2循环 ①原理分析：平衡时NH,体积分数仍较低。 【特别提醒】 ②采取措施：迅速冷却使NH,液化分高；分离后的原料 补充 冷却 循环操作是提 气循环使用，并及时补充N和H20 H N2,H2 高原料利用幸 ③理由：分离NH,促使平衡正向移动；循环及补充原料 的关醒。 提高利用率和速率。 0液氨 2.工业合成氨的适宜条件汇总 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 10~30MPa 温度 400~500C 催化剂 使用铁触媒作催化剂 浓度 氨及时分离，剩余气体循环；及时补充N和H, 工业合成条件与合成氨-知识清单 N 知识点三选择工业合成适宜条件的原则 01.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。 重难点 一、合成氨反应的图像分析 N 1.N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)△H<0 平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系如下图所示： 100 1.0×105kPa 90 P1: P2: 6.0×104kPa P3: 3.0×104kPa P4: 1.0×104kPa p5: 1.0×103kPa D 4000 200250300350400450500550600 T/℃ 结论：压强越大，氨的含量越高；温度越高，氨的含量越低。 A Bb 2.速率-时间图像分析 完整反应方程 N2(g)+3H2(g)≥2NH3(g),△H<0 0正1 0正3 v正8=U逆8 正 0正2 )逆1 逆3 逆4 0正5 0正1 0正6 逆 V逆2 0正4 0逆6 )逆7 时间 ()t0时，V正、V逆均不为零，说明反应从两个方向同时开始，由于 V正>V逆，所以反应向正反应方向进行； (2)t1时，增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动； (3)t2时，减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动； (4)t3时，增大压强，平衡向正反应方向移动； (5)t4时，减小压强，平衡向逆反应方向移动： (6)t5时， 升高温度，平衡向逆反应方向移动： (7)t6时， 降低温度，平衡向正反应方向移动： (8)t7时，增大N、H,的浓度，减小NH3的浓度， 平衡向正反应方 向移动： (9)t8时，加入催化剂，平衡不移动。 解题技巧一反应达到平衡后，改变条件： (1)V正>V逆，平衡正向移动；v正=V逆，平衡不移动；V正<V逆 平衡逆向移动。 (2)只改变反应物或生成物浓度时，有一条线连接原曲线。 (3)改变温度，曲线不再连续。 (4)改变压强，若反应前后均有气体且气体的物质的量不相等， 则V正、V逆发生变化，曲线不再连续；若反应前后气体的物质的量相等 则V正=V逆，曲线也不再连续。 N,+3H,2NH3 N2+3H2=2NH 二、工业生产中选择适宜生产条件的思路 选取适宜的化工生产条件时，要运用反应速率和化学平衡移动的相关 知识，同时考虑化工生产中的动力、材料及设备等因素的影响，综合选取 适宜的生产条件。具体分析如下： 条件 原则 0 从化学反应 既不能过快，又不能太慢 速率分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性， 又要注意二者影响的矛盾性 从化学反应 限度分析 【特别提醒】例如，合成氨工业中，适当提高压强可加快速率并提高平 衡产率，但对设备要求高；升高温度可加快速率，但平衡逆移，需综合权衡。 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率， 从原料的利 用率分析 从而降低生产成本 是房→ 从实际生产 MAX 能力分析 如设备承受高温、高压能力等 MA☒ ● 0 从催化剂的 注意温度对催化剂的活性的限制 使用活性分析 N2+3H2=2NH