2.4 化学反应的调控（知识解读）（含答案） 2024-2025学年高二化学同步教学知识解读与分层特训（人教版2019选择性必修1）

第二章 化学反应速率与化学平衡 第四节 化学反应的调控 课程学习目标 1．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．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。 学科核心素养 1.变化观念与平衡思想：知道如何应用化学反应速率和化学平衡分析合成氨的适宜条件，体会应用化学原理分析 化工生产条件的思路和方法。 2.科学态度与社会责任：认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要应用，探索最适宜的化工生产 条件。 【新知学习】 1．化工生产适宜条件选择的一般原则 条件 原则 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，又要注意对二者影响的矛盾性 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 注意催化剂的活性受温度的限制 2．控制反应条件的基本措施 通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积 控制化学反应速率的措施 以及使用催化剂等途径调控反应速率 通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆 提高转化率的措施 反应的限度，从而提高转化率 一．工业合成氨的生产条件的选择 1．合成氨反应的特点 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) 合成氨反应 已知 298 K 时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1 自发性 常温(298 K)下，ΔH－TΔS＜0，能自发进行 可逆性 反应为可逆反应 焓变 ΔH＜0，是放热反应 体积变化(熵变) ΔS＜0，正反应是气体体积缩小的反应 2．浓度、温度、压强、催化剂对反应速率和氨的含量的影响 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。 影响因素 对合成氨反应的影响 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率反应速率 增大反应物浓度 升高温度 增大压强 使用 增大反应物浓度， 提高平衡混合物中中氨的含量 降低温度 增大压强 无影响 降低生成物浓度 合成氨生产中的有关数据 不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量(体积分数) 400℃下平衡时氨的的体积分数随压强的变化示意图 10 MPa 下平衡时氨的的体积分数随温度的变化示意图 3．数据分析 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；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。 4．工业合成氨的适宜条件 ①增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向向移动，压强越大越好 压强 原理分析 ②压强越大，对设备的要求越高，压缩 H2和 N2所需的动力越大，会增加生产投资， 并可能降低综合经济效益 选用条件 目前，我国合成氨厂一般采用的压强为 10～30MPa ①降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量 原理分析 ②温度越低，反应速率越小，达到平衡所需时间越长，故温度不宜过低 温度 ③催化剂的活性在一定温度下下最大 选用条件 目前，在实际生产中一般采用的温度为 400～500℃(此温度下催化剂的活性最大) 即使在高温、高压下，N2和 H2的反应速率仍然很慢。 原理分析 使用催化剂在较低温度时能较快进行反应 催化剂 通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒 选用条件 (为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化) 在 500 ℃和 30 MPa 时，平衡混合物中 NH3 的体积分数及平衡时 N2 和 H2 的转化率 原理分析 仍较低 浓度 采取迅 ... ...