高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四节 化学反应的调控学案

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四节 化学反应的调控学案，共8页。学案主要包含了合成氨反应的特点，合成氨条件的选择等内容，欢迎下载使用。
第4节化学反应的调控学案必备知识·自主学习一、合成氨反应的特点1．反应原理N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－12．反应特点(1)(前后串联)能加快合成氨反应的速率的方法有哪些？提示：增大压强、升高温度、增大反应物浓度、使用催化剂等，都能加快合成氨反应的速率。(2)(前后串联)能增大合成氨限度的方法有哪些？提示：增大压强、降低温度、增大反应物浓度等。二、合成氨条件的选择1．合成氨反应条件的选择原则工业生产中，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。2．合成氨反应的适宜条件(1)压强①适宜条件：10MPa～30MPa。②选择依据：压强越大，要求动力越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高。(2)温度①适宜条件：400～500℃左右。②选择依据：该温度下催化剂的活性最大，反应速率比较快，氨的含量也相对较高。(3)催化剂适宜条件：以铁为主体的多成分催化剂(又称铁触媒)。(4)浓度①适宜条件：N2和H2按物质的量之比1∶2.8时混合，适时分离出氨气。②选择依据：适当提高N2的浓度，来提高H2的转化率。(5)其他兼顾环境保护和社会效益，为了提高原料的利用率，未反应的N2和H2循环使用并及时补充N2和H2。判断下列说法是否正确(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)(1)合成氨反应在高温下能自发进行。(　　)提示：×。合成氨反应ΔH＜0，ΔS＜0，ΔH－TΔS在高温大于0。(2)温度越高越利于合成氨反应平衡正向移动。(　　)提示：×。合成氨反应ΔH＜0，温度越低越利于平衡正向移动。(3)使用催化剂能提高合成氨反应物的平衡转化率。(　　)提示：×。催化剂同倍数加快正、逆反应速率，对转化率无影响。关键能力·合作学习知识点　工业生产中适宜生产条件的选择思路1．分析化学反应的特点：从可逆性、反应前后气体化学计量数的变化、焓变三个角度分析。2．根据反应特点具体分析外界条件对反应速率和化学平衡的影响。3．从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，权衡利弊，选出适宜的条件。影响因素有利于加快反应速率的控制有利于平衡移动条件的控制综合分析结果浓度增大反应物浓度增大反应物浓度、减小生成物浓度不断补充反应物、及时分离出生成物压强高压(有气体参加)ΔV<0高压设备条件允许的前提下，尽量采取高压ΔV>0低压兼顾速率和平衡、选取适宜的压强温度高温ΔH<0低温兼顾速率和平衡、考虑催化剂的适宜温度ΔH>0高温在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并选取合适催化剂催化剂加合适的催化剂无影响加合适的催化剂，考虑催化剂活性与温度关系　在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？催化剂铁触媒以什么形态存在更有利于反应进行？(变化观念与平衡思想)提示：为了加快反应速率。铁触媒是固体，粉末状更有利于反应进行。【典例】(2021·烟台高二检测)下列关于工业合成氨的叙述正确的是(　　)A．合成氨工业温度选择为700 K左右，只要是为了提高NH3产率B．使用催化剂和施加高压，都能提高反应速率，但对化学平衡状态无影响C．合成氨生产过程中将NH3液化分离，可提高N2、H2的转化率D．合成氨工业中为了提高氢气的利用率，可适当增加氢气浓度【思维建模】解析有关合成氨条件选择问题的思维流程如下：温度——升高温度利于化学反应速率，降低温度利于化学平衡移动；压强——增大压强利于化学反应速率和化学平衡移动；催化剂——使用催化剂利于化学反应速率，不影响化学平衡；浓度——增大一种反应物的浓度可以提高另一种反应物的转化率，移走生成物利于平衡移动。【解析】选C。合成氨反应为放热反应，温度较高不利于提高NH3产率，故A错误；催化剂和高压能加快反应速率，增大压强平衡正移，催化剂对平衡无影响，故B错误；减少生成物的浓度平衡正向移动，所以将NH3液化分离，可提高N2、H2的转化率，故C正确；增加一种反应物的浓度可以提高另一种反应物的转化率，而本身转化率降低，所以合成氨工业中为了提高氢气的利用率，可适当增加氮气的浓度，故D错误。