《第12讲 化学反应的调控 （解析版）【暑假弯道超车】2024年新高二化学暑假讲义+习题（人教版2019选择性必修1）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第12讲 化学反应的调控 （解析版）【暑假弯道超车】2024年新高二化学暑假讲义+习题（人教版2019选择性必修1）（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第12讲 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、生活和科学研究中的重要作用。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、合成氨条件的理论选择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：H92.4 kJmol1，S198.2 Jmol1K1。(1)自发性：常温(298 K)下，HTS0，能自发进行。(2)可逆性：反应为可逆反应。(3)熵变：S0，正反应是气体体积缩小的反应。(4)焓变：H0，是放热反应。2原理分析根据合成氨反应的特
2、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22在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为13)，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、工业合成氨的适宜条件1问题讨论(1)压强原理分析
3、：压强越大越好。选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为1030 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)温度原理分析：低温有利于提高原料的平衡转化率。选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为400500 。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。合成氨反应一般选择400500 进行的又一重要原因为铁触媒在500_左右时的活性最大。(3)催化剂原理分析：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。选
4、用条件：通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。选择催化剂的理由：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地发生反应。另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。(4)浓度原理分析：在500 和30 MPa时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只有26.4%，即平衡时N2和H2的转化率仍不够高。采取的措施：采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去；应将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。采取该措施的理由：分离出NH3以促使平衡向生成NH3的方向移动，此外原料气的循环使用并及时补充原料
5、气，既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应。2工业合成氨的适宜条件外部条件工业合成氨的适宜条件压强1030 MPa温度400500 催化剂使用铁触媒作催化剂浓度液化氨并及时分离，补充原料气并循环利用n(N2)n(H2)12.83合成氨的工艺流程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。5.选择化工生产适宜条件的分析角度分析角度原则要求
6、从化学反应速率分析既不能过快，又不能太慢从化学平衡移动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原料的利用率分析增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本从实际生产能力分析如设备承受高温、高压能力等从催化剂的使用活性分析注意催化剂的活性对温度的限制考点01 合成氨条件的选择【例1】下列有关合成氨工业的说法中，正确的是()A从合成塔出来的混合气体中，其中NH3只占15%，所以合成氨厂的产率都很低B由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高C合成氨工业的反应温度控制在400500 ，目的是使化学平衡向正反应方向移动D
7、合成氨厂采用的压强越大，产率越高，无需考虑设备、条件【答案】B【解析】合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时，原料的转化率并不高，但将生成的NH3分离，再将未反应的N2、H2循环利用，可使氨的产率较高，A项错误、B项正确；合成氨工业选择400500 的温度，主要从反应速率和催化剂活性两方面考虑，合成氨的反应是放热反应，低温才有利于平衡向正反应方向移动，C项错误；不论从反应速率还是化学平衡考虑，高压更有利于合成氨，但压强太大，对设备、动力的要求更高，因此选择1030 MPa，D项错误。【变式1-1】下列有关合成氨工业的说法中正确的是()A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
8、移动B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C增大压强能缩短到达平衡状态所用的时间D合成氨采用的压强是11073107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最高【答案】C【解析】催化剂可以改变反应速率，但不能使平衡移动，只能缩短反应达到平衡所需的时间，A项错误；升高温度可以加快反应速率，但合成氨反应是放热反应，因此升高温度不利于化学平衡向合成氨的方向移动，B项错误；增大压强反应速率加快，C项正确；催化剂的活性取决于温度的高低，而非压强的大小，D项错误。考点02 以合成氨为背景的综合题【例2】对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是()A升高温度，对正反应的反应速率影响更大B
9、增大压强，对正反应的反应速率影响更大C减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大D加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大【答案】B【解析】A项，合成氨反应的正反应是放热反应，升高温度，正、逆反应的反应速率都增大，但是温度对吸热反应的速率影响更大，所以对该反应来说，升高温度对逆反应的反应速率影响更大，错误；B项，合成氨的正反应是气体体积减小的反应，增大压强，对正反应的反应速率影响更大，正确；C项，减小反应物浓度，正反应速率瞬间减小，由于生成物的浓度没有变化，所以逆反应速率瞬间不变，然后逐渐减小，故减小反应物浓度，对正反应的反应速率影响更大，错误；D项，加入催化剂，对正、逆反应的反应速率影响相同，
10、错误。【变式2-1】合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H673 K，工业合成氨为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，氢气的物质的量增大，C项正确；反应达到平衡前，a点反应物浓度大于b点，因此a点的正反应速率比b点的大，D项错误。考点03 化学反应的调控【例3】某工业生产中发生反应：2A(g)B(g)M(g)H0。下列有关该工业生产的说法正确的是()A工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成B若物质B廉价易得，工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率C工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越
11、高D工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量【答案】D【解析】加入过量B只能提高A的转化率，B的转化率降低；温度升高，平衡逆向移动，反应物的转化率降低；使用催化剂可降低反应的活化能，提高反应速率。【变式3-1】工业合成氨的反应为N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0，该反应应采取的适宜条件是()A低温、高压、催化剂B适宜的温度、高压、催化剂C低温、常压、催化剂D适宜的温度和压强、催化剂【答案】D【解析】降温，平衡右移，但反应速率太慢，从反应速率和催化剂的活性考虑，温度选在700 K左右；增大压强，平衡右移，但压强太大，对设备要求很高，所以也要选择适宜的压强；催化剂能增大反
12、应速率，要选择催化剂，故D项符合题意。1合成氨工业中 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，选择适宜的压强时，不需要考虑的因素是A反应速率B平衡移动C设备成本D催化剂活性【答案】D【解析】A该反应为有气体参与的反应，因此增大压强，各物质的浓度增大，反应速率加快，提高氨气的生成速率，这是需要考虑的因素，故A不选；B该反应为反应前后气体的总量发生变化的反应，因此增大压强，平衡右移，有利于氨高氨气的生成，这是需要考虑的因素，故B不选；C增大压强，需要设备耐压能力要大，就要考虑到制造耐压设备的成本，这是需要考虑的因素，故C不选；D催化剂的活性与温度有关，与压强没有关系，选择适宜的压强时，不需要考虑催
13、化剂的活性，故D可选；故选D。2氨是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业；合成氨反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H=-92.4 kJ/mol。下列有关合成氨反应的说法正确的是A高温条件下该反应可以自发B反应的H=E(N-N)3E(H-H)-6E(N-H) (E表示键能)C反应中每消耗1 mol H2转移电子的数目约等于26.021023D该反应采用高温高压条件是为了增大H2的平衡转化率【答案】C【解析】A该反应气体体积减小，是熵减的过程，即，当时反应可以自发进行，则低温条件下该反应可以自发，A错误；BN2中氮原子间形成氮氮三键，则反应的 (E表示键能)
14、，B错误；C反应中每消耗1molH2转移电子的数目为2NA，约等于26.021023，C正确；D该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，不能增大H2的平衡转化率，但采用高温主要是考虑化学反应速率和催化剂的活性；该反应气体体积减小，增大压强，平衡正向移动，可以增大H2的平衡转化率，D错误； 故选C。3合成氨解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿和死亡问题，下列有关工业合成氨的说法错误的是A反应物是和B过程属于生物固氮C反应属于可逆反应D反应条件是高温、高压、催化剂【答案】B【解析】A工业合成氨的原料是N2和H2，故A正确；B工业合成氨属于人工固氮，故B错误；C工业合成氨N2+3H22NH3是一个可逆反应，故C正确；D为了有利于合成氨，选择了500左右的高温，20MPa-50MPa的高压，同
