高三化学单元高中同步测控优化设计第二章第四节 化学反应的调控

高中同步测控优化设计GAOZHONGTONGBUCEKONGYOUHUASHEJI第四节化学反应的调控第二章2022内容索引010203自主预习新知导学合作探究释疑解惑课堂小结课标定位素养阐释1.知道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.知道催化剂可以改变反应历程,对调控化学反应速率具有重要意义。3.能针对合成氨典型案例,从限度和速率等角度综合分析化学反应和化工生产条件的选择和优化。自主预习新知导学一、化学反应的调控影响化学反应进行的因素有两个方面,一是参加反应的物质的组成、结构和性质等本身因素,二是温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。化学反应的调控,就是通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行,综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素。二、以合成氨反应为例分析1.理论分析。合成氨反应N2(g)+3H2(g)

2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·mol-1,该反应的特点是:反应可逆;正反应是一个气体体积缩小的、放热的反应。可以增大该反应的速率的措施有升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等;可以提高平衡混合物中氨的含量的措施有降低温度、增大压强、增大反应物浓度等。2.实际选择。(1)工业生产中合成氨的适宜的条件:压强一般选择10MPa~30MPa,温度一般选择400~500℃,通常选用铁触媒作催化剂。

(2)为提高原料的利用率,采取将氨气从平衡混合物中分离出去,以及分离氨后的原料气循环利用等措施。(3)实际生产中还需要结合设备条件、安全操作、经济成本等情况,另外,还要兼顾环境保护及社会效益等方面的规定和要求。【自主思考1】

理论分析和对实验数据的分析均表明,合成氨时压强越大越好。但工业生产中为什么一般采用10MPa~30MPa?提示:压强越大,对材料的强度和设备的制造要求越高,需要的动力也越大,会增加生产投资,并可能降低综合经济效益。【自主思考2】

工业上合成氨时该如何合理选择温度?提示:从化学反应速率看,高温有利于增大反应速率,提高单位时间内氨的产量;从化学平衡看,低温有利于反应向右进行,提高原料的利用率。考虑催化剂的活性,选择400~500

℃。【效果自测】

1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)用冰箱保存食物延长储存时间属于调节温度对化学反应进行调控。(

)(2)对于可逆反应,改变条件可使正向自发,也可使逆向自发。(

)(3)合成氨反应的正反应放热,降低温度有利于反应正向进行,所以工业生产中温度越低越好。(

)(4)合成氨反应中使用催化剂可增大反应速率,提高单位时间内氨的产量。(

)(5)为防止催化剂“中毒”,合成氨原料气必须经过净化。(

)√√×√√(6)采取最合适的生产条件,可使合成氨反应中原料的转化率达到100%。(

)(7)为了提高原料的利用率,合成氨工业采取分离氨后的原料气循环使用的方法。(

)(8)化工生产除了选择合适的生产条件外,还要兼顾经济效益和社会效益。(

)×√√2.工业合成氨反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·mol-1。(1)使用催化剂铁触媒的目的是

。

(2)通常采用10MPa~30MPa的压强,原因是

。(3)选择400~500℃左右的温度进行反应,是由于

。(4)将生成的氨及时从混合气中分离出来,原因是

。答案:(1)增大反应速率(2)该反应是一个气体体积减小的反应,增大压强,有利于平衡向正反应方向移动,但是压强越大,对材料的强度和设备的制造要求越高,成本增大,也会降低经济效益,所以综合考虑,通常采用10MPa~30MPa的压强(3)合成氨反应是放热反应,温度升高,不利于氨的生成,但温度过低,反应速率小,500℃左右时催化剂的活性最大,故采用400~500℃左右的温度(4)减小生成物浓度,有利于平衡向正反应方向移动,增大反应物的转化率合作探究释疑解惑探究任务工业合成氨条件的选择【问题引领】

在工业生产和生活中,人们为了达到某一目的而采取了一些有效的措施。例如,为了使炉火燃烧更旺,常常鼓入适量空气;为了更好地保存食物,常采用冷藏或抽真空的方法;工业合成氨需要选择适当的温度、压强、催化剂等,从而提高生产效率。1.为什么鼓入适量空气会使炉火燃烧更旺?提示:增大氧气的浓度,增大反应速率。2.为什么冷藏或抽真空可以更好地保存食物?提示:降低温度或者降低氧气的浓度,都能减缓食物被氧化的速度。3.工业合成氨需要从哪些方面考虑以选择适当的反应条件从而提高生产效率?提示:从化学反应速率和化学平衡角度考虑,同时兼顾设备、安全、经济效益、社会效益等方面。【归纳提升】

1.化工生产中反应条件选择的基本思路(1)目的:尽可能增大化学反应速率和提高化学反应的限度。(2)依据:外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响。(3)原则:①既要考虑外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的一致性,又要考虑外界条件对两者影响的矛盾性。②既要考虑温度、催化剂对反应速率影响的一致性,又要考虑催化剂的活性对温度的限制。③既要注重理论生产,又要考虑实际操作的可能性。2.合成氨条件的理论分析与实际化工条件比较

实际生产中还需要考虑设备生产、安全操作、经济成本等情况;考虑环境保护和社会效益等,权衡利弊。【典型例题】

【例题1】

(双选)下列有关工业合成氨反应的叙述,不能用勒夏特列原理解释的是(

)。A.使用铁触媒有利于合成氨反应B.高压比常压更有利于合成氨反应C.500℃左右比室温更有利于合成氨反应D.使反应平衡体系中的氨液化有利于合成氨反应答案:AC解析:使用铁触媒,能增大反应速率,但不能使平衡发生移动,不能用勒夏特列原理解释,A项错误;合成氨的反应是放热反应,升高温度平衡左移,平衡体系中NH3的含量降低,不能用勒夏特列原理解释,C项错误;合成氨反应是气体体积缩小的反应,增大压强平衡右移,有利于合成氨,B项正确;将氨液化,降低平衡体系中氨的浓度,平衡右移,有利于合成氨,D项正确。方法技巧分析条件改变,如果平衡移动方向与合成氨方向一致,则有利于合成氨反应,能用勒夏特列原理解释,否则不能。【例题2】

(双选)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),在400℃、30MPa下,n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图所示。据图推测下列叙述正确的是(

)。A.正反应速率:M>NB.点P处反应达到平衡C.点Q(t1时刻)和点R(t2时刻)处n(N2)不一样D.其他条件不变时,500℃下反应至t1时刻,n(H2)比图中Q点的n(H2)大答案:AD解析:由图可以看出,

N2与H2反应生成NH3,点M处比点N处的n(H2)大,点M处的正反应速率大,A项正确;P点处n(NH3)=n(H2),还没有达到平衡,B项错误;t1时已经达到平衡,点Q(t1时刻)处和点R(t2时刻)处n(N2)相同,C项错误;500

℃高于400

℃,升温,平衡逆向移动,t1时刻n(H2)在500

℃时比在400

℃时的大。【变式训练】

为