【母题追问】通过增加一种反应物浓度可以提高另一种原料的利用率，向体系中通入H2还是N2成本更低？提示：N2。N2来源于空气，更廉价易得。 实际化工生产条件的选择需要注意的问题(1)选取适宜的化工生产条件时，既要考虑反应速率问题，又要考虑化学平衡移动的问题，同时也要考虑化工生产中的动力、材料、设备、催化剂等因素的影响，综合选取适宜条件。(2)温度的选择，不仅要考虑速率、平衡问题，同时还要照顾到催化剂的活性。(3)压强的选择，除了考虑速率和平衡问题，还要考虑对设备的技术要求和成本问题。1．在一定条件下，对于密闭容器中的反应：N2＋3H22NH3，下列说法正确的是(　　)A．当氮气和氢气投料比(物质的量之比)为1∶3时，达到平衡时氨的体积分数最大B．增加铁触媒的接触面积，不可能提高合成氨工厂的年产量C．达到平衡时，氢气和氨气的浓度比一定为3∶2D．分别用氮气和氢气来表示该反应的转化率时，数值大小一定相同【解析】选A。当氮气和氢气投料比为1∶3时，v(N2)∶v(H2)＝1∶3，两种原料的转化率相同，故达到平衡时氨的体积分数最大，A正确；增加铁触媒的接触面积，加快反应速率，可以提高合成氨工厂的年产量，B错误；平衡时，物质的浓度关系取决于起始量和转化率，所以达到平衡时，H2和NH3的浓度比不一定为3∶2，C错误；反应速率之比等于化学计量数之比，因化学计量数不同，则反应速率的数值不同，D错误。2．德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列所示是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是(　　)A.①②③　　  B．②④⑤　　 C．①③⑤　　 D．②③④【解析】选B。②④⑤操作均有利于合成氨的化学平衡向右移动，提高转化率。3．工业合成氨N2＋3H22NH3　ΔH<0的生产条件选择中，能用勒夏特列原理解释的是(　　)①使用催化剂　②高温　③高压　④及时将氨气液化从体系中分离出来A．①③　　　 　B．②③　　 C．③④　　 　D．②④【解析】选C。使用勒夏特列原理，研究的对象是可逆反应，以及改变某因素平衡向削弱这方面移动，①催化剂对化学平衡无影响，故①错误；②正反应方向是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向进行，不利于生成氨气，故②错误；③增大压强，有利于向正反应方向进行，故③正确；④从体系中分离出氨气，减少生成物浓度，有利于向氨气生成的方向进行，故④正确。4．(2021·福州高二检测)在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3 (g)　ΔH＝－196 kJ· mol－1。下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%)温度(℃)压强(Pa)1×1055×1051×1065×1061×10745097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3(1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，可控制的条件是___________________________________________________________________。(2)实际生产中，选定400～500 ℃作为操作温度，其原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)在生产中，通入过量空气的目的是______________________________________________________________________________________________________。(4)尾气中有SO2必须回收是为了________________________________________________________________________________________________________。【解析】从提高反应速率考虑，合成SO3需要加入催化剂和升温、加压；从增大反应物的转化率方面考虑，合成SO3需低温，加压，通入廉价空气；从表中数据和设备材料的要求以及催化剂的活性方面综合考虑，选择最适宜条件。答案：(1)低温、高压(2)该温度是催化剂的活性最强的温度，选择此温度可提高反应速率，缩短反应达到平衡所需要的时间(3)增大氧气的浓度，使平衡向生成SO3的方向移动，提高SO2的转化率(4)减少对环境的污染三言两语话重点1．合成氨反应的3特点：可逆、放热、气体分子数减少。2．合成氨条件的选择：采用铁触媒、400～500 ℃、10 MPa～30 MPa。